Termochemie. Verze VG

Transkript

1 Termochemie Verze VG

2 Termochemie Termochemie je oblast termodynamiky zabývající se studiem tepelného zabarvení chemických reakcí. Reakce, při kterých se teplo uvolňuje = exotermní. Reakce, při kterých se teplo spotřebovává = endotermní.

3 Termochemie Množství tepla, které soustava během reakce probíhající za konstantního tlaku a v rozsahu jednoho molu základních reakčních přeměn s okolím vymění, se označuje jako reakční teplo a značí se Δ H. Pro exotermní děje je Δ H záporná. Při endotermních dějích je Δ H kladná.

4 Termochemické zákony 1. termochemický zákon (Laplaceův- Lavoisierův) Reakční teplo přímé a protisměrné reakce je až na znaménko stejné. 2. termochemický zákon (Hessův) Výsledné reakční teplo chemické reakce nezávisí na způsobu jejího průběhu, ale pouze na počátečním a koncovém stavu.

5 Modelové příklady 1/ Vznik vody z prvků popisuje následující termochemická rovnice: 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (g) Δ H = -483,6 kj Jaké bude reakční teplo zpětné reakce? Z 1. termochemického zákona vyplývá: 2H 2 O (g) 2H 2 (g) + O 2 (g) Δ H = 483,6 kj Reakční teplo zpětné reakce je 483,6 kj.

6 Modelové příklady 2/ Reakcí vzniku NO z prvků a jeho následnou oxidaci vzdušným kyslíkem na NO 2 popisují následující termochemické rovnice: N 2 (g) + O 2 (g) 2NO (g) Δ H = 180,5 kj 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) Δ H = -114,1 kj Určete reakční teplo vzniku NO 2 přímo z prvků. Z 2. termochemického zákona vyplývá: Δ H = 180,5 + (-114,1) = 66,4 kj Reakční teplo reakce je 66,4 kj.

7 Standardní slučovací teplo Standardní slučovací teplo je reakční teplo reakce, při které vzniká 1 mol sloučeniny přímo z prvků. Reagují prvky i produkty musí být ve standardním stavu (teplota 298,15 K, tlak 101,325 kpa). Rozměr standardního slučovacího tepla je kj mol -1. Standardní slučovací tepla prvků jsou nulová.

8 Postup při výpočtu A/ standardní slučovací tepla produktů vynásobíme stechiometrickými koeficienty z rovnice reakce a získané hodnoty sečteme B/ stejným způsobem postupujeme i v případě výchozích látek C/ reakční teplo dané reakce vypočteme jako rozdíl hodnoty získané v bodě A/ a hodnoty získané v bodě B/ Δ H = Δ H sluč. (produktů) - Δ H sluč. (reaktantů)

9 Modelový příklad 3/ Sirouhlík je možné připravit reakcí methanu se sírou. Vypočítejte reakční teplo reakce, jestliže znáte standardní slučovací tepla výchozích látek a produktů: CH 4 (g) = - 74,8 kj mol -1 ; CS 2 (l) = 89,7 kj mol -1 H 2 S(g) = -20,6 kj mol -1 CH 4 (g) + 4S (s) CS 2 (l) + 2H 2 S (g) H = [1 89,7 + 2 (-20,6)]-1 (-74,8) = 123,3 kj Reakční teplo reakce je 123,3 kj.

10 Standardní spalné teplo Standardní spalné teplo je reakční teplo reakce, při které je 1 mol látky spálen v nadbytku kyslíku. Reaktanty i produkty musí být ve standardních stavech. Rozměr spalného tepla je kj mol -1. Spalná tepla prvků nejsou nulová.

11 Postup při výpočtu A/ standardní spalná tepla výchozích látek vynásobíme stechiometrickými koeficienty z rovnice reakce a získané hodnoty sečteme B/ stejným způsobem postupujeme i v případě produktů C/ reakční teplo dané reakce vypočteme jako rozdíl hodnoty získané v bodě A/ a hodnoty získané v bodě B/ Δ H = Δ H spal. (reaktantů) - Δ H spal. (produktů)

12 Modelový příklad 4/ Reakcí benzenu s vodíkem vzniká cyklohexan. Vypočtěte reakční teplo této reakce (za standardních podmínek), jsou-li známá standardní spalná tepla výchozích látek i produktů: C 6 H 6 (l) = kj mol -1 ; H 2 (g) = -286 kj mol -1 C 6 H 12 (l) = kj mol -1 C 6 H 6 (l) + 3H 2 (g) C 6 H 12 (l) H = [1 (-3268)+3 (-286)]-1 (-3920) = -206 kj Reakční teplo reakce je 206 kj.

13 Příklady k procičení 5/ Kolik tepla se uvolní při spálení 100 l methanu? Předpokládejme, že za podmínek pokusu má methan molární objem V M = 22,4 dm 3 mol -1, Qm = -804 kj mol -1.

14 Příklady k procvičení 6/ Vypočtěte reakční teplo reakce: C(s) + ½ O 2 (g) CO(g), které není možno změřit přímo, pomocí následujících termochemických rovnic: C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H = -393,5 kj mol -1 CO(g) + ½O 2 (g) CO 2 (g) H = -283,0 kj mol -1

15 Příklady k procvičení 7/ Vypočtěte reakční teplo reakce: 4NH 3 (g) + 5O 2 4NO + 6H 2 O, jsou-li známa standardní slučovací tepla (v kj mol -1 ): NO(g): 90,3; H 2 O(g): -241,8; NH 3 (g): -46,2.

16 Příklady k procvičení 8/ Vypočítejte reakční teplo reakce uhlíku s vodní párou ze spalných tepel: H spal(c) = -393,1 kj mol -1 ; H spal(co) = -282,6 kj mol -1 ; H spal(h2) = -241,8 kj mol -1 C(s) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g)