Термохимия. Закон Гесса и его следствия презентация

следствия.
Основные понятия термохимии.
Закон Гесса и его следствия.
Зависимость теплоты процесса от температуры, уравнение Кирхгоффа.

Лектор: доцент кафедры химии
Григорьева Марина Викторовна

тепловые эффекты, сопровождающие химические и физико-химические процессы (химические реакции, фазовые переходы, образование и разбавление растворов, диссоциация молекул простых газообразных веществ на отдельные атомы, диссоциация ионных кристаллов на газообразные ионы, ионизация атомов в результате отрыва или присоединения к ним электронов.).

в превращении одних веществ в другие, за счет изменения состава и (или) строения. Пусть в системе протекает реакция А +В = АВ, тогда химическую реакцию как термодинамический процесс можно представить следующим образом:

массы, установленный М.В. Ломоносовым (m1 = m2).
Химические реакции могут быть как экзотермическими, если система выделяет теплоту во внешнюю среду, так и эндотермическими, если система поглощает теплоту из среды.

одной фазы в другую, связанный с качественными изменениями свойств вещества. Примерами фазовых переходов является изменение агрегатного состояния вещества, переход кристаллического вещества из одной модификации в другую. Фазовые переходы также могут быть как экзо-, так и эндотермическими.
Пусть вещество А переходит из газообразного состояния в жидкое, то фазовый переход можно с точки зрения термодинамики представить следующим образом:

диссоциацию молекул простых газообразных веществ на отдельные атомы, диссоциацию ионных кристаллов на газообразные ионы, ионизацию атомов в результате отрыва или присоединения к ним электронов.

важнейшие физические величины, характеризующие свойства вещества: энергию связи (мера прочности молекулы), энергию ионизации и сродство к электрону (мера окислительной и восстановительной способности простых веществ), энергию кристаллической решетки (мера прочности кристаллической решетки).

процесса, в котором помимо формул и агрегатных состояний вещества, указывается тепловой эффект:
химическая реакция: А(г) +В(кр) —> С(ж) - Q или А(г) +В(кр) —> С(ж); ΔН
фазовый переход: А(г) —> А(ж) +Q или
А(г) —>А(ж); -ΔН
растворение вещества:
А(тв) —> A(р) +Q или А(тв) —> А(p) ; -ΔН

которая выделяется или поглощается в форме теплоты, при необратимом протекании физико-химического процесса при условии: Т, р = const или р, V = const, система совершает только работу расширения (А' = 0 ).
Если процесс проводится в автоклаве: V=const тепловой эффект равен внутренней энергии Qv = - ΔU.
Eсли процесс проводится в открытой системе (что наиболее часто) при р = const тепловой эффект равен энтальпии: Qp = - ΔН.

процесса, протекающего в стандартных условиях: Т=298К, р=101,3 кПа. При этом твердые и жидкие вещества находятся в устойчивой модификации, газы близки к состоянию идеального газа. Стандартные тепловые эффекты экспериментально определены и приводятся в специальных справочниках.

относят:
Теплоту образования ΔНобр - тепловой эффект химической реакции образования 1 моль соединения из простых веществ. Из определения энтальпии следует, что энтальпия образования простых веществ (элементов) равна нулю. Теплоты образования веществ обычно составляют порядка 80-800 кДж/моль.

реакции окисления 1 моль соединения кислородом с образованием высших оксидов или соединений этих оксидов;

1 эквивалента кислоты и щелочи. Она складывается из теплоты диссоциации и собственно нейтрализации. Опыт показывает, что при нейтрализации достаточно разбавленных водных растворов сильных кислот щелочами, независимо от природы наблюдается один и тот же тепловой эффект: ΔН°нейт = - 56 кДж/моль Если в реакцию вступает слабая кислота или слабое основание, то теплота нейтрализации будет меньше, так как диссоциация кислоты (основания) потребует затрат энергии;

перехода 1 моль вещества из одной фазы в другую. Принята следующая форма записи этих величин: ΔsН°, ΔvН°, ΔmН°. Буквы s, v и т являются первыми буквами английских слов sublimation — «сублимация (возгонка)», vaporization — «испарение» и melting — «плавление». Теплоты парообразования имеют значения порядка 40 кДж/моль, теплоты плавления - порядка 4-20 кДж/моль ;

зависит от концентрации раствора, то при термохимическом исследовании растворов используют несколько величин, описывающих процесс. Интегральной теплотой растворения называют изменение энтальпии при растворении 1 моль вещества в некотором количестве растворителя, в результате которой получается раствор с заданной концентрацией. Она равна сумме поглощенной теплоты при разрушении кристаллической решетки и теплоты сольватации (гидратации) ионов. Часто эту величину называют просто теплотой растворения.

энтальпии при растворении 1 моль вещества с образованием бесконечно разбавленного раствора. Полная интегральная теплота растворения ΔН°полн.раств. - изменение энтальпии при растворении 1 моль вещества с образованием насыщенного раствора.

образования связи между двумя атомами, взятыми в газообразном состоянии, энергия диссоциации молекулы - теплота, которая затрачивается в процессе распада молекулы на атомы;
7. Энергия кристаллической решетки - теплота, которая затрачивается на диссоциацию ионных кристаллов на газообразные ионы;
8. Энергия ионизации и сродства к электрону атомов - тепловые эффекты ионизации атомов, за счет отрыва или присоединения электронов.

института Герман Иванович Гесс установил основной закон термохимии, который является по сути следствием 1-го закона термодинамики.
Закон Гесса: тепловой эффект физико-химического процесса не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием системы.

уравнениями, как с алгебраическими, т.е. складывать, вычитать, умножать и делить на целые и дробные числа, если только тепловые эффекты относятся к одинаковым условиям.
Для термохимических расчетов чаще используют следствия из закона Гесса, которые позволяют определить тепловые эффекты многочисленных физико-химических процессов, не прибегая к измерениям.

разложения какого-либо вещества точно равен и противоположен по знаку тепловому эффекту его образования (закон Лавуазье-Лапласа)

равен алгебраической сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом алгебраической суммы теплот образования исходных веществ с учетом стереохимических коэффициентов.

реакции равен алгебраической сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом алгебраической суммы энтальпий сгорания продуктов с учетом их стехиометрических коэффициентов.

реакции, приводящие из различных начальных состояний к одинаковым конечным состояниям, то разница между их тепловыми эффектами представляет собой тепловой эффект перехода из одного начального состояния в другое. Это следствие позволяет точно вычислять тепловые эффекты процессов, которые зачастую даже не имеется возможности практически осуществить.

реакции, приводящие из одинаковых начальных состояний к различным конечным состояниям, то разница между их тепловыми эффектами представляет собой процесс перехода из одного конечного состояния в другие.

тепловых эффектов, основанные на теплотах образования, сгорания и т.д. имеют недостаток: используя закон Гесса, можно вычислить тепловой эффект реакции при той температуре (обычно это 298 К), при которой известны величины стандартных теплот.
Как узнать тепловой эффект реакции при иных температурах?

зависит от температуры.
Эта зависимость определяется законом Кирхгоффа:
температурный коэффициент теплового эффекта равен разности сумм теплот реагентов и сумм теплоемкостей продуктов.

из начального состояния (вещества А и В при температуре Т1) в конечное (вещества С и D при температуре Т2) может быть осуществлен двумя путями:
протекание химического превращения реагентов в продукты при температуре Т1 с последующим охлаждением или нагреванием продуктов до Т2;
Нагревание или охлаждение реагентов до Т2 и химическое превращение при этой температуре.

+ ΔН3 + ΔН4 = ΔН1 + ΔН2 + Δ НТ2 или ΔНТ1 + сСр,с(Т2- Т1) +dСр,D(Т2- Т1) = aСр,A(Т2- Т1) + b Ср,B(Т2- Т1) + ΔНТ2
откуда ΔНТ2 = (сСр,с + dСр,D - aСр,A- bСр,B(Т2- Т1) = ΔНТ1 + ΔСрΔТ, где ΔСр – изменение теплоемкости системы, происходящее в результате протекания реакции.

формой уравнения Кирхгоффа, связывающего тепловые эффекты при разных температурах. Интегральное уравнение при дифференцировании можно перевести в дифференциальную форму.

форма уравнения Кирхгоффа

справедливы следующие соотношения для изохорных тепловых эффектов:

форме позволяют качественно оценить зависимость теплового эффекта от температуры, которая определяется знаком величины ΔСр или ΔСv.
ΔН(Т2)= ΔН(Т1)+ ΔСр(Т2 –Т1)

температуры тепловой эффект возрастает;
ΔСр<0 - с увеличением температуры тепловой эффект уменьшается;
ΔСр=0 – тепловой эффект реакции не зависит от температуры.