Ентальпія реакції розкладання молекули хлористого водню НCl на атоми становить +92,3 кДж / моль. Чому рівні ентальпія утворення молекули HCl і енергія зв'язку в ній (кДж / моль)?
Реакція розкладання даної сполуки на атоми записується таким чином: HCl → Н˙ + Cl˙. Позитивний знак ентальпії цієї реакції свідчить про те, що даний процес вимагає витрати енергії. Відповідно до першого закону термохіміі, парниковий ефект реакції утворення складного речовини з простих дорівнює за абсолютним значенням, але протилежний за знаком тепловому ефекту реакції розкладання даної сполуки на прості речовини: ΔНºобр = -ΔНºразл. Таким чином, ентальпія утворення молекули HCl ΔНºобр = -92,3 кДж / моль.
Енергія зв'язку, за визначенням, є та мінімальна енергія, яку необхідно затратити для руйнування зв'язку і видалення атомів на нескінченну відстань один від одного. Отже, ентальпія реакції розкладання молекули хлористого водню НCl на атоми і є енергія зв'язку в цій молекулі Есв = ΔНразл = + 92,3 кДж / моль.
Стандартні ентальпії утворення оксидів азоту рівні: +90,4 кДж / моль (для NО) і +33,9 кДж / моль (для NО2). Чому дорівнює тепловий ефект реакції окислення NО до NО2?
Реакція окислення моноксиду азоту NО до діоксиду NО2 записується таким чином: NО + (1/2) О2 → NО2. Відповідно до першого слідству з другого закону термохіміі, парниковий ефект, або ентальпія, хімічної реакції, наведена до стандартних умов, може бути знайдена по ентальпії утворення продуктів і реагентів з використанням такої формули:
У нашому випадку продуктом реакції є діоксид азоту NО2. а реагентами - монооксид азоту NО та кисень О2. За визначенням, ентальпії утворення простих речовин, до яких тут відноситься кисень, дорівнюють нулю і при термохімічних розрахунках не враховуються.
Таким чином, ентальпія даної реакції буде дорівнює:
Негативне значення ентальпії свідчить про те, що дана реакція окислення є екзотермічної.
Знайти тепловий ефект (кДж / моль) реакції С2 Н2 + Н2 → С2 Н4. маючи на увазі, що стандартна ентальпія згоряння етилену (С2 Н4) становить -1408 кДж / моль, ацетилену (С2 Н2) -1301 кДж / моль, а водню (Н2) -242 кДж / моль, відповідно.
Згідно з другим слідству з другого закону термохіміі, парниковий ефект, або ентальпія, хімічної реакції, наведена до стандартних умов, може бути знайдена по ентальпії згоряння продуктів і реагентів з використанням такої формули:
У нашому випадку продуктом реакції є етилену (С2 Н4), а реагентами - ацетилен (С2 Н2) і водень (Н2).
Таким чином, ентальпія даної реакції буде дорівнює:
= (-1301 - 242) - (-1408) = -135 кДж / моль.
Негативне значення ентальпії свідчить про те, що дана реакція є екзотермічної. Якщо серед учасників реакції є негорючі речовини, наприклад, вода, то ентальпія їх згоряння приймається рівною нулю.
Ентальпія розчинення мідного купоросу CuSO4 · 5Н2 Про дорівнює -77,8 кДж / моль, а ентальпія реакції гідратації сульфату міді CuSO4 (ентальпія переходу CuSO4 в CuSO4 · 5Н2 О) становить +11,7 кДж / моль. Обчисліть ентальпію (кДж / моль) розчинення CuSO4.
Для вирішення тут слід безпосередньо застосувати другий закон термохімії: Тепловий ефект хімічної реакції, що протікає при постійному тиску або при постійному обсязі, не залежить від числа, послідовності і характеру її проміжних стадій, але визначається тільки початковим і кінцевим станом системи. В даному випадку початковий стан системи включає в себе безводний сульфат міді CuSO4 і воду. Кінцевий стан - це розчин, що містить іони, розподілені в переважній кількості розчинника:
Початкове → Кінцеве стан
Мідний купорос CuSO4 · 5Н2 О представляє собою кристалогідрат, що включає в себе всього лише п'ять молекул води. Утворення цього з'єднання можна розглядати як проміжну стадію на шляху до кінцевого стану - до розчину:
Початкове → Проміжна стадія → Кінцеве стан
Слідуючи з другим законом термохімії, для даного випадку можна стверджувати, що ентальпія процесу розчинення безводного кристаллогидрата CuSO4 (перехід з початкового в кінцевий стан) буде являти собою суму ентальпій двох названих проміжних стадій (реакції гідратації сульфату міді CuSO4 і процесу розчинення отриманого кристаллогидрата CuSO4 · 5Н2 Про ):
Негативне значення ентальпії свідчить про те, що розчинення безводного кристаллогидрата CuSO4 є екзотермічним процесом, тобто воно супроводжується виділенням теплоти, що і спостерігається на досвіді.
При взаємодії 1 моль газоподібного водню (Н2) і 1 благаючи газоподібного брому (Br2) виділилося 72,6 кДж теплоти. Обчисліть стандартну ентальпію утворення (кДж / моль) газоподібного броміду водню (HBr).
При вирішенні даного завдання слід виходити з самого поняття ентальпії освіти ΔНºобр.298 - це є тепловий ефект реакції утворення складного речовини з простих, при цьому ентальпія утворення простих речовин вважається рівними нулю. Запишемо рівняння даної реакції: Н2 + Br2 → 2НBr.
Як випливає з цього запису, один моль водню і один моль брому дають в результаті реакції два благаючи бромистого водню. У той же самий час стандартна ентальпія освіти є величина, наведена до стандартних умов, які передбачають віднесення характеристик процесу саме до одного молю речовини. Тому в даному випадку наведене в умови значення теплоти процесу потрібно поділити на два. В умові задачі вказано також, що теплота в даній реакції виділяється, тобто вона є екзотермічним процесом, для таких реакцій тепловий ефект має від'ємне значення.
Отже, стандартна ентальпія утворення газоподібного броміду водню HBr дорівнює:
ΔНºобр.298 = -72,6 / 2 = -36,8 кДж / моль.
Рівновага який з наведених нижче газових реакцій зміщується в бік реагентів при підвищенні тиску?
При вирішенні завдань такого типу слід керуватися принципом Ле-Шательє: Якщо на термодинамічну систему, що знаходиться в стані хімічної рівноваги, виявляється зовнішній вплив, то система перебудовується таким чином, щоб ефект зовнішнього впливу був зменшений. Зовнішнім впливом в даному випадку є підвищення тиску в системі, і система згідно з принципом Ле-Шательє змістить свою рівновагу в сторону процесу, що призводить до зниження тиску.
Зниження тиску може бути забезпечено зменшенням обсягу продуктів і реагентів. За умовою завдання, рівновага повинна бути зміщена в бік реагентів, тобто обсяг реагентів в реакції повинен бути менше обсягу продуктів. Припускаючи, що ми маємо справу з ідеальними газами, один моль яких займає один і той же обсяг, проаналізуємо наведені реакції.
В реакції 1) один моль етилену реагує з одним молем водню і дає один моль етану, тобто обсяг продукту менше, ніж обсяг реагентів, і реакція при підвищенні тиску прискориться в бік утворення продуктів, а не реагентів. Те ж можна сказати і про реакції 3) і 5).
В реакції 4) число молей і, отже, обсяги продуктів і реагентів однакові, так що тиск не буде позначатися на рівновазі системи.
А от у випадку 2) взаємодія одного благаючи гідразину і одного благаючи кисню призводить до утворення благаючи азоту і двох молей води, тобто обсяг продуктів вище, ніж обсяг реагентів, і підвищення тиску призведе до зміщення рівноваги в бік реагентів.
Нижче наведені термохимические характеристики деяких реакцій. Вкажіть, яка з них відповідає зсуву рівноваги реакції в бік продуктів при підвищенні температури: 1) ΔHº <0 ; 2) ΔGº> 0; 3) ΔUº> 0; 4) ΔP <0; 5) ΔGº <0; 6) ΔSº> 0; 7) ΔHº> 0.
При вирішенні завдань такого типу слід керуватися принципом Ле-Шательє: Якщо на термодинамічну систему, що знаходиться в стані хімічної рівноваги, виявляється зовнішній вплив, то система перебудовується таким чином, щоб ефект зовнішнього впливу був зменшений.
Зовнішнім впливом в даному випадку є підвищення температури системи, і система згідно з принципом Ле-Шательє змістить свою рівновагу в сторону процесу, що призводить до зниження температури.
Зниження температури системи забезпечується протіканням реакції з поглинанням теплоти, тобто ендотермічних.
Ендотермічна реакції характеризуються позитивними значеннями теплового ефекту, отже, вірним є відповідь 7) ΔHº> 0.
Зрозуміло, ентальпія входить і в вираз для вільної енергії Гіббса:
ΔGº = ΔНº - ТΔSº,
проте в нього ж входить і температура зі знаком мінус, тому вплив температури на значення ΔGº неоднозначно. Все ж інші функції і параметри з наведених в умові безпосередньо з рівновагою системи при змінах температури не пов'язані.
У стандартних умовах деяка реакція характеризується ентальпії ΔHº = +596 кДж / моль і ентропією ΔSº = 1 кДж / моль · K. Чому дорівнює ΔGº для цієї реакції?
За визначенням, вільна енергія Гіббса дорівнює ΔGº = ΔНº - ТΔSº. Стандартне значення вільної енергії Гіббса передбачає приведення цієї величини до стандартних умов, тобто серед іншого - до температури 298 К.
Підставами наведені в умові значення термодинамічних функцій в формулу:
ΔGº = +596 - 298 · 1 = +298 кДж / моль.
Позитивний знак вільної енергії Гіббса свідчить про неможливість самовільного протікання даної реакції.
Обчислити стандартну ентальпію переходу води (кДж / моль) з пароподібного стану в рідке (конденсація), маючи на увазі, що випаровування (сублімація) твердої води (льоду) супроводжується поглинанням теплоти 50 кДж / моль, а плавлення льоду, відповідно, 6 кДж / моль.
Процес переходу записується таким чином Для вирішення завдання слід безпосередньо застосувати другий закон термохімії:
Тепловий ефект хімічної реакції, що протікає при постійному тиску або при постійному обсязі, не залежить від числа, послідовності і характеру її проміжних стадій, але визначається тільки початковим і кінцевим станом системи.
У процесі сублімації твердої води початковим станом системи є тверда вода.
Кінцевий стан - це водяна пара:
Початкове → Кінцеве стан
Освіта рідкої води з льоду можна розглядати як проміжну стадію на шляху від твердої води до пару:
Початкове → Проміжна стадія → Кінцеве стан
Слідуючи з другим законом термохімії, для даного випадку можна стверджувати, що ентальпія процесу сублімації твердої води буде дорівнює сумі ентальпій плавлення льоду і випаровування рідкої води:
Звідси ентальпія випаровування рідкої води дорівнює:
Конденсація води з пари в рідину є процес, протилежний випаровуванню, тому згідно з першим законом термохімії:
Негативне значення ентальпії свідчить про те, що конденсація води є екзотермічним процесом.