ვარჯიში 81.
გამოთვალეთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა Fe-ს შემცირების დროს 2O3 მეტალის ალუმინი თუ მიიღეს 335,1 გ რკინა. პასუხი: 2543,1 კჯ.
გადაწყვეტილება:
რეაქციის განტოლება:
\u003d (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669.8 - (-822.1) \u003d -847.7 კჯ
სითბოს რაოდენობის გაანგარიშება, რომელიც გამოიყოფა 335,1 გ რკინის მიღებისას, ჩვენ ვაწარმოებთ პროპორციიდან:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 კჯ,
სადაც 55,85 არის რკინის ატომური მასა.
პასუხი: 2543.1 კჯ.
რეაქციის თერმული ეფექტი
ამოცანა 82.
აირისებრი ეთილის სპირტი C2H5OH მიიღება ეთილენის C 2 H 4 (გ) და წყლის ორთქლის ურთიერთქმედებით. დაწერეთ ამ რეაქციის თერმოქიმიური განტოლება, წინასწარ გამოთვალეთ მისი თერმული ეფექტი. პასუხი: -45,76 კჯ.
გადაწყვეტილება:
რეაქციის განტოლება არის:
C 2 H 4 (გ) + H 2 O (გ) \u003d C2H 5 OH (გ); = ?
ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს მნიშვნელობები მოცემულია სპეციალურ ცხრილებში. იმის გათვალისწინებით, რომ მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნის სიცხეები პირობითად მიღებულია ნულის ტოლი. გამოთვალეთ რეაქციის თერმული ეფექტი, ჰესის კანონის შედეგის გამოყენებით, მივიღებთ:
\u003d (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] \u003d
= -235.1 -[(52.28) + (-241.83)] = - 45.76 კჯ
რეაქციის განტოლებებს, რომლებშიც მათი აგრეგაციის ან კრისტალური მოდიფიკაციის მდგომარეობა, ისევე როგორც თერმული ეფექტების რიცხვითი მნიშვნელობა, მითითებულია ქიმიური ნაერთების სიმბოლოებთან, ეწოდება თერმოქიმიური. თერმოქიმიურ განტოლებებში, თუ კონკრეტულად არ არის ნათქვამი, თერმული ეფექტების მნიშვნელობები მუდმივი წნევის Q p-ზე მითითებულია სისტემის ენთალპიის ცვლილების ტოლფასი. მნიშვნელობა ჩვეულებრივ მოცემულია განტოლების მარჯვენა მხარეს, გამოყოფილი მძიმით ან მძიმით. მიღებულია მატერიის მთლიანი მდგომარეობის შემდეგი აბრევიატურები: გ- აირისებრი, კარგად- თხევადი, რომ
თუ რეაქციის შედეგად სითბო გამოიყოფა, მაშინ< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C 2 H 4 (გ) + H 2 O (გ) \u003d C 2 H 5 OH (გ); = - 45,76 კჯ.
პასუხი:- 45,76 კჯ.
ამოცანა 83.
გამოთვალეთ რკინის (II) ოქსიდის შემცირების რეაქციის თერმული ეფექტი წყალბადთან, შემდეგი თერმოქიმიური განტოლებების საფუძველზე:
ა) EEO (c) + CO (g) \u003d Fe (c) + CO 2 (გ); = -13,18 კჯ;
ბ) CO (გ) + 1/2O 2 (გ) = CO 2 (გ); = -283,0 კჯ;
გ) H 2 (გ) + 1/2O 2 (გ) = H 2 O (გ); = -241,83 კჯ.
პასუხი: +27,99 კჯ.
გადაწყვეტილება:
რეაქციის განტოლებას რკინის ოქსიდის (II) წყალბადით შემცირების ფორმა აქვს:
EeO (k) + H 2 (g) \u003d Fe (k) + H 2 O (g); = ?
\u003d (H2O) - [ (FeO)
წყლის წარმოქმნის სითბო მოცემულია განტოლებით
H 2 (გ) + 1/2O 2 (გ) = H 2 O (გ); = -241,83 კჯ,
და რკინის ოქსიდის (II) წარმოქმნის სითბო შეიძლება გამოითვალოს, თუ განტოლება (a) გამოკლდება (b) განტოლებას.
\u003d (c) - (b) - (a) \u003d -241.83 - [-283.o - (-13.18)] \u003d + 27.99 კჯ.
პასუხი:+27,99 კჯ.
ამოცანა 84.
აირისებრი წყალბადის სულფიდისა და ნახშირორჟანგის ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება წყლის ორთქლი და ნახშირბადის დისულფიდი СS 2 (გ). დაწერეთ ამ რეაქციის თერმოქიმიური განტოლება, წინასწარ გამოთვალეთ მისი თერმული ეფექტი. პასუხი: +65,43 კჯ.
გადაწყვეტილება:
გ- აირისებრი, კარგად- თხევადი, რომ- კრისტალური. ეს სიმბოლოები გამოტოვებულია, თუ ნივთიერებების საერთო მდგომარეობა აშკარაა, მაგალითად, O 2, H 2 და ა.შ.
რეაქციის განტოლება არის:
2H 2 S (გ) + CO 2 (გ) \u003d 2H 2 O (გ) + CS 2 (გ); = ?
ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს მნიშვნელობები მოცემულია სპეციალურ ცხრილებში. იმის გათვალისწინებით, რომ მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნის სიცხეები პირობითად მიღებულია ნულის ტოლი. რეაქციის თერმული ეფექტი შეიძლება გამოითვალოს ჰესის კანონის e-ის გამოყენებით:
\u003d (H 2 O) + (CS 2) - [(H 2 S) + (CO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 კჯ.
2H 2 S (გ) + CO 2 (გ) \u003d 2H 2 O (გ) + CS 2 (გ); = +65,43 კჯ.
პასუხი:+65,43 კჯ.
თერმოქიმიური რეაქციის განტოლება
ამოცანა 85.
დაწერეთ CO (გ) და წყალბადის რეაქციის თერმოქიმიური განტოლება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება CH 4 (გ) და H 2 O (გ). რამდენი სითბო გამოიყოფა ამ რეაქციის დროს, თუ ნორმალურ პირობებში მიიღება 67,2 ლიტრი მეთანი? პასუხი: 618,48 კჯ.
გადაწყვეტილება:
რეაქციის განტოლებებს, რომლებშიც მათი აგრეგაციის ან კრისტალური მოდიფიკაციის მდგომარეობა, ისევე როგორც თერმული ეფექტების რიცხვითი მნიშვნელობა, მითითებულია ქიმიური ნაერთების სიმბოლოებთან, ეწოდება თერმოქიმიური. თერმოქიმიურ განტოლებებში, თუ კონკრეტულად არ არის ნათქვამი, თერმული ეფექტების მნიშვნელობები მუდმივი წნევის Q p-ზე მითითებულია სისტემის ენთალპიის ცვლილების ტოლფასი. მნიშვნელობა ჩვეულებრივ მოცემულია განტოლების მარჯვენა მხარეს, გამოყოფილი მძიმით ან მძიმით. მიღებულია მატერიის მთლიანი მდგომარეობის შემდეგი აბრევიატურები: გ- აირისებრი, კარგად-რაღაც რომ- კრისტალური. ეს სიმბოლოები გამოტოვებულია, თუ ნივთიერებების საერთო მდგომარეობა აშკარაა, მაგალითად, O 2, H 2 და ა.შ.
რეაქციის განტოლება არის:
CO (გ) + 3H2 (გ) \u003d CH4 (გ) + H2O (გ); = ?
ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს მნიშვნელობები მოცემულია სპეციალურ ცხრილებში. იმის გათვალისწინებით, რომ მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნის სიცხეები პირობითად მიღებულია ნულის ტოლი. რეაქციის თერმული ეფექტი შეიძლება გამოითვალოს ჰესის კანონის e-ის გამოყენებით:
\u003d (H 2 O) + (CH 4) - (CO)];
\u003d (-241.83) + (-74.84) - (-110.52) \u003d -206.16 კჯ.
თერმოქიმიური განტოლება ასე გამოიყურება:
22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x \u003d 67.2 (-206.16) / 22? 4 \u003d -618.48 კჯ; Q = 618,48 კჯ.
პასუხი: 618,48 კჯ.
ფორმირების სითბო
ამოცანა 86.
რომლის თერმული ეფექტი უდრის წარმოქმნის სითბოს. გამოთვალეთ NO-ს წარმოქმნის სითბო შემდეგი თერმოქიმიური განტოლებიდან:
ა) 4NH 3 (გ) + 5O 2 (გ) \u003d 4NO (გ) + 6H 2 O (გ); = -1168,80 კჯ;
ბ) 4NH 3 (გ) + 3O 2 (გ) \u003d 2N 2 (გ) + 6H 2 O (გ); = -1530,28 კჯ
პასუხი: 90,37 კჯ.
გადაწყვეტილება:
წარმოქმნის სტანდარტული სითბო უდრის ამ ნივთიერების 1 მოლის წარმოქმნის სითბოს მარტივი ნივთიერებებისგან სტანდარტულ პირობებში (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). მარტივი ნივთიერებებისგან NO-ს წარმოქმნა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:
1/2N 2 + 1/2O 2 = NO
მოცემულია რეაქცია (a), რომელშიც წარმოიქმნება NO 4 მოლი და (ბ) რეაქცია, რომელშიც წარმოიქმნება 2 მოლი N2. ორივე რეაქცია მოიცავს ჟანგბადს. ამიტომ, NO-ს წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს დასადგენად, ჩვენ ვადგენთ ჰესის შემდეგ ციკლს, ანუ უნდა გამოვაკლოთ განტოლება (a) განტოლებას (b):
ამრიგად, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 კჯ.
პასუხი: 618,48 კჯ.
ამოცანა 87.
კრისტალური ამონიუმის ქლორიდი წარმოიქმნება აირისებრი ამიაკის და წყალბადის ქლორიდის ურთიერთქმედებით. დაწერეთ ამ რეაქციის თერმოქიმიური განტოლება, წინასწარ გამოთვალეთ მისი თერმული ეფექტი. რამდენი სითბო გამოიყოფა, თუ ნორმალურ პირობებში რეაქციაში 10 ლიტრი ამიაკი დაიხარჯა? პასუხი: 78,97 კჯ.
გადაწყვეტილება:
რეაქციის განტოლებებს, რომლებშიც მათი აგრეგაციის ან კრისტალური მოდიფიკაციის მდგომარეობა, ისევე როგორც თერმული ეფექტების რიცხვითი მნიშვნელობა, მითითებულია ქიმიური ნაერთების სიმბოლოებთან, ეწოდება თერმოქიმიური. თერმოქიმიურ განტოლებებში, თუ კონკრეტულად არ არის ნათქვამი, თერმული ეფექტების მნიშვნელობები მუდმივი წნევის Q p-ზე მითითებულია სისტემის ენთალპიის ცვლილების ტოლფასი. მნიშვნელობა ჩვეულებრივ მოცემულია განტოლების მარჯვენა მხარეს, გამოყოფილი მძიმით ან მძიმით. მიღებულია შემდეგი რომ- კრისტალური. ეს სიმბოლოები გამოტოვებულია, თუ ნივთიერებების საერთო მდგომარეობა აშკარაა, მაგალითად, O 2, H 2 და ა.შ.
რეაქციის განტოლება არის:
NH 3 (გ) + HCl (გ) \u003d NH 4 Cl (k). ; = ?
ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს მნიშვნელობები მოცემულია სპეციალურ ცხრილებში. იმის გათვალისწინებით, რომ მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნის სიცხეები პირობითად მიღებულია ნულის ტოლი. რეაქციის თერმული ეფექტი შეიძლება გამოითვალოს ჰესის კანონის e-ის გამოყენებით:
\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 კჯ.
თერმოქიმიური განტოლება ასე გამოიყურება:
ამ რეაქციაში 10 ლიტრი ამიაკის რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული სითბო განისაზღვრება პროპორციით:
22,4 : -176,85 = 10 : X; x \u003d 10 (-176,85) / 22,4 \u003d -78,97 კჯ; Q = 78,97 კჯ.
პასუხი: 78,97 კჯ.
თერმოქიმიაში, სითბოს რაოდენობა ქრომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება ქიმიური რეაქციის შედეგად ე.წ თერმული ეფექტი.რეაქციებს, რომლებიც ათავისუფლებენ სითბოს, ეწოდება ეგზოთერმული (Q>0), და სითბოს შთანთქმით - ენდოთერმული (ქ<0 ).
თერმოდინამიკაში, შესაბამისად, პროცესებს, რომლებშიც სითბო გამოიყოფა, ეწოდება ეგზოთერმულიდა პროცესები, რომლებშიც სითბო შეიწოვება - ენდოთერმული.
თერმოდინამიკის პირველი კანონის დასკვნის მიხედვით იზოქორიულ-იზოთერმული პროცესებისთვის თერმული ეფექტი უდრის სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილებას. .
ვინაიდან თერმოქიმიაში საპირისპირო ნიშანი გამოიყენება თერმოდინამიკის მიმართ, მაშინ .
იზობარულ-იზოთერმული პროცესებისთვის თერმული ეფექტი უდრის სისტემის ენთალპიის ცვლილებას. .
თუ დ H > 0- პროცესი მიმდინარეობს სითბოს შთანთქმით და არის ენდოთერმული.
თუ დ ჰ< 0 - პროცესს თან ახლავს სითბოს გამოყოფა და არის ეგზოთერმული.
თერმოდინამიკის პირველი კანონიდან გამომდინარეობსჰესის კანონი:
ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტი დამოკიდებულია მხოლოდ საწყისი ნივთიერებებისა და საბოლოო პროდუქტების ტიპსა და მდგომარეობაზე, მაგრამ არ არის დამოკიდებული საწყისი მდგომარეობიდან საბოლოოზე გადასვლის გზაზე.
ამ კანონის შედეგია ის წესი, რომ თერმოქიმიური განტოლებებით შეგიძლიათ შეასრულოთ ჩვეულებრივი ალგებრული მოქმედებები.
მაგალითად, განვიხილოთ ნახშირის დაჟანგვის რეაქცია CO2-ზე.
საწყისი ნივთიერებებიდან საბოლოოზე გადასვლა შეიძლება განხორციელდეს ნახშირის პირდაპირ დაწვით CO 2-ზე:
C (t) + O 2 (g) \u003d CO 2 (გ).
ამ რეაქციის თერმული ეფექტი Δ H 1.
ეს პროცესი შეიძლება განხორციელდეს ორ ეტაპად (ნახ. 4). პირველ ეტაპზე ნახშირბადი იწვის CO-მდე რეაქციის შედეგად
C (t) + O 2 (გ) \u003d CO (გ),
მეორეზე CO იწვის CO2-მდე
CO (t) + O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ).
ამ რეაქციების თერმული ეფექტი, შესაბამისად, Δ H 2და Δ H 3.
ბრინჯი. 4. ნახშირის წვის პროცესის სქემა CO 2-მდე
სამივე პროცესი ფართოდ გამოიყენება პრაქტიკაში. ჰესის კანონი საშუალებას გაძლევთ დააკავშიროთ ამ სამი პროცესის თერმული ეფექტი განტოლებით:
Δ H 1=Δ H 2 + Δ H 3.
პირველი და მესამე პროცესების თერმული ეფექტი შედარებით მარტივად შეიძლება გაიზომოს, მაგრამ ნახშირის წვა ნახშირბადის მონოქსიდში მაღალ ტემპერატურაზე რთულია. მისი თერმული ეფექტი შეიძლება გამოითვალოს:
Δ H 2=Δ H 1 - Δ H 3.
ღირებულებები H 1და Δ H 2დამოკიდებულია გამოყენებული ნახშირის ტიპზე. მნიშვნელობა Δ H 3არ უკავშირდება ამას. CO-ს ერთი მოლის წვის დროს მუდმივი წნევით 298K-ზე, სითბოს რაოდენობაა Δ. H 3= -283.395 კჯ/მოლ. Δ H 1\u003d -393,86 კჯ / მოლი 298 კ. შემდეგ 298K Δ H 2\u003d -393,86 + 283,395 \u003d -110,465 კჯ / მოლ.
ჰესის კანონი საშუალებას იძლევა გამოვთვალოთ იმ პროცესების თერმული ეფექტები, რომლებზეც არ არსებობს ექსპერიმენტული მონაცემები ან რომელთა გაზომვა შეუძლებელია საჭირო პირობებში. ეს ასევე ეხება ქიმიურ რეაქციებს და დაშლის, აორთქლების, კრისტალიზაციის, ადსორბციის პროცესებს და ა.შ.
ჰესის კანონის გამოყენებისას მკაცრად უნდა დაიცვან შემდეგი პირობები:
ორივე პროცესს უნდა ჰქონდეს მართლაც ერთი და იგივე საწყისი მდგომარეობები და მართლაც იგივე დასასრული მდგომარეობები;
ერთი და იგივე უნდა იყოს არა მხოლოდ პროდუქტების ქიმიური შემადგენლობა, არამედ მათი არსებობის პირობები (ტემპერატურა, წნევა და ა.შ.) და აგრეგაციის მდგომარეობა, ხოლო კრისტალური ნივთიერებებისთვის კრისტალური მოდიფიკაცია.
ჰესის კანონის საფუძველზე ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტების გაანგარიშებისას, ჩვეულებრივ გამოიყენება ორი სახის თერმული ეფექტი - წვის სითბო და წარმოქმნის სითბო.
განათლების სითბომარტივი ნივთიერებებისგან მოცემული ნაერთის წარმოქმნის რეაქციის თერმული ეფექტი ეწოდება.
წვის სითბოეწოდება მოცემული ნაერთის ჟანგბადთან დაჟანგვის რეაქციის თერმულ ეფექტს შესაბამისი ელემენტების უმაღლესი ოქსიდების ან ამ ოქსიდების ნაერთების წარმოქმნით.
თერმული ეფექტების და სხვა რაოდენობების საცნობარო მნიშვნელობები ჩვეულებრივ მოხსენიებულია ნივთიერების სტანდარტულ მდგომარეობაზე.
როგორც სტანდარტული მდგომარეობაცალკეული თხევადი და მყარი ნივთიერებები იღებენ თავის მდგომარეობას მოცემულ ტემპერატურაზე და ერთი ატმოსფეროს ტოლი წნევის დროს, ხოლო ცალკეული აირების მდგომარეობა ისეთია, რომ მოცემულ ტემპერატურაზე და წნევაზე უდრის 1,01 10 5 Pa (1 ატმ.) მათ აქვთ იდეალური გაზის თვისებები. გამოთვლების გასაადვილებლად, საცნობარო მონაცემებს მიმართეთ სტანდარტული ტემპერატურა 298 კ.
თუ რომელიმე ელემენტი შეიძლება არსებობდეს რამდენიმე მოდიფიკაციაში, მაშინ ასეთი მოდიფიკაცია მიიღება სტანდარტად, რომელიც სტაბილურია 298 K-ზე და ატმოსფერული წნევა უდრის 1.01 10 5 Pa (1 ატმ.)
ნივთიერებების სტანდარტულ მდგომარეობასთან დაკავშირებული ყველა რაოდენობა აღინიშნება ზემოწერით წრის სახით: 
. მეტალურგიულ პროცესებში ნაერთების უმეტესობა წარმოიქმნება სითბოს გამოყოფით, ამიტომ მათთვის ენთალპია იზრდება. ელემენტებისთვის სტანდარტულ მდგომარეობაში, მნიშვნელობა .
რეაქციაში ჩართული ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს მონაცემების გამოყენებით, ადვილად შეიძლება გამოვთვალოთ რეაქციის სითბური ეფექტი.
ჰესის კანონიდან გამომდინარეობს:რეაქციის თერმული ეფექტი უდრის განტოლების მარჯვენა მხარეს მითითებულ ყველა ნივთიერების წარმოქმნის სიცხეებს შორის სხვაობას.(საბოლოო ნივთიერებები ან რეაქციის პროდუქტები) და ყველა ნივთიერების წარმოქმნის სიცხეები, რომლებიც მითითებულია განტოლების მარცხენა მხარეს(საწყისი ნივთიერებები) , აღებული კოეფიციენტებით, რომლებიც უდრის კოეფიციენტებს ამ ნივთიერებების ფორმულების წინ რეაქციის განტოლებაში:
სადაც ნ- რეაქციაში მონაწილე ნივთიერების მოლების რაოდენობა.
მაგალითი. გამოვთვალოთ რეაქციის თერმული ეფექტი Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 . რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების წარმოქმნის სიცხეებია: Fe 3 O 4-სთვის, CO-სთვის, FeO-სთვის, CO 2-ისთვის.
რეაქციის თერმული ეფექტი:
ვინაიდან 298K-ზე რეაქცია ენდოთერმულია, ე.ი. მიდის სითბოს შთანთქმასთან.
7. გამოთვალეთ რეაქციის თერმული ეფექტი სტანდარტულ პირობებში: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (გ) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (გ), თუ წარმოქმნის სითბო: Fe 2 O 3 (t) \u003d - 821,3 კჯ / მოლი; CO (გ) = – 110,5 კჯ/მოლი;
CO 2 (გ) \u003d - 393,5 კჯ / მოლ.
Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (გ) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (გ),
იცის საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების წვის სტანდარტული თერმული ეფექტები, ჩვენ ვიანგარიშებთ რეაქციის თერმულ ეფექტს სტანდარტულ პირობებში:
16. ქიმიური რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. ვანტ ჰოფის წესი. რეაქციის ტემპერატურული კოეფიციენტი.
მხოლოდ აქტიურ მოლეკულებს შორის შეჯახება იწვევს რეაქციებს, რომელთა საშუალო ენერგია აღემატება რეაქციაში მონაწილეთა საშუალო ენერგიას.
როდესაც გარკვეული აქტივაციის ენერგია E მიეწოდება მოლეკულებს (ჭარბი ენერგია საშუალოზე მაღალი), ატომების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია მოლეკულებში მცირდება, მოლეკულებში ბმები სუსტდება, მოლეკულები რეაქტიული ხდება.
აქტივაციის ენერგია სულაც არ არის მიწოდებული გარედან; ის შეიძლება გადაეცეს მოლეკულების ზოგიერთ ნაწილს მათი შეჯახების დროს ენერგიის გადანაწილებით. ბოლცმანის მიხედვით, N მოლეკულებს შორის არის შემდეგი რაოდენობის აქტიური მოლეკულები N გაზრდილი ენერგიით :
N N e – E / RT
სადაც E არის აქტივაციის ენერგია, რომელიც აჩვენებს ენერგიის აუცილებელ ჭარბს საშუალო დონესთან შედარებით, რომელიც მოლეკულებს უნდა ჰქონდეთ იმისათვის, რომ რეაქცია გახდეს შესაძლებელი; დანარჩენი აღნიშვნები კარგად არის ცნობილი.
თერმული გააქტიურებისას ორი ტემპერატურისთვის T 1 და T 2 სიჩქარის მუდმივების თანაფარდობა იქნება:
, (2)
, (3)
რომელიც საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ აქტივაციის ენერგია რეაქციის სიჩქარის გაზომვით ორ სხვადასხვა ტემპერატურაზე T 1 და T 2 .
ტემპერატურის მატება 10 0-ით ზრდის რეაქციის სიჩქარეს 2-4-ჯერ (ვან'ტ ჰოფის მიახლოებითი წესი). რიცხვს, რომელიც გვიჩვენებს, რამდენჯერ იზრდება რეაქციის სიჩქარე (და შესაბამისად სიჩქარის მუდმივი) ტემპერატურის 10 0-ით მატებასთან ერთად, რეაქციის ტემპერატურული კოეფიციენტი ეწოდება:
(4)
.(5)
ეს ნიშნავს, რომ, მაგალითად, ტემპერატურის 100 0-ით მატებასთან ერთად საშუალო სიჩქარის პირობითად მიღებული ზრდისთვის 2-ჯერ ( = 2), რეაქციის სიჩქარე იზრდება 2 10-ით, ე.ი. დაახლოებით 1000-ჯერ და როცა = 4 - 4 10 , ე.ი. 1000000 ჯერ. Van't Hoff-ის წესი გამოიყენება რეაქციებზე, რომლებიც წარმოიქმნება შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე ვიწრო დიაპაზონში. რეაქციის სიჩქარის მკვეთრი ზრდა ტემპერატურის მატებასთან ერთად აიხსნება იმით, რომ აქტიური მოლეკულების რაოდენობა ექსპონენტურად იზრდება.
25. ვან ჰოფის ქიმიური რეაქციის იზოთერმული განტოლება.
მასობრივი მოქმედების კანონის შესაბამისად თვითნებური რეაქციისთვის
და A + bB = cC + dD
პირდაპირი რეაქციის სიჩქარის განტოლება შეიძლება დაიწეროს:
,
და საპირისპირო რეაქციის სიჩქარისთვის:
.
როგორც რეაქცია მიმდინარეობს მარცხნიდან მარჯვნივ, A და B ნივთიერებების კონცენტრაცია შემცირდება და შემცირდება წინა რეაქციის სიჩქარე. მეორეს მხრივ, როგორც რეაქციის პროდუქტები C და D გროვდება, რეაქციის სიჩქარე გაიზრდება მარჯვნიდან მარცხნივ. დგება მომენტი, როდესაც υ 1 და υ 2 სიჩქარეები ერთნაირი ხდება, ყველა ნივთიერების კონცენტრაცია უცვლელი რჩება, შესაბამისად,
,სადაც K c = k 1 / k 2 =
.
მუდმივი მნიშვნელობა K c, ტოლია პირდაპირი და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარის მუდმივების თანაფარდობის, რაოდენობრივად აღწერს წონასწორობის მდგომარეობას საწყისი ნივთიერებების წონასწორული კონცენტრაციების და მათი ურთიერთქმედების პროდუქტების მეშვეობით (მათი სტოქიომეტრიული კოეფიციენტების მიხედვით) და წონასწორობის მუდმივი ეწოდება. წონასწორობის მუდმივი მუდმივია მხოლოდ მოცემული ტემპერატურისთვის, ე.ი.
K c \u003d f (T). ქიმიური რეაქციის წონასწორობის მუდმივი ჩვეულებრივ გამოიხატება თანაფარდობით, რომლის მრიცხველი არის რეაქციის პროდუქტების წონასწორული მოლური კონცენტრაციების პროდუქტი, ხოლო მნიშვნელი არის საწყისი ნივთიერებების კონცენტრაციის პროდუქტი.
თუ რეაქციის კომპონენტები იდეალური აირების ნაზავია, მაშინ წონასწორობის მუდმივი (K p) გამოიხატება კომპონენტების ნაწილობრივი წნევის მიხედვით:
.
K p-დან K-ზე გადასვლისთვის ვიყენებთ P · V = n · R · T მდგომარეობის განტოლებას. Იმდენად, რამდენადაც
, შემდეგ P = C·R·T. .განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ K p = K s, იმ პირობით, რომ რეაქცია მიმდინარეობს გაზის ფაზაში მოლების რაოდენობის შეცვლის გარეშე, ე.ი. როდესაც (c + d) = (a + b).
თუ რეაქცია სპონტანურად მიმდინარეობს მუდმივ P და T-ზე ან V და T-ზე, მაშინ ამ რეაქციის მნიშვნელობებიG და F შეიძლება მივიღოთ განტოლებიდან:
,
სადაც C A, C B, C C, C D არის საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების არათანაბარი კონცენტრაციები.
,სადაც P A, P B, P C, P D არის საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების ნაწილობრივი წნევა.
ბოლო ორ განტოლებას ეწოდება ვან ჰოფის ქიმიური რეაქციის იზოთერმული განტოლებები. ეს კავშირი საშუალებას იძლევა გამოვთვალოთ რეაქციის G და F მნიშვნელობები, განვსაზღვროთ მისი მიმართულება საწყისი ნივთიერებების სხვადასხვა კონცენტრაციაზე.
უნდა აღინიშნოს, რომ როგორც გაზის სისტემებისთვის, ასევე ხსნარებისთვის, რეაქციაში მყარი ნივთიერებების მონაწილეობით (ანუ ჰეტეროგენული სისტემებისთვის), მყარი ფაზის კონცენტრაცია არ შედის წონასწორობის მუდმივობის გამოხატულებაში, რადგან ეს კონცენტრაცია პრაქტიკულად არის მუდმივი. ასე რომ, რეაქციისთვის
2 CO (გ) \u003d CO 2 (გ) + C (ტ)
წონასწორობის მუდმივი იწერება როგორც
.წონასწორობის მუდმივის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე (ტემპერატურისთვის T 2 ტემპერატურის T 1-თან შედარებით) გამოიხატება შემდეგი ვან ჰოფის განტოლებით:
,
სადაც Н 0 არის რეაქციის თერმული ეფექტი.
ენდოთერმული რეაქციისთვის (რეაქცია მიმდინარეობს სითბოს შთანთქმით), წონასწორობის მუდმივი იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, სისტემა, თითქოს, ეწინააღმდეგება გათბობას.
34. ოსმოზი, ოსმოსური წნევა. ვან ჰოფის განტოლება და ოსმოსური კოეფიციენტი.
ოსმოზი არის გამხსნელის მოლეკულების სპონტანური მოძრაობა ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით, რომელიც გამოყოფს სხვადასხვა კონცენტრაციის ხსნარებს დაბალი კონცენტრაციის ხსნარიდან უფრო მაღალი კონცენტრაციის ხსნარამდე, რაც იწვევს ამ უკანასკნელის განზავებას. როგორც ნახევრად გამტარი მემბრანა, რომლის მცირე ხვრელების მეშვეობითაც მხოლოდ მცირე გამხსნელის მოლეკულებს შეუძლიათ შერჩევით გავლა და დიდი ან ხსნადი მოლეკულების ან იონების შეკავება, ცელოფნის ფილმი ხშირად გამოიყენება - მაღალი მოლეკულური წონის ნივთიერებებისთვის და დაბალი მოლეკულური წონისთვის - სპილენძი. ფეროციანიდის ფილმი. გამხსნელის გადაცემის (ოსმოსის) პროცესის თავიდან აცილება შესაძლებელია, თუ გარე ჰიდროსტატიკური წნევა გამოიყენება უფრო მაღალი კონცენტრაციის ხსნარზე (წონასწორობის პირობებში ეს იქნება ე.წ. ოსმოსური წნევა, რომელიც აღინიშნება ასო ). არაელექტროლიტების ხსნარებში მნიშვნელობის გამოსათვლელად გამოიყენება ვან'ტ ჰოფის ემპირიული განტოლება:
სადაც C არის ნივთიერების მოლური კონცენტრაცია, მოლ/კგ;
R არის უნივერსალური აირის მუდმივი, J/mol K.
ოსმოსური წნევის მნიშვნელობა პროპორციულია ხსნარის მოცემულ მოცულობაში გახსნილი ერთი ან მეტი ნივთიერების მოლეკულების (ზოგად შემთხვევაში, ნაწილაკების რაოდენობაზე) რაოდენობისა და არ არის დამოკიდებული მათ ბუნებაზე და გამხსნელის ბუნებაზე. ძლიერი ან სუსტი ელექტროლიტების ხსნარებში ცალკეული ნაწილაკების ჯამური რაოდენობა იზრდება მოლეკულების დისოციაციის გამო, ამიტომ აუცილებელია ოსმოსური წნევის გამოთვლის განტოლებაში შევიტანოთ შესაბამისი პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ეწოდება იზოტონური კოეფიციენტი.
i C R T,
სადაც i არის იზოტონური კოეფიციენტი, გამოითვლება როგორც იონების და ელექტროლიტის არადისოცირებული მოლეკულების ჯამის თანაფარდობა ამ ნივთიერების მოლეკულების საწყის რაოდენობასთან.
ასე რომ, თუ ელექტროლიტების დისოციაციის ხარისხი, ე.ი. იონებად დაშლილი მოლეკულების რაოდენობის თანაფარდობა ხსნარის მოლეკულების მთლიან რაოდენობასთან არის და ელექტროლიტის მოლეკულა იშლება n იონებად, შემდეგ იზოტონური კოეფიციენტი გამოითვლება შემდეგნაირად:
i = 1 + (n – 1) ,(i > 1).
ძლიერი ელექტროლიტებისთვის შეგიძლიათ აიღოთ = 1, შემდეგ i = n და კოეფიციენტს i (ასევე 1-ზე მეტი) ეწოდება ოსმოსური კოეფიციენტი.
ოსმოსის ფენომენს დიდი მნიშვნელობა აქვს მცენარეული და ცხოველური ორგანიზმებისთვის, რადგან მათი უჯრედების მემბრანებს მრავალი ნივთიერების ხსნარებთან მიმართებაში აქვთ ნახევრად გამტარი მემბრანის თვისებები. სუფთა წყალში უჯრედი ძლიერად იშლება, ზოგ შემთხვევაში გარსის გასკდომამდე, მარილის მაღალი კონცენტრაციის მქონე ხსნარებში კი პირიქით, მცირდება ზომით და იკუმშება წყლის დიდი დანაკარგის გამო. ამიტომ საკვების შენარჩუნებისას მათ უმატებენ დიდი რაოდენობით მარილს ან შაქარს. მიკროორგანიზმების უჯრედები ასეთ პირობებში კარგავენ წყლის მნიშვნელოვან რაოდენობას და იღუპებიან.
თერმული ეფექტის გამოთვლის ყველა მეთოდი ეფუძნება კირჩჰოფის განტოლებას ინტეგრალური ფორმით.
ყველაზე ხშირად, სტანდარტული 298.15K გამოიყენება როგორც პირველი ტემპერატურა.
თერმული ეფექტის გამოთვლის ყველა მეთოდი დაყვანილია განტოლების მარჯვენა მხარის ინტეგრალის აღების მეთოდებზე.
ინტეგრალის აღების მეთოდები:
I. საშუალო სითბოს სიმძლავრეების მიხედვით. ეს მეთოდი ყველაზე მარტივი და ნაკლებად ზუსტია. ამ შემთხვევაში, ინტეგრალური ნიშნის ქვეშ გამოხატული გამოთქმა იცვლება საშუალო სითბოს სიმძლავრის ცვლილებით, რომელიც არ არის დამოკიდებული არჩეულ დიაპაზონში ტემპერატურაზე.
საშუალო სითბოს სიმძლავრე ჩამოთვლილია და იზომება უმეტესი რეაქციებისთვის. მათი გამოთვლა მარტივია საცნობარო მონაცემებიდან.
II. ნამდვილი სითბური შესაძლებლობების მიხედვით. (ტემპერატურული სერიის გამოყენებით)
ამ მეთოდით, სითბოს სიმძლავრის ინტეგრანტი იწერება როგორც ტემპერატურის სერია:
III. ენთალპიის მაღალტემპერატურული კომპონენტების მიხედვით. ეს მეთოდი ფართოდ გავრცელდა სარაკეტო ტექნოლოგიის განვითარებით მაღალ ტემპერატურაზე ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტების გამოთვლაში. იგი ეფუძნება იზობარული სითბოს სიმძლავრის განმარტებას:
ენთალპიის მაღალი ტემპერატურის კომპონენტი. ის გვიჩვენებს, რამდენად შეიცვლება ცალკეული ნივთიერების ენთალპია, როდესაც ის გაცხელდება გარკვეული გრადუსით.
ქიმიური რეაქციისთვის ვწერთ:
ამრიგად:
ლექცია ნომერი 3.
ლექციის გეგმა:
1. თერმოდინამიკის II კანონი, განსაზღვრება, მათემატიკური აღნიშვნა.
2. თერმოდინამიკის მეორე კანონის ანალიზი
3. ენტროპიის ცვლილების გამოთვლა ზოგიერთ პროცესში
ნებისმიერ ქიმიურ რეაქციას თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა ან შთანთქმა სითბოს სახით.
სითბოს გამოყოფის ან შთანთქმის საფუძველზე განასხვავებენ ეგზოთერმულიდა ენდოთერმულირეაქციები.
ეგზოთერმულირეაქციები - ისეთი რეაქციები, რომლის დროსაც სითბო გამოიყოფა (+ Q).
ენდოთერმული რეაქციები - რეაქციები, რომლის დროსაც სითბო შეიწოვება (-Q).
რეაქციის თერმული ეფექტი (ქ) არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება გარკვეული რაოდენობის საწყისი რეაგენტების ურთიერთქმედებისას.
თერმოქიმიური განტოლება არის განტოლება, რომელშიც მითითებულია ქიმიური რეაქციის სითბური ეფექტი. მაგალითად, თერმოქიმიური განტოლებებია:
აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ თერმოქიმიური განტოლებები აუცილებლად უნდა შეიცავდეს ინფორმაციას რეაგენტებისა და პროდუქტების საერთო მდგომარეობის შესახებ, რადგან თერმული ეფექტის მნიშვნელობა ამაზეა დამოკიდებული.
რეაქციის სითბოს გამოთვლები
რეაქციის სითბური ეფექტის დასადგენად ტიპიური პრობლემის მაგალითი:
45 გ გლუკოზის ჭარბი ჟანგბადის ურთიერთქმედებისას განტოლების შესაბამისად
C 6 H 12 O 6 (მყარი) + 6O 2 (გ) \u003d 6CO 2 (გ) + 6H 2 O (გ) + Q
გამოვიდა 700 კჯ სითბო. განსაზღვრეთ რეაქციის თერმული ეფექტი. (ჩაწერეთ რიცხვი უახლოეს მთელ რიცხვამდე.)
გადაწყვეტილება:
გამოთვალეთ გლუკოზის ნივთიერების რაოდენობა:
n (C 6 H 12 O 6) \u003d m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) \u003d 45 გ / 180 გ / მოლი \u003d 0.25 მოლი
იმათ. 0,25 მოლი გლუკოზის ურთიერთქმედება ჟანგბადთან გამოყოფს 700 კჯ სითბოს. მდგომარეობაში წარმოდგენილი თერმოქიმიური განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ 1 მოლი გლუკოზა ჟანგბადთან ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება Q-ის ტოლი სითბო (რეაქციის სიცხე). მაშინ შემდეგი პროპორცია მართალია:
0,25 მოლი გლუკოზა - 700 კჯ
1 მოლი გლუკოზა - ქ
ამ პროპორციიდან გამომდინარეობს შესაბამისი განტოლება:
0,25 / 1 = 700 / ქ
რომლის ამოხსნით ვხვდებით, რომ:
ამრიგად, რეაქციის თერმული ეფექტი არის 2800 კჯ.
გამოთვლები თერმოქიმიური განტოლებების მიხედვით
უფრო ხშირად, თერმოქიმიაში USE დავალებაში, თერმული ეფექტის მნიშვნელობა უკვე ცნობილია, რადგან. სრული თერმოქიმიური განტოლება მოცემულია პირობაში.
ამ შემთხვევაში, საჭიროა გამოვთვალოთ ან გამოთავისუფლებული/შეწოვილი სითბოს რაოდენობა რეაგენტის ან პროდუქტის ცნობილი რაოდენობით, ან, პირიქით, სითბოს ცნობილი მნიშვნელობა საჭიროა ნივთიერების მასის, მოცულობის ან რაოდენობის დასადგენად. ნებისმიერი ჩართული რეაქციაში.
მაგალითი 1
თერმოქიმიური რეაქციის განტოლების შესაბამისად
3Fe 3 O 4 (მყარი) + 8Al (მყარი) \u003d 9Fe (მყარი) + 4Al 2 O 3 (მყარი) + 3330 კჯ
ჩამოყალიბდა 68 გ ალუმინის ოქსიდი. რამდენი სითბო გამოიყოფა ამ შემთხვევაში? (ჩაწერეთ რიცხვი უახლოეს მთელ რიცხვამდე.)
გადაწყვეტილება
გამოთვალეთ ალუმინის ოქსიდის ნივთიერების რაოდენობა:
n (Al 2 O 3) \u003d m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) \u003d 68 გ / 102 გ / მოლი \u003d 0,667 მოლი
რეაქციის თერმოქიმიური განტოლების შესაბამისად 4 მოლი ალუმინის ოქსიდის წარმოქმნისას გამოიყოფა 3330 კჯ. ჩვენს შემთხვევაში წარმოიქმნება 0,6667 მოლი ალუმინის ოქსიდი. ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობის აღნიშვნისას, x kJ-ის მეშვეობით შევადგენთ პროპორციას:
4 მოლი Al 2 O 3 - 3330 კჯ
0,667 მოლი Al 2 O 3 - x kJ
ეს პროპორცია შეესაბამება განტოლებას:
4 / 0.6667 = 3330 / x
რომლის ამოხსნით ვხვდებით, რომ x = 555 კჯ
იმათ. 68 გ ალუმინის ოქსიდის წარმოქმნისას, თერმოქიმიური განტოლების შესაბამისად, პირობით გამოიყოფა 555 კჯ სითბო.
მაგალითი 2
რეაქციის შედეგად, რომლის თერმოქიმიური განტოლება
4FeS 2 (მყარი) + 11O 2 (გ) \u003d 8SO 2 (გ) + 2Fe 2 O 3 (მყარი) + 3310 კჯ
გამოვიდა 1655 კჯ სითბო. განსაზღვრეთ გამოთავისუფლებული გოგირდის დიოქსიდის მოცულობა (ლ) (n.o.s.). (ჩაწერეთ რიცხვი უახლოეს მთელ რიცხვამდე.)
გადაწყვეტილება
თერმოქიმიური რეაქციის განტოლების შესაბამისად, 8 მოლი SO 2-ის წარმოქმნით გამოყოფს 3310 კჯ სითბოს. ჩვენს შემთხვევაში გამოიცა 1655 კჯ სითბო. მოდით, ამ შემთხვევაში წარმოქმნილი ნივთიერების რაოდენობა SO 2 იყოს x მოლის ტოლი. მაშინ მოქმედებს შემდეგი პროპორცია:
8 მოლი SO 2 - 3310 კჯ
x mol SO 2 - 1655 კჯ
საიდანაც გამოდის განტოლება:
8 / x = 3310 / 1655 წ
რომლის ამოხსნით ვხვდებით, რომ:
ამრიგად, ამ შემთხვევაში წარმოქმნილი ნივთიერების რაოდენობა SO 2 არის 4 მოლი. ამრიგად, მისი მოცულობა არის:
V (SO 2) \u003d V m ∙ n (SO 2) \u003d 22,4 ლ / მოლი ∙ 4 მოლი \u003d 89,6 ლ ≈ 90 ლ(დაამრგვალეთ მთელ რიცხვებამდე, რადგან ეს საჭიროა პირობით.)
უფრო გაანალიზებული პრობლემები ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტის შესახებ შეიძლება მოიძებნოს.
