Энтальпии образования и энтальпии сгорания

Многие расчеты энтальпий химических реакций основаны на законе Гесса, который позволяет рассчитывать тепловые эффекты одних реакций по другим. Очень часто такие расчеты основаны на использовании энтальпий образования и энтальпий сгорания веществ.

Стандартная энтальпия образования (Δ_fH°(298)) – энергетический эффект реакции синтеза 1 моля данного вещества из простых веществ, взятых в их наиболее устойчивых физических состояниях при внешнем давлении 1 атм и данной температуре. Например, Δ_fH°(298, H₂O, ж) – это стандартная энтальпия реакции H₂(г) + 1/2O₂ → H₂O(ж), равная –68,3174 ккал/моль. Стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю. Пользуясь таблицами стандартных термодинамических величин, можно рассчитать стандартную энтальпию реакции по первому следствию из закона Гесса:

Δ_rH°(T) = j∑ν_jΔ_fH_j°(T) – i∑ν_iΔ_fH_i°(T),

где индексы i относятся к исходным веществам, j – к продуктам реакции.

Стандартная энтальпия сгорания (Δ_cH°(298)) вещества формулы C_aH_bO_c в кислороде – энергетический эффект, сопровождающий изотермически и изобарно протекающую реакцию 1 моля данного вещества с эквивалентным количеством кислорода, приводящую к образованию жидкой воды и газообразного оксида углерода:

C_aH_bO_c + a  +  b4  –  c2O₂(г) → aCO₂(г) + b2H₂O(ж).

В калориметрических опытах определяют энергию сгорания Δ_cU, а далее по уравнению Δ_cH = Δ_cU + (ν₂ – ν₁)·RT (где ν₁ и ν₂ – количества молей газообразных исходных веществ и продуктов) определяют энтальпию сгорания, значение которой затем приводят к стандартным условиям. При сжигании органических соединений, содержащих азот и серу, конечным состоянием считается: азот в форме газа и SO₃(г).

Используя таблицы стандартных термодинамических величин, можно рассчитать стандартную энтальпию реакции по второму следствию из закона Гесса:

Δ_rH°(T) = i∑ν_iΔ_cH_i°(T) – j∑ν_jΔ_cH_j°(T),

где индексы i относятся к исходным веществам, j – к продуктам реакции.


Задачи по теме:

1. Для реакции CH₄(г) + 2O₂(г) → CO₂(г) + 2H₂O(г) вычислите Δ_rH°(298).
   
   Решение:
   
   Находим в справочнике термодинамических величин:
   
   Δ_fH°(298, CO₂, г) = –94,052 ккал/моль,
   
   Δ_fH°(298, H₂O, г) = –57,798 ккал/моль,
   
   Δ_fH°(298, CH₄, г) = –17,889 ккал/моль.
   
   Согласно первому следствию из закона Гесса:
   
   Δ_rH°(298) = Δ_fH°(298, CO₂, г) + 2·Δ_fH°(298, H₂O, г) – Δ_fH°(298, CH₄, г) = –191,76 ккал/моль.
   
   Ответ:  Δ_rH°(298) = –191,76 кал/моль.
   
   
2. Вычислите стандартную энтальпию реакции
   
   (COOH)₂(к) + 2CH₃OH(ж) → (COOCH₃)₂(ж) + H₂O,
   
   если известны стандартные энтальпии сгорания следующих соединений:
   
   Δ_cH°(298, (COOH)₂, т) = –60,1 ккал/моль,
   
   Δ_cH°(298, CH₃OH, ж) = –173,65 ккал/моль,
   
   Δ_cH°(298, (COOCH₃)₂, ж) = –401,0 ккал/моль.
   
   Решение:
   
   Согласно второму следствию из закона Гесса:
   
   Δ_rH°(298) = Δ_cH°(298, (COOH)₂, т) + 2·Δ_cH°(298, CH₃OH, ж) – Δ_cH°(298, (COOCH₃)₂, ж) = –6,4 ккал/моль.
   
   Ответ:  Δ_rH°(298) = –6,4 кал/моль.
   
   
3. В результате эксперимента по определению энергии сгорания тетрагидропирана C₅H₁₀O был получен следующий результат:  Δ_cU°(298, C₅H₁₀O, ж) = –749,35 ккал/моль. Вычислите стандартную энтальпию сгорания тетрагидропирана при той же температуре.
   
   Решение:
   
   Δ_cH°(298, C₅H₁₀O, ж) = Δ_cU°(298, C₅H₁₀O, ж) + Δν·RT = –749,35 – 2·1,987·10^-3·298,15 = –750,54 ккал/моль.
   
   Ответ:  Δ_cH°(298, C₅H₁₀O, ж) = –750,54 ккал/моль.

Стандартные условия и стандартное состояние

Энтальпии образования ионов, электролитов и сложных веществ в растворе