Prawo Hessa. Efekt cieplny reakcji chemicznej lub procesu fizykochemicznego

Transkrypt

1 Tomasz Lubera

2 Prawo Hessa Efekt cieplny reakcji chemicznej lub procesu fizykochemicznego prowadzonego: Izobarycznie Q p = ΔH Izochorycznie Q V = ΔU nie zależy od drogi przemiany a jedynie od stanu początkowego i końcowego układu. 1 ΔH a /ΔU a 2 ΔH b /ΔU b 3 4 ΔH c /ΔU c ΔH d /ΔU d ΔH a = ΔH b + ΔH c + ΔH d / ΔU a = ΔU b + ΔU c + ΔU d Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 2

3 Standardowe ciepło tworzenia Standardowe ciepło tworzenia substancji efekt cieplny tworzenia 1 mol substancji w warunkach standardowych z pierwiastków będących w postaci trwałej. Standardowa entalpia tworzenia trwałych odmian pierwiastków wynosi 0 J: H tw, 298, C(grafit) = H tw, 298, O2(g) = 0 J Z prawa Hessa: H 298,reakcji = H 298,tworzenia produktów H 298,tworzenia substratów Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 3

4 Standardowe ciepło spalania Standardowe ciepło spalania substancji efekt cieplny całkowitego spalania 1 mol substancji w tlenie pod ciśnieniem 1, Pa. Standardowa entalpia spalania substancji niemogących ulec dalszemu spaleniu wynosi 0 J: H sp, 298, H2 O= H sp, 298, SO3 = 0 J Z prawa Hessa: H 298, reakcji = H 298, spalania substratów H 298, spalania produktów Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 4

5 Prawo Kirchhoffa Prawo Kirchhoffa pozwala obliczyć ciepło reakcji w dowolnej temperaturze przy znanym cieple reakcji w temperaturze T p i znanych zależnościach ciepeł molowych wszystkich reagentów od temperatury: ΔU Tk = ΔU Tp + T p ΔnC V dt ΔnC V = n i C Vi,produktów n i C Vi,substratów ΔH Tk = ΔH Tp + T p ΔnC p dt ΔnC p = n i C pi,produktów n i C pi,substratów Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 5

6 Prawo Kirchhoffa - przemiany fazowe Jeżeli w przedziale temperatur T p któryś z reagentów ulega przemiany fazowe (pf) należy rozbić całkowanie na etapy: do przemiany fazowej i od przemiany fazowej oraz dodać ciepło przemiany. T p T pf reagenta j ΔH Tk = ΔH Tp + T pf ΔnC p dt + n j ΔH pf,j + ΔnC p dt T p T pf Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 6

7 Prawo Kirchhoffa przemiany fazowe aa (α1 ) + bb (β1 ) = cc (γ1 ) ΔH Tp T p T pf1 T pf1 T pf1 - T pf2 T pf2 T pf2 - A C p(aα 1 ) --- C p(aα 1 ) --- C p(aα 1 ) B C p(bβ 1 ) H pf(bβ 1/β2 ) C p(bβ 2 ) --- C p(bβ 2 ) C C p(cγ 1 ) --- C p(cγ 1 ) H pf(cγ 1/γ2 ) C p(cγ 2 ) T pf1 ΔH Tk = ΔH Tp + ac bc p Aα 1 p B + cc β p C 1 γ 1 T p T pf2 dt + bδh pf B + ac bc p Aα β1 β 2 1 p B + cc β p C 2 γ 1 T pf1 + cδh pf C + ac bc p Aα γ1 γ 2 1 p B + cc β p C 2 γ 2 T pf2 dt dt Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 7

8 Prawo Kirchhoffa przemiany fazowe aa (α1 ) + bb (β1 ) = cc (γ1 ) ΔH Tp T p T pf1 T pf1 T pf1 - T pf2 T pf2 T pf2 - A C p(aα 1 ) --- C p(aα 1 ) --- C p(aα 1 ) B C p(bβ 1 ) H pf(bβ 1/β2 ) C p(bβ 2 ) --- C p(bβ 2 ) C C p(cγ 1 ) --- C p(cγ 1 ) H pf(cγ 1/γ2 ) C p(cγ 2 ) ΔH Tk = ΔH Tp + a C dt p Aα 1 T p T pf1 + b C dt p Bβ + ΔH pf 1 B + C dt p Bβ T β1 β p 2 2 T pf1 T pf2 + c C dt p Cγ + ΔH 1 pf C + C dt p Cγ T γ1 γ p 2 2 T pf2 Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 8

9 Przykład 1 Oblicz entalpię tworzenia gazowego trójtlenku siarki w temperaturze 600 K rozważając następujące przemiany: a) PbO (s) + S (romb) + 3/2O 2(g) PbSO 4(s) H 298 =? J b) PbO (s) + H 2 SO 4 5H 2 O (c) PbSO 4(s) + 6H 2 O (c) H 298 = 97552,4 J c) SO 3(g) + 6H 2 O (c) H 2 SO 4 5H 2 O (c) H 298 = ,5 J wiedząc że standardowe ciepła tworzenia PbO (s) i PbSO 4(s) wynoszą odpowiednio J mol -1 i J mol -1 oraz mając do dyspozycji tablice fizykochemiczne. Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 9

10 Przykład 1 - Tablice Izobaryczne molowe pojemności cieplne niektórych pierwiastków i związków chemicznych C p = a + bt + ct 2 + dt 2 J mol 1 K 1 Substancja a b ( 10-3 ) c ( 10-6 ) d ( 10 5 ) Zakres temperatur, K O 2(g) 25,76 12,997-3, S romb(s) 15,00 26, ,5 S jedn(s) 14,916 29,12 368,5-392,2 S (c) 22,626 20,95 T t -717,9 SO 2(g) 47,766 5,995-8, SO 3(g) 25,47 95,633-40, Ciepła przemian fazowych Substancja T przemiany K Ciepło przemiany fazowej J mol -1 T topnienia K Ciepło topnienia J mol -1 S romb(s) S jedn(s) 368,5 2069,8 392,2 1717,9 Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 10

11 Przykład 1 - Analiza (a) PbO (s) + S (romb) + 3/2O 2(g) PbSO 4(s) + H 298,a (b) PbO (s) + H 2 SO 4 5H 2 O (c) PbSO 4(s) + 6H 2 O (c) + H 298,b (c) SO 3(g) + 6H 2 O (c) H 2 SO 4 5H 2 O (c) + H 298,c (a) PbO (s) + S (romb) + 3/2O 2(g) PbSO 4(s) + H 298,a (-b) PbSO 4(s) + 6H 2 O (c) + H 298,b PbO (s) + H 2 SO 4 5H 2 O (c) (-c) H 2 SO 4 5H 2 O (c) + H 298,c SO 3(g) + 6H 2 O (c) (d) S (romb) + 3/2O 2(g) + H 298,b + H 298,c SO 3(g) + H 298,a H 298,d = H 298,a H 298,b H 298,c Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Termochemia 11

12