Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?еств.
?H0реакции = ? ?H0f(кон. прод.) - ? ?H0f(исх. в-в.)
Пример.
Определить энтальпию реакции восстановления оксида меди (II) метаном при 250С.
4СuO(к)+СН4(г)=4Cu(к)+CO2(г)+2H2O(г).
Применим второе следствие из закона Гесса.
?H0реакции =4?H0f,Cu +?H0f,CO2 +2?H0f,H2O [4?H0f,CuO +?H0f,CH4].
Значения энтальпий образования всех продуктов данной реакции берем из таблицы стандартных энтальпий.
?H0реакции = 4*0+(- 393,8)+2(-242) - [4(- 162,1)+(-74,9)]= -154,7 кДж
?H0реакции = -154,7 кДж. Реакция экзотермическая.
Частные случаи применения закона Гесса.
Используя закон Гесса и его следствия можно, в частности, рассчитать энергию связи и энергию кристаллической решетки.
- Расчет энергии химической связи между атомами в молекулах.
Для того, чтобы найти энергию связи, необходимо, используя закон Гесса, рассчитать атомарную энтальпию (?H0ат.) энтальпию образования одного моля газообразного вещества из газообразных атомов. В качестве примера рассчитаем энергию связи ОН в молекуле Н2О.
По закону Гесса построим схему энтальпийной диаграммы для образования молекулы воды.
O(г)+2Н(г)
?H0дис.О2
2Н(г)+ О2(г.)
?H0дис.Н2
Н2(г)+ О2(г.).
?H0х.р.
Н2О
?H0х.р.=?H0дис.Н2+?H0дис.О2+?H0атом.
Значения энтальпий хим. реакции (?H0х.р.), диссоциации водорода (?H0дис.Н2), диссоциации кислорода (?H0дис.О2) получим используя второе следствие из закона Гесса. Значения энтальпий образования берется из соответствующих таблиц.
а)Н2(г)+ О2(г.)=H2O(г);?H0х.р.
?H0х.р.=?H0f,H2O(г)[?H0f,H2(г)+ ?H0f,O2(г)]= -241,84 [0+0]= -241,84 кДж/моль
б)Н2(г)=2Н(г);?H0дис. H2
?H0дис. H2=2?H0f,H(г) ?H0f,H2(г)=2*217,98 0= 435,96 кДж/моль
в)О2(г.)= O(г);?H0дис. O2=?H0f, O2(г) ?H0f,O2(г)= 246,8 0=246,8
?H0атом.=?H0х.р. ?H0дис. H2 ?H0дис. O2= -241,98 435,96 246,8 = -924,74 кДж/моль
Это значит,что в результате образования газообразной молекулы H2O из газообразных атомов водорода и кислорода, т.е. в результате образования двух связей ОН выделяется 924,74 кДж (?H0атом.= -924,74 кДж/моль).
В соответствии первого следствия из закона Гесса на разрушение молекулы воды (на разрушение двух связей ОН) необходимо затратить 924,74 кДж/моль (?H0разл.= =+924,74 кДж/моль).
Следовательно, энергия одной связи ОН будет равной: Ео-н=924,74/2=462,37 кДж
- Расчет энергии кристаллической решетки.
Энергией кристаллической решетки называют то количество энергии, которое необходимо для разрыва кристаллической решетки на составные части с удалением их на значительное расстояние. Экспериментальное определение энергии кристаллической решетки затруднительно. Ее можно вычислить при помощи цикла Борна Габера, основанного на законе Гесса, т.е. через определение энтальпии кристаллической решетки.
Для определения энтальпии ионной кристаллической решетки хлорида натрия построим схему энтальпийной диаграммы.
Na+(г)+Cl(г)
Na+(г)+Cl(г)
Na(г)+Cl(г)
Na(г)+Cl2
Na(к)+Cl2(г)
?H0обр. NaCl
NaCl(к)
В этой схеме цикла Борна Габера кристаллический хлорид натрия получают: с одной стороны непосредственно взаимодействием кристаллического натрия и газообразного хлора.
Na(к)+Cl2(г)= NaCl(к);?H0обр. NaCl(г)
б) С другой стороны посредством ряда стадий: испарения (сублимации) натрия диссоциации хлора ионизации (отрыва электрона) натрия сродства к электрону хлора (присоединение электрона хлора) взаимодействия иона натрия с ионом хлора с образованием кристаллического NaCl
- Na(к)= Na(г);?H0суб. Na;?H0суб. Na =?H0обр. Na(г) ?H0обр. Na(к)
- Cl2(г) = Cl(г);?H0дис. Cl2;?H0дис. Cl2=?H0обр. Сl(г) ?H0обр. Cl2(г)
- Na(г)= Na+;?H0ион. Na;?H0ион. Na=?H0обр. Na+(г) ?H0обр. Na(г)
- Cl(г)=Cl;?H0ср.к эл. Cl; ?H0ср.к эл. Cl=?H0обр. Сl(г) ?H0обр. Cl(г)
- Na+(г)+ Cl(г)= NaCl(к); ?H0реш;
Используя закон Гесса, запишем.
?H0обр. NaCl(к) =?H0суб. Na +?H0дис. Cl2+?H0ион. Na +?H0ср.к эл. Cl +?H0реш.
Все энтальпии, за исключением ?H0реш, находят по следствии из закона Гесса.
?H0обр. NaCl(к)= -411 кДж/моль; ?H0суб. Na =109 кДж/моль; ?H0дис. Cl2=121 кДж/моль; ?H0ион. Na =494 кДж/моль; ?H0ср.к эл. Cl = -380 кДж/моль.
Тогда:
?H0реш =?H0обр. NaCl(к)?H0суб. Na ?H0дис. Cl2 ?H0ион. Na ?H0ср.к эл. Cl= -411 109 121 494 (-380) = -755 кДж/моль.
Следовательно, энергия кристаллической решетки
Ереш.= 755 кДж.
8.5. Энтропия. Энергия Гиббса. Направленность химических процессов.
Любая Термодинамическая система обладает не только определенным запасом внутренней энергии, но и характеризуется определенной степенью упорядочности.
Существует специальная термодинамическая функция, которая характеризует меру хаотичности, беспорядка или, по другому, меру неупорядочности системы. Эту функцию называют энтропией. Ее обозначают буквой “S”. Энтропия как мера неупорядочности системы является функцией состояния. Рассмотрим пример: Поместим в сосуд с перегородкой два газа азот и аргон. Обозначим это состояние системы S1. В данном состоянии оба газа имеют определенную степень упорядочности
N2 Ar(степень беспорядка). После того, как уберем перегородку, газы
S1 рис.8.1.начнут смешиваться. Это второе состояние системы обозначим S2.
N2 ArСтепень беспорядка увеличилась. Произошло самопроизвольное
рис.8.2.увеличение энтропии ?S= S2 S1.
- Cогласно второму закону термодинамики в изолированных системах энтропия самопроизвольно протекающего процесса возрастает. Это значит, что любая изолированная система, представленная самой себе, самопроизвольно изменяется в направлении максимальной хаотичности своего состояния. Энтропия является мерой хаотичности движения в сист?/p>