Tepelné reakce podle tepelné bilance

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Tepelné reakce podle tepelné bilance"

Vlastimil Němeček
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 1Termochemie a výpočet reakčního tepla termochemie reakční teplo H termochemické rovnice termochemické zákony výpočet reakčního tepla z disociač ních energií vazeb, z termochemických rovnic, ze standartních slučovacích a spalných tepel Termochemie je vě da zabývající se teplem, (Teplo je stavová funkce) tepelným zabarvením chemických reakcí. Ty dělí na exotermické a endotermické, při kterých se teplo uvolň uje respektive pohlcuje. Teplo, které se při reakci uvolní či spotřebuje, závisí na druhu reaktant ů a produkt ů a na množství a skupenství reagujících látek. Vychází z prvního termochemického zákona. H = Q + W H změna vnitřní energie Q teplo W práce Reakční teplo H je zmněnou enthalpie H. Udává se v joulech a vyjadřuje energii uloženou v systému. Teplo a práce dané soustav ě zvýší její vnitřní energii. Zmněna vnitřní energie H charakterizuje zmněnu stavu soustavy stavová veličina. Tepelné reakce podle tepelné bilance Reakce exotermické (exotermní) jsou reakce, při nichž se teplo uvolňuje a je přidáno do okolí, 0 <0 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H2O(g) = -457 kj/mol Reakce endotermické (endotermní) jsou reakce, při nichž se teplo spotřebovává, >0 2H 2 O(g) 2H 2 (g) + O 2 (g) = 457 kj/mol Termochemické rovnice V termochemických rovnicích je důležité vyjadř ovat skupenství všech látek, které se reakce zúčastní, protože změny skupenství jsou spojeny s výměnou tepla. Skupenství látek: pevné = solidus (s) kapalné = liquidus (l) plynné = gasseus (g) vodný roztok = aquatic (aq) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H2O(l) C (s grafit) + O 2 (g) CO 2 (g) 0 = XY(nějaké teplo, udává se v kilojoulech na mol kj/mol) 2C (s grafit) + 2O 2 (g) 2CO 2 (g) u reakcí je důležité počítat kolik je mol ů, v tomto případ ě dva

2 moli reakce Teplo reakce se proto vynásobí dvěmi Termochemické zákony První termochemický zákon zformulovali A. I. Lavoisier a P. S. Laplace v roce 1780, druhý termochemický zákon zformuloval G. H. Hess v roce 1840 a proto se mu též říká Hessův zákon. Lavairiův Laplaceův zákon Hodnota reakčního tepla přímé a zpětné reakce je stejná, liší se pouze znaménkem. CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g) Δ H=-41,2 kj / mol CO 2 (g) + H 2 (g) CO (g) + H 2 O(g) Δ H = 41,2 kj / mol Hessův zákon Celkový tepelný efekt chemické reakce je stejný pro všechny cesty od výchozích látek k produktů m, Celkové reakční teplo reakce nezávisí na průběhu reakce, ale jen na počátečním a koneč ném stavu. Neboli reakční teplo celkové reakce je rovno součtu reakcí dílčích. Sn(s) + 2Cl 2 (g) SnCl 4 (l) Sn (s) + Cl 2 (g) SnCl 2 (s) SnCl 2 (g)+cl 2 (g) SnCl 4 (l) Δ H= -544,6 kj/mol Δ H=-349,4 kj/mol Δ H=-195,2 kj/mol Součet: -544,6 kj/mol výpočet reakčního tepla z disociač ních energií vazeb, z termochemických rovnic, ze standartních sluč ovacích a spalných tepel Vypočtěte reakč ní teplo rekace z termochemických rovnic, za využití termochemických zákonů Sn(s) + 2Cl 2 (g) SnCl 4 (s) Sn(s) + Cl 2 (g) SnCl 2 (s) = -349 kj/mol SnCl 4 (s) SnCl 2 (s) + Cl 2 (g) =195 kj/mol Nejprve se musíme podívat na zadanou rovnici. Musíme z a rovnice složit reakč ní teplo zadané rovnice. Vidíme, že rovnici musíme otočit, aby prvky byly na správné stran ě a vzniklý produkt také. Po té ob ě rovnice sečteme. SnCl2(s) se nám objevuje na obou stranách rovnice, takže ho můžeme vyškrtnout, vychází nám tedy Sn(s) + 2Cl2 (g) SnCl 4 (s) Všimneme si, že jsme rovnici otočili, proto musíme otočit znaménko u reakč ního tepla této rovnice, tedy to bude = -195 kj/mol. Sečteme a reakční teplo (druhé s opačným znaménkem) a získáme tak reakč ní teplo zadané reakce. Řešení je tedy -349 kj/mol kj/mol = kj/mol Jedná se o exotermickou reakci a do okolí se uvolní teplo 4HCl(g) + O 2 (g) 2Cl 2 (g) + 2H 2 O(g)

3 H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl(g) = -185 kj/mol 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) = -484kJ/mol Nejdříve otočíme první rovnici a tím pádem přehodíme znaménko u. Sečteme rovnice a zjistíme, že v zadané je 4 HCl, takže ješt ě vynásobíme dvěmi. Výsledek je tedy: 2X =-144KJ/mol 3. C (s grafit) + 2H 2 (g) CH 4 (g) C (s grafit) + O 2 (g) CO 2 (g) = -394kJ/mol CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) = -800 kj/mol 3. 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) = -484kJ/mol řešní: 4. musíme zase nakombinovat rovnice tak, aby nám vyšla zadaná rovnice nejdříve otočíme rovnici, zmnění se nám tedy znaménko u sečteme všechny tři rovnice vše se nám vyškrtá a zůstane jen zadaná rovnice, takže stačí sečíst tři vnitř ní energie ( se zmněněným znaménkem) výsledek tedy bude: = -78kJ/mol H 2 (g) +S(s) H 2 S(g) Zn (s ) + S(s) ZnS(s) = -203kJ/mol Zn (s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (s) + H 2 (g) = -167kJ/mol 3. ZnS (s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (s) + H 2 S(g) = 15 kj/mol je potřeba nakonbinovat tř i rovnice tak, aby výsledek odpovídal zadané a pak podle toho sečíst vnitřní energii reakce otočíme rovnici, tím se nám změní znaménko u a sečteme rovnice vyškrtnese nám vše až na zadanou rovnici sečteme tepla = -21 kj/mol Spalné a slučovací teplo Sluč ovací teplo slouč eniny je reakční teplo reakce, př i níž vznikne jednotkové látkové množství (1 mol) této sloučeniny př ímo z prvk ů v nejstálejším stavu za daných podmínek. Standardní slučovací teplo dané látky ( c ) sluč je standardní reakční teplo reakce, př i které vznikne 1 mol této látky př ímo z prvk ů ve standardním stavu za standardních podmínek, přič emž dané prvky jsou při zvolené teplot ě a standardním tlaku ve své nejstálejší podob ě. (Například př i 25 C nás zajímá C grafi a ne diamant)

4 Spalné teplo sloučeniny je reakční teplo reakce, př i níž se jednotkové látkové množství (1 mol) dané sloučeniny zoxiduje na nejstálejší oxidy anebo nejstálejší produkty oxidace. Standardní spalné teplo dané látky ( f ) spal je standardní reakční teplo reakce, př i které dojde ke spálení 1 molu této látky v nejstálejší podob ě za standardních podmínek na koneč né spalné produkty (obvykle nejstálejší oxidy, například u uhlíku je to CO2, u železa je to Fe 2 O 3, apod.). Abyste dostali prvky ve standardním stavu, nebudete potř ebovat žádné teplo. Proto standardní slučovací teplo prvk ů v jejich nejstálejší podob ě je nulové a totéž platí při všech ostatních teplotách. Spalná tepla vzorec pro výpočet spalného tepla Vypočítej standardní reakční teplo reakce: 6 C (s, grafit) + 3 H 2 (g) C 6 H 6 (l) Použijeme hodnoty spalných tepel jednotlivých výchozích látek a produkt ů: C spal (C) (s, grafit) = -393,1 kj/mol C spal (H 2 ) (g) = -285,6 kj/mol 3. C spal (C 6 H 6 ) (l) = ,8 kj/mol Z rovnice pro výpočet standardního reakčního tepla ze spalných tepel pro tuto reakci vyplývá: = 6 ( H ) spal C + 3 ( H ) spal H 2 - ( H ) spal C 6 H 6 = = ,6 856, ,8 = 53,4 kj/mol CH 3 OH(l) + CH 3 COOH(l) CH 3 COOH 3 (l) + H 2 O(l) C spal (CH 3 OH) = -726kJ/mol C spal (CH 3 COOH) = -875kJ/mol 3. C spal (CH 3 COOCH 3 ) = -1595kJ/mol Výchozí látky CH 3 OH(l) + CH 3 COOH(l) spálíme a rekonstrukcí nám vznikne CH 3 COOH 3 (l) + H 2 O(l). Při rekonstrukci musíme otočit znaménko u spalného tepla ( čili u 3. látky) =-726kJ/mol kJ/mol - (-1595kJ/mol) = -6 kj/mol Když vodík spálíme na vodu H 2 + O 2 H 2 O, tak bude reakč ní teplo této reakce spalné teplo vodíku, ale jelikož teplo prvk ů v nejstálejší podob ě je nulové, tak spalné teplo této reakce bude také OkJ/mol

5 Slučovací tepla vzorec pro výpočet slučovacího tepla Vypočítej standardní reakční teplo reakce výroby chloridu uhličitého: CS 2 (l) + 3 Cl 2 (g) CCl 4 (s) + S 2 Cl 2 (s) Řešení: Použijeme tabelované hodnoty standardních sluč ovacích tepel jednotlivých výchozích látek a produkt ů: f slu č (CS 2 ) (l) = 87,9 kj/mol f slu č (Cl 2 ) (g) = 0 f slu č (Ccl 4 ) (s) = -139,2 kj/mol f slu č (S 2 Cl 2 ) (s) = -60,2 kj/mol Z rovnice pro výpočet standardního reakčního tepla ze slučovacích tepel pro tuto reakci vyplývá: H 0 = ( H CCl 4 + ( H S 2 Cl 2 - = -139,2 + (-60,2) 87,9 = -287,3 kj/mol ( H CS 2 3 ( H Cl 2 = HCl(g) + NH 3 (g) NH4Cl(s) f slu č (HCl) = -92 kj/mol f slu č (NH 3 )=-46kJ/mol 3. f slu č (NH 4 Cl)=-315kJ/mol = (-92-46) = -177Kj/mol

Podobné dokumenty

Termochemie se zabývá tepelným zabarvením chemických reakcí Vychází z 1. termodynamického zákona. U změna vnitřní energie Q teplo W práce

Termochemie Termochemie se zabývá tepelným zabarvením chemických reakcí Vychází z 1. termodynamického zákona U = Q + W U změna vnitřní energie Q teplo W práce Teplo a práce dodané soustavě zvyšují její