Применение закона Гесса к расчету тепловых эффектов

В термохимии используют термохимические уравнения реакций. Термохимическими называют такие уравнения реакций, в которых приведены тепловые эффекты, указываются молярные количества реагирующих веществ, с которыми можно производить все алгебраические действия (умножение, сложение, вычитание). Тепловой эффект реакции зависит от природы реагирующих веществ и их агрегатных состояний, поэтому в термохимических уравнениях символами (г), (ж), (т) обозначают агрегатные состояния веществ. Например, термохимическое уравнение реакции образования воды имеет вид:

H_{2 (г)}+1/2O_{2 (г)} → H₂O_(ж) – 284,2 кДж/моль

Тепловой эффект в кДж/моль можно отнести к любому из участников реакции, т. к. он характеризует реакции в целом. Применяя закон Гесса, можно определять тепловые эффекты некоторых реакций, которые экспериментальным путем определить нельзя. Рассмотрим пример определения теплоты гидратообразования сульфата меди (II) CuSO₄• 5H₂O по уравнению реакции:

CuSO₄ +5H₂O — CuSO₄• 5H₂O

Теплотой гидратообразования называют теплоту, выделяемую при присоединении к 1 моль твердой безводной соли соответствующего количества кристаллизационной воды до образования устойчивого кристаллогидрата. Экспериментальное определение теплоты образования кристаллогидрата CuSO₄• 5H₂O затруднительно из-за образования кристаллогидратов различного состава. Если принять за исходное состояние безводную соль CuSO₄, то гидратированные Cu²⁺ и SO₄^2- в растворе можно получить двумя путями:

1) непосредственным растворением CuSO₄ 2) растворением ее через образование кристаллогидрата.

Исходя из закона Гесса, можно записать

∆(Hm)₁ = ∆(Hm)₂ + ∆(Hm)₃

Где ∆(Hm)₁; ∆(Hm)₂; ∆(Hm)₃ - интегральная теплота растворения безводной соли CuSO₄, интегральная теплота растворения кристаллогидрата CuSO₄•5H₂O и теплота гидратообразования. Тогда теплота гидратообразования будет определена так:

∆(Hm)₃ = ∆(Hm)₁ - ∆(Hm)₂

Теплота, которая поглощается или выделяется при растворении одного моля вещества в таком количестве растворителя, чтобы образовался раствор с определенной моляльностью (m), называется интегральной теплотой растворения. Интегральные теплоты растворения зависят от числа молей растворителя и обычно приводятся в справочнике.

Теплота растворения твердого соединения с ионной кристаллической решеткой определяется в основном суммой двух величин: теплоты разрушения кристаллической решетки и теплоты сольватации ионов молекулами растворителя. В связи с тем, что на разрушение кристалла теплота затрачивается, а процесс сольватации сопровождается выделением теплоты, знак теплоты растворения может оказаться как положительным, так и отрицательным в зависимости от того, какое из двух слагаемых больше по абсолютной величине. Например, при растворении 1 моль CuCl₂ в 8 молях воды поглощается 3,35 кДж теплоты; при растворении 1 моля того же количество кристаллогидрата в 12 молях воды теплота растворения равна нулю, а при его растворении в очень большом количестве воды выделяется 17,б7 кДж теплоты.

Зависимость интегральной теплоты растворения от моляльности m раствора приведена на рис.2.

Рис. 2.

Значение ∆H₀ равно первой интегральной теплоте растворения. Она равна тепловому эффекту при растворении одного моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. Величина ∆Н₀ определяется графической экстраполяцией ∆Н_m к m=0. Отрезок ∆Н_s на рис. 2 соответствует последней или полной интегральной теплоте растворения. Она равна теплоте растворения моля вещества в таком количестве растворителя, чтобы образовался насыщенный раствор.

Прибавление воды к раствору также сопровождается тепловым эффектом — теплотой разведения. Чем разбавленнее раствор, тем теплота разведения меньше. Пользуясь интегральными теплотами растворения, можно вычислить теплоты разведения. Различают две теплоты разведения: интегральную и промежуточную. Интегральной теплотой разведения ∆Н_m⁰ называют тепловой эффект, наблюдающийся при разбавлении раствора, содержащего один моль растворенного вещества, до бесконечного разведения, т.е. до m=0.

Тогда в соответствие с (рис. 2)

∆Н⁰_m1=∆Н₀-∆Н_m1

Промежуточной теплотой разведения ∆Н^m1_m2 называют тепловой эффект, сопровождающий разбавление раствора, содержащего один моль растворенного вещества, от концентрации m2 до меньшей концентрации m1. Она равна разности вместе соответствующих интегральных теплот растворения:

∆Н^m1_m2=∆Н_m1-∆Н_m2

Тепловой эффект, который получается при концентрировании раствора от m1 до m2, называется промежуточной теплотой растворения и вычисляется:

∆Н^m2_m1=∆Н_m2-∆Н_m1

Поиск по сайту: