Reaksiyaning issiqlik effektini hisoblash. Reaksiya issiqligi va termokimyoviy hisoblar
Shuningdek o'qing
Moddaning standart hosil bo'lish issiqligi (hosil bo'lish entalpiyasi). elementlardan ushbu moddaning 1 molini hosil qilish reaksiyasining entalpiyasi deyiladi ( oddiy moddalar, ya'ni bir xil turdagi atomlardan iborat) eng barqaror standart holatda bo'ladi. Moddalar hosil bo'lishining standart entalpiyalari (kJ/mol) ma'lumotnomalarda keltirilgan. Yo'naltiruvchi qiymatlardan foydalanganda reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalarning fazaviy holatiga e'tibor berish kerak. Eng barqaror oddiy moddalarning hosil bo'lish entalpiyasi 0 ga teng.
Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlarini hosil bo'lish issiqliklariga asoslangan holda hisoblash bo'yicha Gess qonunining natijasi : standart kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti reaksiyaga kirishuvchi moddalarning stexiometrik koeffitsientlarini (mollar soni) hisobga olgan holda, reaktsiya mahsulotlarining hosil bo'lish issiqliklari va boshlang'ich moddalarning hosil bo'lish issiqliklari o'rtasidagi farqga tengdir.:
CH 4 + 2 CO = 3 C ( grafit ) + 2H 2 O.
gazli televizor. gaz
Ko'rsatilgan faza holatlaridagi moddalarning hosil bo'lish issiqliklari jadvalda keltirilgan. 1.2.
1.2-jadval
Moddalarning hosil bo'lish issiqligi
Yechim
Reaksiya sodir bo'lgani uchun P= const bo'lsa, biz Hess qonuni (formula (1.17)) natijasida hosil bo'lishning ma'lum issiqliklariga asoslangan entalpiyaning o'zgarishi shaklida standart issiqlik effektini topamiz:
DH O 298 = ( 2 (–241,81) + 3 0) – (–74,85 + 2 (–110,53)) = –187,71 kJ = –187710 J.
DH O 298 < 0, реакция является экзотермической, протекает с выделением теплоты.
(1.16) tenglama asosida ichki energiyaning o'zgarishini topamiz:
DU O 298 = DH O 298 – Δ n RT.
Berilgan reaktsiya uchun kimyoviy reaktsiyaning o'tishi tufayli gazsimon moddalarning mollari sonining o'zgarishi Δν = 2 – (1 + 2) = –1; T= 298 K, keyin
Δ U O 298 = –187710 – (–1) · 8,314 · 298 = –185232 J.
Reaksiyada ishtirok etuvchi moddalarning standart yonish issiqliklaridan foydalangan holda kimyoviy reaksiyalarning standart issiqlik effektlarini hisoblash.
Moddaning standart yonish issiqligi (yonish entalpiyasi).
dastlabki va yakuniy moddalar standart haroratga ega bo'lishi sharti bilan ma'lum bir moddaning 1 molini (yuqori oksidlarga yoki maxsus ko'rsatilgan birikmalarga) kislorod bilan to'liq oksidlanishining issiqlik effektidir. Moddalarning yonishning standart entalpiyalari 
(kJ/mol) ma'lumotnomalarda keltirilgan. Yo'naltiruvchi qiymatdan foydalanganda, har doim ekzotermik bo'lgan yonish reaktsiyasining entalpiyasi belgisiga e'tibor berish kerak ( Δ
H
<0), а в таблицах указаны величины
.
Yuqori oksidlarning (masalan, suv va karbonat angidrid) yonish entalpiyasi 0 ga teng.
Yonish issiqligiga asoslangan kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektlarini hisoblash bo'yicha Gess qonunidan xulosa. : Kimyoviy reaksiyaning standart issiqlik effekti reaktivlarning stexiometrik koeffitsientlarini (mollar soni) hisobga olgan holda, boshlang'ich moddalarning yonish issiqliklari va reaktsiya mahsulotlarining yonish issiqliklari o'rtasidagi farqga teng:
C 2 H 4 + H 2 O= C 2 N 5 U.
Termokimyo kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'sirini o'rganadi. Ko'p hollarda bu reaktsiyalar doimiy hajmda yoki doimiy bosimda sodir bo'ladi. Termodinamikaning birinchi qonunidan kelib chiqadiki, bu sharoitda issiqlik holatning funktsiyasidir. Doimiy hajmda issiqlik ichki energiyaning o'zgarishiga teng:
va doimiy bosimda - entalpiyaning o'zgarishi:
Bu tengliklar, kimyoviy reaksiyalarga qo'llanilganda, mohiyatni tashkil qiladi Hess qonuni:
Doimiy bosim yoki doimiy hajmda sodir bo'ladigan kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti reaktsiya yo'liga bog'liq emas, faqat reaktivlar va reaktsiya mahsulotlarining holati bilan belgilanadi.
Boshqacha aytganda, kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti holat funktsiyasining o'zgarishiga teng.
Termokimyoda, termodinamikaning boshqa qo'llanmalaridan farqli o'laroq, agar issiqlik ajralib chiqsa, ijobiy hisoblanadi. muhit, ya'ni. Agar H < 0 или U
< 0. Под тепловым эффектом химической реакции
понимают значение H(bu oddiygina "reaktsiya entalpiyasi" deb ataladi) yoki U reaktsiyalar.
Agar reaktsiya eritmada yoki qattiq fazada sodir bo'lsa, bu erda hajmning o'zgarishi ahamiyatsiz bo'lsa, u holda
H = U + (pV) U. (3.3)
Agar ideal gazlar reaksiyada ishtirok etsa, u holda doimiy haroratda
H = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)
Bu erda n - reaksiyadagi gazlar mol sonining o'zgarishi.
Turli reaksiyalarning entalpiyalarini solishtirishni osonlashtirish uchun "standart holat" tushunchasi qo'llaniladi. Standart holat - bu toza moddaning 1 bar (= 10 5 Pa) bosimi va ma'lum bir haroratdagi holati.. Gazlar uchun bu cheksiz siyraklangan gazning xususiyatlariga ega bo'lgan 1 bar bosimdagi faraziy holat. Haroratda standart holatdagi moddalar orasidagi reaksiya entalpiyasi T, belgilang ( r"reaktsiya" degan ma'noni anglatadi). Termokimyoviy tenglamalar nafaqat moddalarning formulalarini, balki ularning agregat holatini yoki kristall modifikatsiyalarini ham ko'rsatadi.
Gess qonunidan muhim oqibatlar kelib chiqadi, bu kimyoviy reaktsiyalarning entalpiyalarini hisoblash imkonini beradi.
Xulosa 1.
reaktsiya mahsulotlari va reagentlar hosil bo'lishining standart entalpiyalari o'rtasidagi farqga teng (stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda):
Moddaning hosil bo'lishining standart entalpiyasi (issiqligi). (f"hosil bo'lish" degan ma'noni anglatadi) ma'lum bir haroratda ushbu moddaning bir molining hosil bo'lish reaktsiyasining entalpiyasidir. elementlardan, ular eng barqaror standart holatda. Ushbu ta'rifga ko'ra, standart holatdagi eng barqaror oddiy moddalarning hosil bo'lish entalpiyasi har qanday haroratda 0 ga teng. 298 K haroratda moddalar hosil bo'lishining standart entalpiyalari ma'lumotnomalarda keltirilgan.
"Hosillanish entalpiyasi" tushunchasi nafaqat oddiy moddalar, balki eritmadagi ionlar uchun ham qo'llaniladi. Bunday holda, mos yozuvlar nuqtasi sifatida H + ioni olinadi, buning uchun suvli eritmadagi hosil bo'lishning standart entalpiyasi nolga teng deb hisoblanadi: 
Xulosa 2. Kimyoviy reaksiyaning standart entalpiyasi
reaktivlar va reaksiya mahsulotlarining yonish entalpiyalaridagi farqga teng (stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda):
(c"yonish" degan ma'noni anglatadi). Moddaning yonishining standart entalpiyasi (issiqligi) bir mol moddaning to'liq oksidlanish reaktsiyasi entalpiyasidir. Bu natija odatda organik reaksiyalarning issiqlik effektlarini hisoblash uchun ishlatiladi.
Xulosa 3. Kimyoviy reaksiyaning entalpiyasi uzilgan va hosil bo'lgan kimyoviy bog'lanishlar orasidagi energiya farqiga teng.
Aloqa energiyasi A-B aloqani uzish va hosil bo'lgan zarralarni cheksiz masofaga ajratish uchun zarur bo'lgan energiyani nomlaydi:
AB (g) A (g) + B (g) .
Muloqot energiyasi har doim ijobiydir.
Ma'lumotnomalardagi termokimyoviy ma'lumotlarning aksariyati 298 K haroratda berilgan. Boshqa haroratlarda termal effektlarni hisoblash uchun foydalaning. Kirxgof tenglamasi:
(differensial shakl) (3.7)
(integral shakl) (3.8)
Qayerda C p- reaktsiya mahsulotlari va boshlang'ich moddalarning izobar issiqlik sig'imlari o'rtasidagi farq. Farqi bo'lsa T 2 - T 1 kichik, keyin siz qabul qilishingiz mumkin C p= const. Katta harorat farqi bo'lsa, haroratga bog'liqlikdan foydalanish kerak C p(T) turi:
koeffitsientlar qayerda a, b, c va hokazo. alohida moddalar uchun ular ma'lumotnomadan olinadi va belgi mahsulotlar va reagentlar o'rtasidagi farqni ko'rsatadi (koeffitsientlarni hisobga olgan holda).
MISOLLAR
3-1-misol. 298 K da suyuq va gazsimon suv hosil bo'lishining standart entalpiyalari mos ravishda -285,8 va -241,8 kJ/mol. Ushbu haroratda suvning bug'lanish entalpiyasini hisoblang.
Yechim. Shakllanish entalpiyalari quyidagi reaksiyalarga mos keladi:
H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (l), H 1 0 = -285.8;
H 2 (g) + SO 2 (g) = H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.
Ikkinchi reaktsiya ikki bosqichda amalga oshirilishi mumkin: birinchi navbatda, birinchi reaksiyaga ko'ra suyuq suv hosil qilish uchun vodorodni yoqing, so'ngra suvni bug'lang:
H 2 O (l) = H 2 O (g), H 0 isp =?
Keyin, Gess qonuniga ko'ra,
H 1 0 + H 0 isp = H 2 0 ,
qayerda H 0 isp = -241,8 - (-285,8) = 44,0 kJ/mol.
Javob. 44,0 kJ/mol.
3-2-misol. Reaksiya entalpiyasini hisoblang
6C (g) + 6H (g) = C 6 H 6 (g)
a) hosil bo'lish entalpiyalari bo'yicha; b) C 6 H 6 molekulasidagi qo'sh bog'lanishlar o'zgarmas degan faraz ostida bog'lanish energiyalari orqali.
Yechim. a) hosil bo'lish entalpiyalari (kJ/molda) ma'lumotnomada keltirilgan (masalan, P.V. Atkins, Fizika kimyosi, 5-nashr, C9-C15-betlar): fH 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, fH 0 (C (g)) = 716,68, fH 0 (H (g)) = 217,97. Reaksiyaning entalpiyasi:
r H 0 = 82,93 - 6,716,68 - 6,217,97 = -5525 kJ/mol.
b) bu reaksiyada kimyoviy bog'lanishlar sindirmang, faqat shakllantiring. Ruxsat etilgan qo'sh bog'lanishlarni yaqinlashtirishda C 6 H 6 molekulasida 6 ta C-H bog'lari, 3 ta C-C bog'lari va 3 ta C=C aloqalari mavjud. Bog'lanish energiyasi (kJ/molda) (P.W.Atkins, Fizika kimyosi, 5-nashr, C7-bet): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C=C) = 612. Reaksiyaning entalpiyasi:
r H 0 = -(6,412 + 3,348 + 3,612) = -5352 kJ/mol.
Aniq natija bilan farq -5525 kJ/mol benzol molekulasida yagona C-C bog'lari va qo'sh C=C bog'lar mavjud emas, lekin 6 ta aromatik C C bog'lari mavjud.
Javob. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.
3-3-misol. Malumot ma'lumotlaridan foydalanib, reaktsiyaning entalpiyasini hisoblang
3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)
Yechim. Reaksiya uchun qisqartirilgan ion tenglamasi:
3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).
Gess qonuniga ko'ra, reaktsiyaning entalpiyasi quyidagilarga teng:
r H 0 = 4fH 0 (H 2 O (l)) + 2 fH 0 (NO (g)) + 3 fH 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 fH 0 (NO 3 - (aq))
(mis va H + ionining hosil bo'lish entalpiyalari ta'rifi bo'yicha 0 ga teng). Shakllanish entalpiyalarining qiymatlarini almashtirib (P.W.Atkins, Fizika kimyosi, 5-nashr, C9-C15-betlar) biz quyidagilarni topamiz:
r H 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ
(uch mol misga asoslangan).
Javob. -358,4 kJ.
3-4-misol. Metanning 1000 K haroratda yonish entalpiyasini hisoblang, agar 298 K da hosil bo'lish entalpiyasi berilgan bo'lsa: fH 0 (CH 4) = -17,9 kkal/mol, fH 0 (CO 2) = -94,1 kkal/mol, fH 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kkal / mol. 298 dan 1000 K gacha bo'lgan gazlarning issiqlik sig'imlari (kal/(mol. K)) quyidagilarga teng:
C p (CH 4) = 3,422 + 0,0178. T, C p(O2) = 6,095 + 0,0033. T,
C p (CO 2) = 6,396 + 0,0102. T, C p(H 2 O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.
Yechim. Metanning yonish reaksiyasining entalpiyasi
CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
298 K da teng:
94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kkal/mol.
Issiqlik sig‘imlari farqini haroratga bog‘liq holda topamiz:
C p = C p(CO2) + 2 C p(H 2 O (g)) - C p(CH 4) - 2 C p(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(kal/(mol K)).
1000 K da reaksiyaning entalpiyasi Kirxgof tenglamasi yordamida hisoblanadi:
= + 
= -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 kal/mol.
Javob. -192,5 kkal/mol.
VAZIFALAR
3-1. 500 g Al ni o'tkazish uchun qancha issiqlik kerak (mp 658 o C, H 0 pl = 92,4 kal/g), qabul qilingan xona harorati, erigan holatga, agar C p(Al TV) = 0,183 + 1,096 10 -4 T kal/(g K)?
3-2. 1000 K haroratda ochiq idishda sodir bo'ladigan CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) reaktsiyasining standart entalpiyasi 169 kJ / mol. Xuddi shu haroratda, lekin yopiq idishda sodir bo'ladigan bu reaktsiyaning issiqligi nima?
3-3. Suyuq benzolning hosil bo'lishining standart entalpiyasi 49,0 kJ/mol bo'lsa, 298 K da hosil bo'lishining standart ichki energiyasini hisoblang.
3-4. N 2 O 5 (g) ning hosil bo'lish entalpiyasini hisoblang T= 298 K quyidagi ma'lumotlarga asoslanib:
2NO(g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), H 1 0 = -114,2 kJ/mol,
4NO 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2 O 5 (g), H 2 0 = -110,2 kJ/mol,
N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.
3-5. 25 o C da -glyukoza, -fruktoza va saxarozaning yonish entalpiyalari -2802 ga teng,
-2810 va -5644 kJ/mol. Saxaroza gidrolizlanish issiqligini hisoblang.
3-6. At diboran B 2 H 6 (g) hosil bo'lish entalpiyasini aniqlang T= 298 K quyidagi ma'lumotlardan:
B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) = B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 = -2035,6 kJ/mol,
2B(tv) + 3/2 O 2 (g) = B 2 O 3 (tv), H 2 0 = -1273,5 kJ/mol,
H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (g), H 3 0 = -241,8 kJ/mol.
3-7. At oddiy moddalardan rux sulfat hosil bo'lish issiqligini hisoblang T= 298 K quyidagi ma'lumotlarga asoslanib.
Insonning jismoniy xususiyatlaridan biri jismoniy kuch bo'lgani kabi, har qanday kimyoviy bog'lanishning eng muhim xususiyati bog'lanishning mustahkamligi, ya'ni. uning energiyasi.
Eslatib o'tamiz, kimyoviy bog'ning energiyasi kimyoviy bog'lanish hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiya yoki bu bog'lanishni yo'q qilish uchun sarflanishi kerak bo'lgan energiyadir.
Umuman olganda, kimyoviy reaksiya bir moddaning boshqasiga aylanishidir. Binobarin, kimyoviy reaksiya jarayonida ba'zi bog'lanishlar buziladi va boshqalar hosil bo'ladi, ya'ni. energiya konvertatsiyasi.
Fizikaning asosiy qonunida aytilishicha, energiya yo'qdan paydo bo'lmaydi va izsiz yo'qolmaydi, faqat bir shakldan ikkinchisiga o'tadi. O'zining universalligi tufayli, bu printsip kimyoviy reaktsiyalarga nisbatan qo'llanilishi aniq.
Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti issiqlik miqdori deyiladi
reaksiya davomida chiqariladi (yoki so'riladi) va reaksiyaga kirishgan (yoki hosil bo'lgan) 1 mol moddaga tegishli.
Issiqlik effekti Q harfi bilan belgilanadi va odatda kJ/mol yoki kkal/mol bilan o'lchanadi.
Agar reaksiya issiqlik chiqishi bilan sodir bo'lsa (Q > 0), u ekzotermik, issiqlik yutilishi bilan esa (Q) deyiladi.< 0) – эндотермической.
Reaksiyaning energetik profilini sxematik tasvirlasak, endotermik reaksiyalar uchun mahsulotlar reaksiyaga kirishuvchi moddalarga nisbatan energiya jihatidan yuqori, ekzotermik reaksiyalarda esa, aksincha, reaksiyaga kirishuvchi moddalarga nisbatan reaksiya mahsulotlari energiya jihatidan pastroq (barqarorroq) bo ladi.
Ma'lumki, modda qancha ko'p reaksiyaga kirsa, shuncha ko'p katta miqdor energiya chiqariladi (yoki so'riladi), ya'ni. issiqlik effekti moddaning miqdori bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Shuning uchun, atribut termal effekt 1 mol moddaga turli reaksiyalarning issiqlik effektlarini solishtirish istagimizdan kelib chiqadi.
Ma’ruza 6. Termokimyo. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti 1-misol. 8,0 g mis (II) oksidi vodorod bilan qaytarilganda metall mis va suv bug lari hosil bo lib, 7,9 kJ issiqlik ajralib chiqdi. Mis (II) oksidning qaytarilish reaksiyasining issiqlik effektini hisoblang.
Yechim. Reaktsiya tenglamasi: CuO (qattiq) + H2 (g) = Cu (eritma) + H2 O (g) + Q (*)
Proporsiya tuzamiz: qaytarilganda 0,1 mol - 7,9 kJ ajraladi 1 mol - x kJ ajraladi;
Bu yerda x = + 79 kJ/mol. (*) tenglama shaklni oladi
CuO (qattiq.) + H2 (g.) = Cu (qattiq.) + H2 O (g.) +79 kJ
Termokimyoviy tenglama aniqlovchi kimyoviy reaksiya tenglamasidir agregatsiya holati reaksiya aralashmasining tarkibiy qismlari (reagentlar va mahsulotlar) va reaksiyaning issiqlik effekti.
Shunday qilib, muzni eritish yoki suvni bug'lash uchun ma'lum miqdorda issiqlik talab qilinadi, suyuq suv muzlaganda yoki suv bug'lari kondensatsiyalanganda bir xil miqdorda issiqlik chiqariladi. Shuning uchun biz suvdan chiqqanimizda sovuqni his qilamiz (tana yuzasidan suvning bug'lanishi energiya talab qiladi), terlash esa biologikdir. himoya mexanizmi tananing haddan tashqari qizishidan. Aksincha, muzlatgich suvni muzlatib, atrofdagi xonani isitadi va unga ortiqcha issiqlikni chiqaradi.
Ushbu misol suvning agregatsiya holatidagi o'zgarishlarning termal ta'sirini ko'rsatadi. Erishish issiqligi (0o C da) l = 3,34×105 J/kg (fizika), yoki Qpl. = - 6,02 kJ/mol (kimyo), bug'lanish issiqligi (bug'lanish) (100o S da) q = 2,26×106 J/kg (fizika) yoki Qex. = - 40,68 kJ/mol (kimyo).
erish
bug'lanish |
|||||
arr. 298.
Ma’ruza 6. Termokimyo. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik ta'siri Albatta, sublimatsiya jarayonlari qattiq bo'lganda mumkin
aylanib o'tib, gaz fazasiga o'tadi suyuqlik holati va gaz fazasidan yotqizish (kristallanish) ning teskari jarayonlari, ular uchun termal effektni hisoblash yoki o'lchash ham mumkin.
Har bir moddaning kimyoviy bog'lanishlari borligi aniq, shuning uchun har bir modda ma'lum miqdorda energiyaga ega. Biroq, barcha moddalarni bir kimyoviy reaktsiya bilan bir-biriga aylantira olmaydi. Shuning uchun biz standart holatni joriy etishga kelishib oldik.
Moddaning standart holati- bu 298 K haroratda, bu sharoitda eng barqaror allotropik modifikatsiyada 1 atmosfera bosimida moddaning agregatsiya holati.
Standart shartlar- bu 298 K harorat va 1 atmosfera bosimi. Standart shartlar (standart holat) 0 indeksi bilan ko'rsatilgan.
Murakkab hosil bo'lishning standart issiqligi hosil bo'lishning kimyoviy reaktsiyasining issiqlik effekti deb ataladi bu aloqadan standart holatida olingan oddiy moddalardan. Murakkab hosil bo'lish issiqligi Q belgisi bilan ko'rsatilgan 0 Ko'pgina birikmalar uchun standart shakllanish issiqliklari fizik-kimyoviy miqdorlarning ma'lumotnomalarida keltirilgan.
Oddiy moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklari 0 ga teng. Masalan, Q0 namunasi, 298 (O2, gaz) = 0, Q0 namunasi, 298 (C, qattiq, grafit) = 0.
Masalan . Mis (II) sulfat hosil bo‘lishining termokimyoviy tenglamasini yozing. Malumot kitobidan Q0 namunasi 298 (CuSO4) = 770 kJ/mol.
Cu (qattiq) + S (qattiq) + 2O2 (g) = CuSO4 (qattiq) + 770 kJ.
Eslatma: termokimyoviy tenglama har qanday modda uchun yozilishi mumkin, ammo buni tushunish kerak haqiqiy hayot reaksiya butunlay boshqacha tarzda sodir bo'ladi: sanab o'tilgan reagentlardan qizdirilganda mis (II) va oltingugurt (IV) oksidlari hosil bo'ladi, lekin mis (II) sulfat hosil bo'lmaydi. Muhim xulosa: termokimyoviy tenglama - bu boshqa termokimyoviy ma'lumotlar bilan yaxshi mos keladigan, ammo amaliy sinovlarga dosh bera olmaydigan modeldir (ya'ni, reaktsiyaning mumkinligi yoki mumkin emasligini to'g'ri bashorat qila olmaydi).
(B j ) - ∑ a i × Q arr 0 .298 i
Ma’ruza 6. Termokimyo. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti
Aniqlash. Sizni chalg'itmaslik uchun men darhol kimyoviy termodinamikani qo'shaman reaksiya ehtimoli/imkonsizligini bashorat qila oladi, ammo, bu chegaradan oshib ketadigan jiddiyroq "vositalarni" talab qiladi maktab kursi kimyo. Ushbu usullar bilan solishtirganda termokimyoviy tenglama Cheops piramidasi fonida birinchi qadamdir - siz usiz qilolmaysiz, lekin baland ko'tarila olmaysiz.
2-misol. Og'irligi 5,8 g bo'lgan suvning kondensatsiyasining issiqlik effektini hisoblang. Kondensatsiya jarayoni H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q termokimyoviy tenglama bilan tavsiflanadi - kondensatsiya odatda ekzotermik jarayondir 25o C da suvning kondensatsiyalanish issiqligi 37 kJ / mol (spravochnik). .
Shuning uchun Q = 37 × 0,32 = 11,84 kJ.
19-asrda reaksiyalarning issiqlik effektlarini oʻrgangan rus kimyogari Gess eksperimental ravishda kimyoviy reaksiyalarga nisbatan energiyaning saqlanish qonunini – Gess qonunini oʻrnatdi.
Kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti jarayonning yo'liga bog'liq emas va faqat oxirgi va boshlang'ich holatlar orasidagi farq bilan belgilanadi.
Kimyo va matematika nuqtai nazaridan, bu qonun jarayonni hisoblash uchun har qanday "hisoblash traektoriyasini" tanlashda erkin ekanligimizni anglatadi, chunki natija unga bog'liq emas. Shu sababli, juda muhim Gess qonuni nihoyatda muhim ahamiyatga ega Gess qonunining natijasi.
Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti reaksiyaga kirishuvchi moddalarning hosil boʻlish issiqliklari yigʻindisini olib tashlagan holda reaksiya mahsulotlarining hosil boʻlish issiqliklari yigʻindisiga teng (stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda).
Sog'lom fikr nuqtai nazaridan, bu oqibat barcha reaktivlar dastlab oddiy moddalarga aylantirilgan, so'ngra reaktsiya mahsulotlarini hosil qilish uchun qayta yig'ilgan jarayonga mos keladi.
Tenglama shaklida Gess qonunining natijasi quyidagicha ko'rinadi: Reaksiya tenglamasi: a 1 A 1 + a 2 A 2 + … + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + … b
Bunda a i va b j stexiometrik koeffitsientlar, A i reagentlar, B j reaksiya mahsulotidir.
U holda Gess qonunining natijasi Q = ∑ b j × Q arr 0 .298 ko'rinishga ega bo'ladi.
k Bk + Q
(Ai)
Ma’ruza 6. Termokimyo. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti Ko'pgina moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklaridan beri
a) maxsus jadvallarda umumlashtiriladi yoki b) eksperimental tarzda aniqlanishi mumkin, keyin termal effektni juda bashorat qilish (hisoblash) mumkin bo'ladi. katta miqdor reaksiyalar ancha yuqori aniqlikda.
3-misol. (Gess qonunining natijasi). Standart sharoitlarda gaz fazasida sodir bo'ladigan metanning bug 'reformatsiyasining issiqlik effektini hisoblang:
CH4 (g) + H2 O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)
Bu reaksiya ekzotermik yoki endotermik ekanligini aniqlang?
Yechish: Gess qonunining natijasi
Q = 3 Q0 | G ) +Q 0 | (CO ,g ) −Q 0 | G ) −Q 0 | O, g) - ichida umumiy ko'rinish. |
|||||
arr. 298 | arr. 298 | arr. 298 | arr. 298 | ||||||
Q rev0 | 298 (H 2,g) = 0 | Standart holatdagi oddiy modda |
|||||||
Ma'lumotnomadan aralashmaning qolgan tarkibiy qismlarining hosil bo'lish issiqliklarini topamiz.
O,g) = 241,8 | (CO,g) = 110,5 | G) = 74,6 | |||||||||
arr. 298 | arr. 298 | arr. 298 | |||||||||
Qiymatlarni tenglamaga almashtirish
Q = 0 + 110,5 – 74,6 – 241,8 = -205,9 kJ/mol, reaksiya yuqori endotermikdir.
Javob: Q = -205,9 kJ/mol, endotermik
Misol 4. (Gess qonunining qo'llanilishi). Reaksiyalarning ma'lum issiqliklari
C (qattiq) + ½ O (g) = CO (g) + 110,5 kJ
C (qattiq) + O2 (g) = CO2 (g) + 393,5 kJ 2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) reaktsiyasining issiqlik effektini toping Eritma Birinchi va ikkinchi tenglamani 2 ga ko'paytiring
2C (solv.) + O2 (g.) = 2CO (g.) + 221 kJ 2C (eritma) + 2O2 (g.) = 2CO2 (g.) + 787 kJ
Ikkinchi tenglamadan birinchisini ayiring
O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ - 2CO (g) - 221 kJ,
2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ Javob: 566 kJ/mol.
Eslatma: Termokimyoni o'rganayotganda biz tashqi (tashqi) kimyoviy reaktsiyani ko'rib chiqamiz. Bundan farqli o'laroq, kimyoviy termodinamika xatti-harakatlar haqidagi fandir kimyoviy tizimlar- tizimni ichkaridan ko'rib chiqadi va tizimning issiqlik energiyasi sifatida "entalpiya" H tushunchasi bilan ishlaydi. Entalpiya, shuning uchun
Ma’ruza 6. Termokimyo. Kimyoviy reaktsiyaning termal ta'siri issiqlik miqdori bilan bir xil ma'noga ega, ammo mavjud qarama-qarshi belgi: agar tizimdan energiya ajralib chiqsa, atrof-muhit uni qabul qiladi va qiziydi va tizim energiyani yo'qotadi.
Adabiyot:
1. darslik, V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko va boshqalar, Kimyo 9-sinf, 19-band,
2. O'quv va uslubiy qo'llanma“Umumiy kimyo asoslari” 1-qism.
Muallif: S.G. Baram, I.N. Mironov. - o'zi bilan olmoq! keyingi seminar uchun
3. A.V. Manuilov. Kimyo asoslari. http://hemi.nsu.ru/index.htm
§9.1 Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti. Termokimyoning asosiy qonunlari.
§9.2** Termokimyo (davomi). Elementlardan moddaning hosil bo'lish issiqligi.
Shakllanishning standart entalpiyasi.
Diqqat!
Biz hisoblash masalalarini hal qilishga o'tmoqdamiz, shuning uchun kimyo bo'yicha seminarlar uchun kalkulyator endi ma'qul.
|
Ushbu mavzuni o'rganish natijasida siz quyidagilarni bilib olasiz:
Ushbu mavzuni o'rganish natijasida siz quyidagilarni bilib olasiz:
O'quv savollari: |
6.1. Kimyoviy jarayonlar energiyasi
6.1.1. Ichki energiya va entalpiya
Har qanday jarayonda energiyaning saqlanish qonuni kuzatiladi:
Q = D U + A.
Bu tenglik shuni anglatadiki, agar issiqlik Q tizimga berilsa, u ichki energiya D U ni o'zgartirishga va A ishni bajarishga sarflanadi.
Ichki energiya tizim uning umumiy zahirasi, shu jumladan translatsiya energiyasi va aylanish harakati molekulalar, atomlardagi elektronlarning harakat energiyasi, yadrolarning elektronlar bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasi, yadrolar bilan yadrolar va boshqalar, ya'ni. kinetik va tashqari barcha turdagi energiya potentsial energiya bir butun sifatida tizimlar.
O'zgarmas bosimda (kengaytirish ishi) V 1 hajm bilan tavsiflangan 1-holatdan 2-holatga (V 2 hajm) o'tishda tizim tomonidan bajarilgan ish quyidagilarga teng:
A = p (V 2 - V 1).
Doimiy bosimda (p=const), kengayish ishining ifodasini hisobga olgan holda, energiyaning saqlanish qonuni quyidagicha yoziladi:
Q = (U 2 + pV 2) - (U 1 + pV 1).
Tizimning ichki energiyasi yig'indisi va uning hajmi va bosimining mahsuloti deyiladi entalpiya N:
Chunki aniq qiymat tizimning ichki energiyasi noma'lum, entalpiyalarning mutlaq qiymatlarini ham olish mumkin emas. Ularning ilmiy ahamiyati ham bor amaliy foydalanish DH entalpiya o'zgarishlarini toping.
Ichki energiya U va entalpiya H davlat funktsiyalari tizimlari. Davlat funktsiyalari tizimning o'ziga xos xususiyatlari bo'lib, ulardagi o'zgarishlar faqat tizimning yakuniy va boshlang'ich holati bilan belgilanadi, ya'ni. jarayon yo'liga bog'liq emas.
6.1.2. Ekzo- va endotermik jarayonlar
Kimyoviy reaktsiyalarning paydo bo'lishi issiqlikning yutilishi yoki chiqishi bilan birga keladi. Ekzotermik atrof-muhitga issiqlik chiqishi bilan yuzaga keladigan reaktsiya deb ataladi va endotermik– atrof-muhitdan issiqlikni yutish bilan.
Sanoat va laboratoriya amaliyotidagi ko'pgina jarayonlar doimiy bosim va haroratda (T=const, p=const) sodir bo'ladi. Ushbu jarayonlarning energiya xarakteristikasi entalpiyaning o'zgarishidir:
Q P = -D N.
Doimiy hajm va haroratda sodir bo'ladigan jarayonlar uchun (T=const, V=const) Q V =-D U.
Ekzotermik reaktsiyalar uchun DH< 0, а в случае протекания эндотермической реакции Δ Н >0. Masalan,
N 2 (g) + SO 2 (g) = N 2 O (g); DN 298 = +82 kJ,
CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g); DN 298 = -802 kJ.
Kimyoviy tenglamalar, bu qo'shimcha ravishda reaksiyaning issiqlik ta'sirini (jarayonning DH qiymati), shuningdek moddalarning agregatsiya holatini va haroratni ko'rsatadi. termokimyoviy tenglamalar.
Termokimyoviy tenglamalarda reaktivlar va hosil bo'lgan moddalarning faza holati va allotropik modifikatsiyalari qayd etiladi: g - gazsimon, g - suyuq, j - kristalli; S (olmos), S (monokle), C (grafit), C (olmos) va boshqalar.
6.1.3. Termokimyo; Hess qonuni
Fizik va kimyoviy jarayonlar bilan birga keladigan energiya hodisalarini o'rganadi termokimyo. Termokimyoning asosiy qonuni rus olimi G.I. tomonidan tuzilgan qonundir. Hess 1840 yilda.
Gess qonuni: jarayon entalpiyasining o'zgarishi boshlang'ich moddalar va reaksiya mahsulotlarining turi va holatiga bog'liq, lekin jarayonning yo'liga bog'liq emas.
Qayta ko'rib chiqish orqali termokimyoviy ta'sirlar Ko'pincha "jarayon entalpiyasining o'zgarishi" tushunchasi o'rniga "jarayon entalpiyasi" iborasi qo'llaniladi, bu tushuncha bilan D H qiymatini anglatadi. "Jarayonning issiqlik effekti" tushunchasini ishlatish noto'g'ri. ” Gess qonunini shakllantirishda, chunki umumiy holatda Q qiymati davlat funktsiyasi emas. Yuqorida aytib o'tilganidek, faqat doimiy bosimda Q P = -D N (doimiy hajmda Q V = -D U).
Shunday qilib, PCl 5 hosil bo'lishini oddiy moddalarning o'zaro ta'siri natijasida ko'rib chiqish mumkin:
P (k, oq) + 5/2Cl 2 (g) = PCl 5 (k) ; DH 1,
yoki bir necha bosqichda sodir bo'lgan jarayon natijasida:
P (k, oq) + 3/2Cl 2 (g) = PCl 3 (g); DH 2,
PCl 3(g) + Cl 2(g) = PCl 5(k); DH 3,
yoki jami:
P (k, oq) + 5/2Cl 2 (g) = PCl 5 (k) ; D H 1 = D H 2 + D H 3.
6.1.4. Moddalarning hosil bo'lish entalpiyalari
Hosil bo'lish entalpiyasi - barqaror modifikatsiyadagi oddiy moddalardan ma'lum agregatsiya holatidagi moddaning hosil bo'lish jarayonining entalpiyasi. Natriy sulfat hosil bo'lish entalpiyasi, masalan, reaktsiyaning entalpiyasidir:
2Na (k) + S (romb) + 2O 2 (g) = Na 2 SO 4 (k).
Oddiy moddalarning hosil bo'lish entalpiyasi nolga teng.
Reaksiyaning issiqlik effekti moddalarning holatiga, haroratga va bosimga bog'liq bo'lganligi sababli, termokimyoviy hisob-kitoblarni amalga oshirishda undan foydalanishga kelishib olindi. standart shakllanish entalpiyalari- ma'lum bir haroratda joylashgan moddalarning hosil bo'lish entalpiyasi standart holat. Moddaning ma'lum harorat va bosimdagi 101,325 kPa (1 atm)dagi haqiqiy holati kondensatsiyalangan holatdagi moddalar uchun standart holat sifatida qabul qilinadi. Ma'lumotnomalar odatda 1 mol moddaga (D H f o 298) tegishli bo'lgan 25 o C (298 K) haroratda moddalarning hosil bo'lishining standart entalpiyalarini beradi. T = 298 K da ba'zi moddalar hosil bo'lishining standart entalpiyalari jadvalda keltirilgan. 6.1.
6.1-jadval.
Ayrim moddalarning hosil bo'lish standart entalpiyalari (D H f o 298).
Modda |
D N f o 298, kJ/mol |
Modda |
D N f o 298, kJ/mol |
Ko'pgina murakkab moddalarning hosil bo'lishining standart entalpiyalari salbiy qiymatlardir. Kam miqdordagi beqaror moddalar uchun D N f o 298 > 0. Bunday moddalarga, xususan, azot oksidi (II) va azot oksidi (IV) kiradi, 6.1-jadval.
6.1.5. Kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektlarini hisoblash
Jarayonlarning entalpiyalarini hisoblash uchun Hess qonunining xulosasi qo'llaniladi: reaksiya entalpiyasi reaktsiya mahsulotlarining hosil bo'lish entalpiyalari yig'indisidan minus boshlang'ich moddalarning hosil bo'lish entalpiyalari yig'indisiga teng. stoxiometrik koeffitsientlar.
Kaltsiy karbonatning parchalanish entalpiyasini hisoblaymiz. Jarayon quyidagi tenglama bilan tavsiflanadi:
CaCO 3 (k) = CaO (k) + CO 2 (g).
Ushbu reaksiyaning entalpiyasi kaltsiy oksidi hosil bo'lish entalpiyalarining yig'indisiga teng bo'ladi karbonat angidrid minus kaltsiy karbonat hosil bo'lish entalpiyasi:
D H o 298 = D H f o 298 (CaO (k)) + D H f o 298 (CO 2 (g)) - D H f o 298 (CaCO 3 (k)).
6.1-jadvaldagi ma'lumotlardan foydalanish. olamiz:
D H o 298 = - 635,1 -393,5 + 1206,8 = + 178,2 kJ.
Olingan ma'lumotlardan ko'rib chiqilayotgan reaktsiya endotermik, ya'ni. issiqlikni yutish bilan davom etadi.
CaO (k) + CO 2 (k) = CaCO 3 (k)
Issiqlikning chiqishi bilan birga. Uning entalpiyasi teng bo'ladi
D H o 298 = -1206,8 +635,1 + 393,5 = -178,2 kJ.
6.2. Kimyoviy reaksiyalar tezligi
6.2.1. Reaktsiya tezligi tushunchasi
Kimyoviy reaksiyalarning tezligi va mexanizmlarini o'rganadigan kimyo bo'limi deyiladi kimyoviy kinetika. Kimyoviy kinetikaning asosiy tushunchalaridan biri kimyoviy reaksiya tezligidir.
Kimyoviy reaksiya tezligi tizimning doimiy hajmida reaktivlar konsentratsiyasining vaqt birligidagi o'zgarishi bilan aniqlanadi.
Quyidagi jarayonni ko'rib chiqing:
t 1 vaqtning qaysidir nuqtasida A moddaning konsentratsiyasi c 1 qiymatiga, t 2 momentida esa c 2 qiymatiga teng bo'lsin. t 1 dan t 2 gacha bo'lgan vaqt oralig'ida konsentratsiyaning o'zgarishi D c = c 2 - c 1 bo'ladi. o'rtacha tezlik reaksiyaga teng:
Minus belgisi qo'yiladi, chunki reaksiya borishi bilan (D t> 0) moddaning konsentratsiyasi kamayadi (D s).< 0), в то время, как скорость реакции является положительной величиной.
Kimyoviy reaksiya tezligi reaktivlarning tabiatiga va reaksiya sharoitlariga bog'liq: kontsentratsiya, harorat, katalizator mavjudligi, bosim (gaz reaktsiyalari uchun) va boshqa omillar. Xususan, moddalarning aloqa maydoni ortishi bilan reaksiya tezligi oshadi. Reaktsiya tezligi reaktivlarni aralashtirish tezligining oshishi bilan ham ortadi.
Raqamli qiymat reaksiya tezligi reaksiya tezligi qaysi komponentdan hisoblanganiga ham bog'liq. Masalan, jarayonning tezligi
H 2 + I 2 = 2HI,
HI kontsentratsiyasining o'zgarishidan hisoblangan H 2 yoki I 2 reagentlari konsentratsiyasining o'zgarishidan hisoblangan reaktsiya tezligi ikki baravar.
6.2.2. Reaksiya tezligining konsentratsiyaga bog'liqligi; reaksiyaning tartibi va molekulyarligi
Kimyoviy kinetikaning asosiy qonuni ommaviy harakatlar qonuni– reaksiya tezligining reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasiga bog‘liqligini o‘rnatadi.
Reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasining mahsulotiga proportsionaldir. Sifatida umumiy shaklda yozilgan reaksiya uchun
aA + bB = cC + dD,
Reaktsiya tezligining kontsentratsiyaga bog'liqligi quyidagi shaklga ega:
v = k [A] a [B] b .
Ushbu kinetik tenglamada k - mutanosiblik koeffitsienti, deyiladi tezlik konstantasi; [A] va [B] - A va B moddalarning konsentratsiyasi. Reaksiya tezligi konstantasi k reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga va haroratga bog'liq, lekin ularning konsentratsiyasiga bog'liq emas. a va b koeffitsientlari eksperimental ma'lumotlardan topilgan.
Kinetik tenglamalardagi ko'rsatkichlar yig'indisi umumiy deyiladi tartibda; ... uchun reaktsiyalar. Shuningdek bor shaxsiy buyurtma komponentlardan biri uchun reaktsiyalar. Masalan, reaktsiya uchun
H 2 + C1 2 = 2 HC1
Kinetik tenglama quyidagicha ko'rinadi:
v = k 1/2,
bular. umumiy tartib 1,5 ga teng va H 2 va C1 2 komponentlari uchun reaksiya tartiblari mos ravishda 1 va 0,5 ga teng.
Molekulyarlik reaksiya zarrachalar soni bilan belgilanadi, ularning bir vaqtning o'zida to'qnashuvi kimyoviy o'zaro ta'sirning elementar aktini amalga oshiradi. Boshlang'ich harakat (boshlang'ich bosqich)– zarrachalarning (molekulalar, ionlar, radikallar) boshqa zarrachalarga oʻzaro taʼsiri yoki oʻzgarishining yagona akti. Elementar reaksiyalar uchun reaksiyaning molekulyarligi va tartibi bir xil. Agar jarayon ko'p bosqichli bo'lsa va shuning uchun reaksiya tenglamasini yozish jarayonning mexanizmini ochib bermasa, reaktsiya tartibi uning molekulyarligiga to'g'ri kelmaydi.
Kimyoviy reaksiyalar Ular bir necha bosqichda sodir bo'ladigan oddiy (bir bosqichli) va murakkablarga bo'linadi.
Monomolekulyar reaksiya elementar akt bir molekulaning kimyoviy o'zgarishi bo'lgan reaktsiya. Masalan:
CH 3 CHO (g) = CH 4 (g) + CO (g).
Bimolekulyar reaktsiya- ikki zarracha to'qnashganda elementar harakat sodir bo'ladigan reaktsiya. Masalan:
H 2 (g) + I 2 (g) = 2 HI (g).
Trimolekulyar reaktsiya- oddiy reaktsiya, uning elementar harakati bir vaqtning o'zida uchta molekulaning to'qnashuvi paytida sodir bo'ladi. Masalan:
2NO (g) + O 2 (g) = 2 NO 2 (g).
Reaksiya mahsulotlarini hosil bo'lishiga olib keladigan uchtadan ortiq molekulalarning bir vaqtning o'zida to'qnashuvi amalda mumkin emasligi aniqlandi.
Ommaviy ta'sir qonuni ishtirok etgan reaksiyalarga taalluqli emas qattiq moddalar, chunki ularning konsentratsiyasi doimiy va ular faqat sirtda reaksiyaga kirishadi. Bunday reaktsiyalarning tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar orasidagi aloqa yuzasining kattaligiga bog'liq.
6.2.3. Reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi
Kimyoviy reaksiyalar tezligi harorat oshishi bilan ortadi. Bu o'sish o'sish bilan bog'liq kinetik energiya molekulalar. 1884 yilda golland kimyogari Van't Xoff qoidani ishlab chiqdi: Haroratning har 10 daraja oshishi bilan kimyoviy reaktsiyalar tezligi 2-4 barobar ortadi.
Van't Xoff qoidasi quyidagicha yozilgan:
,
bu yerda V t 1 va V t 2 - t 1 va t 2 haroratlarda reaksiya tezligi; g - tezlikning harorat koeffitsienti, 2 - 4 ga teng.
Reaksiya tezligiga haroratning ta’sirini taxminiy aniqlash uchun Vant-Xoff qoidasidan foydalaniladi. Reaksiya tezligi konstantasining haroratga bog'liqligini tavsiflovchi aniqroq tenglama 1889 yilda shved olimi S. Arrenius tomonidan taklif qilingan:
.
Arrhenius tenglamasida A - doimiy, E - aktivlanish energiyasi (J/mol); T - harorat, K.
Arreniusning fikriga ko'ra, molekulalarning barcha to'qnashuvlari kimyoviy o'zgarishlarga olib kelmaydi. Faqat ortiqcha energiyaga ega bo'lgan molekulalar reaksiyaga kirisha oladi. To'qnashuvchi zarralar o'rtasida reaksiya sodir bo'lishi uchun bo'lishi kerak bo'lgan ortiqcha energiya deyiladi faollashtirish energiyasi.
6.3. Kataliz va katalizatorlar haqida tushuncha
Katalizator - bu kimyoviy reaksiya tezligini o'zgartiradigan, ammo reaktsiya tugagandan so'ng kimyoviy jihatdan o'zgarmagan moddadir.
Ba'zi katalizatorlar reaktsiyani tezlashtiradi, boshqalari esa chaqiriladi ingibitorlar, uning rivojlanishini sekinlashtiradi. Masalan, katalizator sifatida vodorod peroksid H2O2 ga oz miqdorda MnO 2 qo'shilishi tez parchalanishga olib keladi:
2 H 2 O 2 –(MnO 2) 2 H 2 O + O 2.
Kichik miqdordagi sulfat kislota mavjud bo'lganda, H 2 O 2 ning parchalanish tezligining pasayishi kuzatiladi. Bu reaksiyada sulfat kislota inhibitor vazifasini bajaradi.
Katalizatorning reaktivlar bilan bir fazada bo'lishiga yoki mustaqil faza hosil qilishiga qarab, ular farqlanadi. bir hil Va heterojen kataliz.
Gomogen kataliz
Gomogen katalizda reaktivlar va katalizator bir xil fazada, masalan, gazsimon. Katalizatorning ta'sir qilish mexanizmi uning reaksiyaga kirishuvchi moddalar bilan oraliq birikmalar hosil qilishiga ta'sir qilishiga asoslanadi.
Keling, katalizatorning ta'sir mexanizmini ko'rib chiqaylik. Katalizator bo'lmaganda, reaksiya
Bu juda sekin davom etadi. Katalizator boshlang'ich moddalar bilan (masalan, B moddasi bilan) reaktiv oraliq mahsulot hosil qiladi:
Yakuniy reaktsiya mahsulotini hosil qilish uchun boshqa boshlang'ich material bilan kuchli reaksiyaga kirishadi:
VK + A = AB + K.
Gomogen kataliz, masalan, azot oksidlari ishtirokida yuzaga keladigan oltingugurt (IV) oksidni oltingugurt (VI) oksidga oksidlanish jarayonida sodir bo'ladi.
Gomogen reaktsiya
2 SO 2 + O 2 = 2 SO 3
katalizator bo'lmasa, u juda sekin ketadi. Ammo katalizator (NO) kiritilganda oraliq birikma (NO2) hosil bo'ladi:
O 2 + 2 NO = 2 NO 2,
SO 2 ni oson oksidlaydi:
NO 2 + SO 2 = SO 3 + NO.
Oxirgi jarayonning faollashuv energiyasi juda kichik, shuning uchun reaktsiya shu bilan davom etadi yuqori tezlik. Shunday qilib, katalizatorlarning ta'siri reaktsiyaning faollashuv energiyasini kamaytirishga kamayadi.
Geterogen kataliz
Geterogen katalizda katalizator va reaktivlar turli fazalarda bo'ladi. Katalizator odatda qattiq holatda, reaktivlar esa suyuq yoki gazsimon holatda bo'ladi. Geterogen katalizda jarayonning tezlashishi odatda katalizator sirtining katalitik ta'siri bilan bog'liq.
Katalizatorlar ta'sirning selektivligi bilan ajralib turadi. Masalan, alyuminiy oksidi katalizatori Al 2 O 3 ishtirokida 300 o C da etil spirtidan suv va etilen olinadi:
C 2 H 5 OH – (Al 2 O 3) C 2 H 4 + H 2 O.
Xuddi shu haroratda, lekin katalizator sifatida mis Cu ishtirokida etil spirtining dehidrogenatsiyasi sodir bo'ladi:
C 2 H 5 OH – (Cu) CH 3 CHO + H 2.
Ba'zi moddalarning oz miqdori katalizatorlarning faolligini kamaytiradi yoki hatto butunlay yo'q qiladi (katalizator bilan zaharlanish). Bunday moddalar deyiladi katalitik zaharlar. Masalan, kislorod NH 3 sintezi jarayonida temir katalizatorining qaytarilmaydigan zaharlanishiga olib keladi. Katalizatorning faolligini kisloroddan tozalangan azot va vodorodning yangi aralashmasidan o'tkazish orqali tiklash mumkin. Oltingugurt NH 3 sintezi jarayonida katalizatorning qaytarilmas zaharlanishiga olib keladi. Uning faolligini yangi N 2 + H 2 aralashmasidan o'tkazish orqali tiklash mumkin emas.
Reaksiya katalizatorlarining ta'sirini kuchaytiruvchi moddalar deyiladi targ'ibotchilar, yoki faollashtiruvchilar(platina katalizatorlari, masalan, temir yoki alyuminiy qo'shish orqali targ'ib qilinadi).
Geterogen kataliz mexanizmi ancha murakkab. Uni tushuntirish uchun katalizning adsorbsion nazariyasidan foydalaniladi. Katalizatorning yuzasi heterojendir, shuning uchun uning ustida faol markazlar mavjud. Reaksiyaga kirishuvchi moddalarning adsorbsiyasi faol markazlarda sodir bo'ladi. Oxirgi jarayon reaksiyaga kirishuvchi molekulalarni bir-biriga yaqinlashtiradi va ularning kimyoviy faolligini oshiradi, chunki adsorbsiyalangan molekulalardagi atomlar orasidagi aloqalar zaiflashadi va atomlar orasidagi masofa oshadi.
Boshqa tomondan, katalizatorning geterogen katalizdagi tezlashtiruvchi ta'siri reaktivlar oraliq birikmalar hosil qilishi (bir jinsli katalizda bo'lgani kabi) bilan bog'liq, deb ishoniladi, bu esa aktivlanish energiyasining pasayishiga olib keladi.
6.4. Kimyoviy muvozanat
Qaytarib bo'lmaydigan va qaytarilmas reaktsiyalar
Faqat bitta yo'nalishda davom etadigan va yakunlangan reaktsiyalar to'liq transformatsiya dastlabki moddalarning yakuniy moddalarga aylanishi qaytarilmas deyiladi.
Qaytarib bo'lmaydigan, ya'ni. yakunlanishga o'tish - bu reaktsiyalar
Qarama-qarshi yo'nalishda borishi mumkin bo'lgan kimyoviy reaktsiyalar qaytariladigan deb ataladi. Odatda qaytariladigan reaksiyalar ammiakning sintezi va oltingugurt (IV) oksidning oltingugurt (VI) oksidiga oksidlanishi:
N 2 + 3 H 2 2 NH 3,
2 SO 2 + O 2 2 SO 3.
Qaytariladigan reaktsiyalar uchun tenglamalarni yozishda teng belgi o'rniga qarama-qarshi yo'nalishni ko'rsatadigan ikkita o'qdan foydalaning.
Qaytariladigan reaksiyalarda vaqtning boshlang'ich momentidagi to'g'ridan-to'g'ri reaksiya tezligi maksimal qiymatga ega bo'lib, boshlang'ich reagentlar konsentratsiyasining pasayishi bilan kamayadi. Aksincha, teskari reaktsiya dastlab minimal tezlikka ega bo'lib, mahsulotlar kontsentratsiyasi oshgani sayin ortib boradi. Natijada, to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi teng bo'ladigan va tizimda kimyoviy muvozanat o'rnatiladigan moment keladi.
Kimyoviy muvozanat
To'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligi teskari reaktsiya tezligiga teng bo'ladigan reaksiyaga kirishuvchi moddalar tizimining holati kimyoviy muvozanat deyiladi.
Kimyoviy muvozanat haqiqiy muvozanat deb ham ataladi. To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligining tengligidan tashqari, haqiqiy (kimyoviy) muvozanat quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:
- tizimning holati, tizim muvozanatga qaysi tomondan yaqinlashganidan qat'i nazar, bir xil bo'ladi - boshlang'ich moddalar tomonidan yoki reaksiya mahsulotlari tomonidan.
sistema holatining o'zgarmasligi to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning paydo bo'lishidan kelib chiqadi, ya'ni muvozanat holati dinamikdir;
tizimga tashqi ta'sir bo'lmasa, tizimning holati vaqt o'tishi bilan o'zgarishsiz qoladi;
har qanday tashqi ta'sir tizim muvozanatining o'zgarishiga olib keladi; ammo, agar tashqi ta'sir bartaraf etilsa, tizim asl holatiga qaytadi;
Bu haqiqatdan ajralib turishi kerak ko'rinadigan muvozanat. Masalan, xona haroratida yopiq idishdagi kislorod va vodorod aralashmasi cheksiz uzoq vaqt davomida saqlanishi mumkin. Biroq, reaktsiyaning boshlanishi (elektr zaryadsizlanishi, ultrabinafsha nurlanishi, haroratning oshishi) suv hosil bo'lishining qaytarilmas reaktsiyasini keltirib chiqaradi.
6.5. Le Chatelier printsipi
Tashqi sharoitdagi o'zgarishlarning muvozanat holatiga ta'siri aniqlanadi Le Châtel printsipi e (Frantsiya, 1884): agar muvozanat holatidagi tizimga har qanday tashqi ta'sir qo'llanilsa, u holda tizimdagi muvozanat bu ta'sirni zaiflashtirish tomon siljiydi.
Le Shatelier printsipi nafaqat kimyoviy jarayonlarga, balki qaynash, kristallanish, erish va boshqalar kabi jismoniy jarayonlarga ham tegishli.
Ta'sirni ko'rib chiqing turli omillar Kimyoviy muvozanat uchun ammiak sintez reaktsiyasi misolida:
N 2 + 3 H 2 2 NH 3; DH = -91,8 kJ.
Konsentratsiyaning kimyoviy muvozanatga ta'siri.
Le Chatelier printsipiga ko'ra, boshlang'ich moddalar kontsentratsiyasining oshishi muvozanatni reaktsiya mahsulotlarini hosil bo'lishiga olib keladi. Reaksiya mahsulotlari kontsentratsiyasining oshishi muvozanatni boshlang'ich moddalar hosil bo'lishiga olib keladi.
Yuqorida muhokama qilingan ammiak sintezi jarayonida muvozanat tizimiga qo'shimcha miqdorda N 2 yoki H 2 kiritilishi muvozanatning bu moddalarning konsentratsiyasi pasaygan tomonga siljishiga olib keladi, shuning uchun muvozanat hosil bo'lish tomon siljiydi; NH3 dan. Ammiak kontsentratsiyasining oshishi muvozanatni asosiy moddalar tomon siljitadi.
Shunday qilib, katalizator oldinga va teskari reaktsiyalarni teng darajada tezlashtiradi katalizatorning kiritilishi kimyoviy muvozanatga ta'sir qilmaydi.
Haroratning kimyoviy muvozanatga ta'siri
Harorat ortishi bilan muvozanat endotermik reaksiyaga, harorat pasayganda esa ekzotermik reaksiya tomon siljiydi.
Muvozanatning siljish darajasi aniqlanadi mutlaq qiymat termal effekt: reaksiyaning DH qiymati qanchalik katta bo'lsa, haroratning ta'siri shunchalik katta bo'ladi.
Ko'rib chiqilayotgan ammiak sintez reaktsiyasida haroratning oshishi muvozanatni boshlang'ich moddalar tomon siljitadi.
Bosimning kimyoviy muvozanatga ta'siri
Bosimning o'zgarishi gazsimon moddalarni o'z ichiga olgan kimyoviy muvozanatga ta'sir qiladi. Le Shatelye printsipiga ko'ra, bosimning ortishi muvozanatni gazsimon moddalar hajmining kamayishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyaga, bosimning pasayishi esa muvozanatni teskari tomonga siljitadi. Ammiak sintezining reaktsiyasi tizim hajmining pasayishi bilan davom etadi (tenglamaning chap tomonida to'rtta, o'ngda ikkitasi bor). Shuning uchun bosimning oshishi muvozanatni ammiak hosil bo'lishiga olib keladi. Bosimning pasayishi muvozanatni o'zgartiradi teskari tomon. Agar teskari reaksiya tenglamasida o'ng va chap tomonlardagi gazsimon moddalar molekulalari soni teng bo'lsa (reaksiya gazsimon moddalar hajmini o'zgartirmasdan davom etsa), unda bosim bu tizimdagi muvozanat holatiga ta'sir qilmaydi.
Mashq qilish 81.
Fe ning qaytarilishida ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini hisoblang 2 O 3 metall alyuminiy, agar 335,1 g temir olingan bo'lsa. Javob: 2543,1 kJ.
Yechim:
Reaktsiya tenglamasi:
= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ
335,1 g temir qabul qilinganda ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini hisoblash quyidagi nisbatdan amalga oshiriladi:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,
bu erda 55,85 atom massasi bez.
Javob: 2543,1 kJ.
Reaksiyaning issiqlik effekti
Vazifa 82.
Gazsimon etil spirti C2H5OH etilen C 2 H 4 (g) va suv bug'ining o'zaro ta'sirida olinishi mumkin. Bu reaksiyaning termokimyoviy tenglamasini yozing, avval uning issiqlik effektini hisoblang. Javob: -45,76 kJ.
Yechim:
Reaktsiya tenglamasi:
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C2H 5 OH (g); = ?
Moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklarining qiymatlari maxsus jadvallarda keltirilgan. Oddiy moddalarning hosil bo'lish issiqliklari shartli ravishda nolga teng deb qabul qilinishini hisobga olsak. Reaksiyaning issiqlik effektini Gess qonuni natijasidan foydalanib hisoblab chiqamiz:
= (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ
Belgilar haqida reaksiya tenglamalari kimyoviy birikmalar ularning yig'ilish holatlari yoki kristall modifikatsiyasi, shuningdek, termokimyoviy deb ataladigan termal effektlarning raqamli qiymati ko'rsatilgan. Termokimyoviy tenglamalarda, agar aniq ko'rsatilmagan bo'lsa, Q p doimiy bosimdagi termal effektlarning qiymatlari tizim entalpiyasining o'zgarishiga teng ravishda ko'rsatilgan. Qiymat odatda tenglamaning o'ng tomonida vergul yoki nuqtali vergul bilan ajratiladi. Moddaning agregat holati uchun quyidagi qisqartirilgan belgilar qabul qilinadi: G- gazsimon, va- suyuqlik, Kimga
Agar reaksiya natijasida issiqlik ajralib chiqsa, u holda< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.
Javob:- 45,76 kJ.
83-topshiriq.
Quyidagi termokimyoviy tenglamalar asosida temir (II) oksidning vodorod bilan qaytarilish reaksiyasining issiqlik effektini hisoblang:
a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ.
Javob: +27,99 kJ.
Yechim:
Temir (II) oksidini vodorod bilan qaytarish reaktsiya tenglamasi quyidagi ko'rinishga ega:
EeO (k) + H 2 (g) = Fe (k) + H 2 O (g); = ?
= (H2O) – [ (FeO)
Suvning hosil bo'lish issiqligi tenglama bilan berilgan
H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ,
va temir (II) oksidining hosil bo'lish issiqligini (b) tenglamadan (a) tenglamani ayirish yo'li bilan hisoblash mumkin.
=(c) - (b) - (a) = -241.83 - [-283.o - (-13.18)] = +27.99 kJ.
Javob:+27,99 kJ.
84-topshiriq.
Gazsimon vodorod sulfidi va karbonat angidrid o'zaro ta'sirlashganda, suv bug'i va karbon disulfidi CS 2 (g) hosil bo'ladi. Bu reaksiyaning termokimyoviy tenglamasini yozing va avval uning issiqlik effektini hisoblang. Javob: +65,43 kJ.
Yechim:
G- gazsimon, va- suyuqlik, Kimga-- kristalli. Agar moddalarning agregat holati aniq bo'lsa, masalan, O 2, H 2 va boshqalar bo'lsa, bu belgilar kiritilmaydi.
Reaktsiya tenglamasi:
2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = ?
Moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklarining qiymatlari maxsus jadvallarda keltirilgan. Oddiy moddalarning hosil bo'lish issiqliklari shartli ravishda nolga teng deb qabul qilinishini hisobga olsak. Reaksiyaning issiqlik effektini Gess qonunining xulosasi yordamida hisoblash mumkin:
= (H 2 O) + (SS 2) – [(H 2 S) + (SO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 - = +65,43 kJ.
2H 2 S (g) + CO 2 (g) = 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65,43 kJ.
Javob:+65,43 kJ.
Termokimyoviy reaksiya tenglamasi
85-topshiriq.
CO (g) va vodorod o'rtasidagi reaksiyaning termokimyoviy tenglamasini yozing, buning natijasida CH 4 (g) va H 2 O (g) hosil bo'ladi. Agar normal sharoitda 67,2 litr metan olinsa, bu reaksiya davomida qancha issiqlik ajralib chiqadi? Javob: 618,48 kJ.
Yechim:
Kimyoviy birikmalar belgilari yonida ularning agregat holatlari yoki kristall modifikatsiyasi, shuningdek issiqlik effektlarining raqamli qiymati ko'rsatilgan reaksiya tenglamalari termokimyoviy deb ataladi. Termokimyoviy tenglamalarda, agar aniq ko'rsatilmagan bo'lsa, tizimning entalpiyasining o'zgarishiga teng Q p doimiy bosimdagi termal effektlarning qiymatlari ko'rsatilgan. Qiymat odatda tenglamaning o'ng tomonida vergul yoki nuqtali vergul bilan ajratiladi. Moddaning agregat holati uchun quyidagi qisqartirilgan belgilar qabul qilinadi: G- gazsimon, va- nimadur, Kimga- kristalli. Agar moddalarning agregat holati aniq bo'lsa, masalan, O 2, H 2 va boshqalar bo'lsa, bu belgilar kiritilmaydi.
Reaktsiya tenglamasi:
CO (g) + 3H 2 (g) = CH 4 (g) + H 2 O (g); = ?
Moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklarining qiymatlari maxsus jadvallarda keltirilgan. Oddiy moddalarning hosil bo'lish issiqliklari shartli ravishda nolga teng deb qabul qilinishini hisobga olsak. Reaksiyaning issiqlik effektini Gess qonunining xulosasi yordamida hisoblash mumkin:
= (H 2 O) + (CH 4) - (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) = -206,16 kJ.
Termokimyoviy tenglama quyidagicha bo'ladi:
22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.
Javob: 618,48 kJ.
Shakllanish issiqligi
86-topshiriq.
Qaysi reaksiyaning issiqlik effekti hosil bo'lish issiqligiga teng. Quyidagi termokimyoviy tenglamalar asosida NO hosil bo'lish issiqligini hisoblang:
a) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2 O (l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) = 2N 2 (g) + 6H 2 O (l); = -1530,28 kJ
Javob: 90,37 kJ.
Yechim:
Standart hosil bo'lish issiqligi standart sharoitda ushbu moddaning 1 molini oddiy moddalardan hosil bo'lish reaksiya issiqligiga teng (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Oddiy moddalardan NO hosil bo'lishini quyidagicha ifodalash mumkin:
1/2N 2 + 1/2O 2 = YO'Q
4 mol NO hosil qiluvchi (a) reaksiya va 2 mol N2 hosil qiluvchi (b) reaksiya berilgan. Kislorod ikkala reaksiyada ham ishtirok etadi. Shuning uchun, NO hosil bo'lishning standart issiqligini aniqlash uchun biz quyidagi Gess siklini tuzamiz, ya'ni (b) tenglamadan (a) tenglamani ayirishimiz kerak:
Shunday qilib, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 kJ.
Javob: 618,48 kJ.
87-topshiriq.
Kristalli ammoniy xlorid ammiak va vodorod xlorid gazlarining reaksiyasidan hosil bo'ladi. Bu reaksiyaning termokimyoviy tenglamasini yozing, avval uning issiqlik effektini hisoblang. Reaksiyaga normal sharoitda hisoblangan 10 l ammiak sarflanganda qancha issiqlik ajralib chiqadi? Javob: 78,97 kJ.
Yechim:
Kimyoviy birikmalar belgilari yonida ularning agregat holatlari yoki kristall modifikatsiyasi, shuningdek issiqlik effektlarining raqamli qiymati ko'rsatilgan reaksiya tenglamalari termokimyoviy deb ataladi. Termokimyoviy tenglamalarda, agar aniq ko'rsatilmagan bo'lsa, tizimning entalpiyasining o'zgarishiga teng Q p doimiy bosimdagi termal effektlarning qiymatlari ko'rsatilgan. Qiymat odatda tenglamaning o'ng tomonida vergul yoki nuqtali vergul bilan ajratiladi. Quyidagilar qabul qilindi: Kimga-- kristalli. Agar moddalarning agregat holati aniq bo'lsa, masalan, O 2, H 2 va boshqalar bo'lsa, bu belgilar kiritilmaydi.
Reaktsiya tenglamasi:
NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (k). ; = ?
Moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklarining qiymatlari maxsus jadvallarda keltirilgan. Oddiy moddalarning hosil bo'lish issiqliklari shartli ravishda nolga teng deb qabul qilinishini hisobga olsak. Reaksiyaning issiqlik effektini Gess qonunining xulosasi yordamida hisoblash mumkin:
= (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.
Termokimyoviy tenglama quyidagicha bo'ladi:
Ushbu reaksiyada 10 litr ammiakning reaktsiyasi paytida ajralib chiqadigan issiqlik nisbati bo'yicha aniqlanadi:
22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.
Javob: 78,97 kJ.