Термохимия

Термохимия изучает тепловые эффекты химических процессов. Протекание химических реакций всегда связано с выделением или поглощением теплоты. Химические реакции, в результате которых выделяется теплота, называются экзотермическими, химические реакции, протекающие с поглощением теплоты, называются эндотермическими. При химических процессах может выделяться или поглощаться не только тепловая, но и другие виды энергии: электрическая, световая, механическая и др. Различные виды энергии, выделяемой или поглощаемой в ходе процесса, пересчитывают на тепловую энергию, выражая ее количество в килоджоулях (кДж).

Количество энергии относят к такому числу молей вещества, которое указано в уравнении реакции, и называют его тепловым эффектом (теплотой) Q реакции. Уравнения реакций, в которых указываются тепловые эффекты, называются термохимическими. Так как тепловой эффект зависит от состояния вещества, то в термохимических уравнениях указывают их фазовое состояние.

Для реакций, протекающих при постоянном давлении и постоянной температуре, тепловой эффект равен изменению энтальпии с противоположным знаком: Q_р =-DН, кДж/моль, а при постоянном объеме он равен изменению внутренней энергии с противоположным знаком: Q_V =-D U.

Тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ называется теплотой образования DН данного вещества. Энтальпию образования 1 моля сложного вещества из простых веществ, измеренную при температуре 298 К и давлении 101, 325 кПа, называют стандартной энтальпией образования , кДж/моль. Энтальпии простых веществ (О₂, Н₂, S и т.п.) условно принимают равными нулю.

Термохимические расчеты осуществляют, применяя следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции DН_х.р равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ, с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в реакции:

 

.

Пример 1. Вычислить тепловой эффект, написать термохимическое уравнение горения 1 моля метана и рассчитать количество теплоты, которое выделится при сгорании 10 л CH₄.

Решение. Составим термохимическое уравнение реакции

 

Выпишем стандартные теплоты образования веществ (прил. 3):

,

,

.

Тепловой эффект реакции вычислим, используя следствие закона Гесса:

 

 

При сжигании 22, 4 л выделяется 802, 2 кДж, при сжигании 10 л выделяется х кДж. Составим и решим пропорцию:

.

 

Ответ: , при сжигании 10 л метана выделяется 360 кДж.