Как правильно рассчитать тепловой эффект реакции 

Как рассчитать зависимость теплового эффекта от температуры

Задача 77. 
Дана реакция С₆Н₆ + 3Н₂ = С₆Н₁₂. Рассчитать зависимость теплового эффекта от температуры по 3-му приближению при температуре 227 °С.
Решение:
Т = 227 °С = 500 К;
ΔН°С₆Н_6(г) = 82,93 кДж/моль;
С_рС₆Н_6(г) = 81,67 Дж/(моль ^. К);
аС₆Н_6(г) = –21,09 Дж/(моль ^. К);
bС₆Н_6(г) = +400,12 ^. 10^-3 Дж/(моль ^. К);
cС₆Н_6(г) = -169,87^. 10^-6 Дж/(моль ^. К);
ΔН°С₆Н_12(г) = –123,14 кДж/моль;
СрС6Н_12(г) = 106,26 Дж/(моль ^. К);
аС₆Н_12(г) = –51,71 Дж/(моль ^. К);
bС₆Н_12(г) = +598,77 ^. 10^-3 Дж/(моль ^. К);
cС₆Н_12(г) = –230,00 ^. 10^-6 Дж/(моль ^. К);
ΔН°H_2(г) = 0,00 кДж/моль;
С_рH_2(г) = 28,83 Дж/(моль ^. К);
аH_2(г) = +27,281 Дж/(моль ^. К);
bH_2(г) = +3,26 ^. 10^-3 Дж/(моль ^. К);
cH_2(г) = +0,50 ^. 10^-6 Дж/(моль ^. К);
ΔН°₅₀₀ = ?
1. Рассчитаем стандартный тепловой эффект реакции
Для расчета используя уравнение Гесса, получим:

ΔНх.р.= ΔНобр.прод. - ΔНобр.исх;
ΔН°₂₉₈ = ΔН°С₆Н_12(г) - ΔН°С₆Н_6(г) = 
= –123,14 - 82,93 = -206,07 кДж/моль =
= -206070 Дж/моль; ΔН°₂₉₈ < 0.

2. Рассчитаем изменение теплоемкости в ходе реакции
Для расчета используя уравнение:

ΔС_р = ΔС_р(обр.прод.) - ΔС_р(обр.исх);
ΔСр = С_рС₆Н_12(г) - [С_рС₆Н_6(г) + С_рH_2(г)] =
= 106,26 - (–21,09 + 28,83) =
= 98,49 Дж/(моль ^. К); ΔС_р > 0.

3. Рассчитаем тепловой эффект реакции при температтуре 500 К, если ΔС_р = Constanta

ΔН°₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ + ΔСр(T - 298);
ΔН°₅₀₀ = -206070 + 98,49 * 10-3(500 - 298) =
+ -186175,02 Дж/моль ≈ -186,175 кДж/моль.

4. Рассчитаем изменение теплоемкости в ходе реакции с учетом зависимости С_p = f(T)
Для расчета используя уравнение:

∆С_p = ∆a + ∆bT + ∆cT₂.

Рассчитаем значения ∆a, ∆b и ∆c:

∆a = аС₆Н_12(г) - [аС₆Н_6(г) + 3аH_2(г)] =
= –51,7 - [–21,09 + 3(27,281)] = 9,053 Дж/(моль ^. К);
∆b = bС₆Н_12(г) - [bС₆Н_6(г) + 3bH_2(г)] =
= 598,77 - [400,12 + 3(3,26)] =
=  +188,87 ^. 10^-3 Дж/(моль ^. К);
∆c = cС₆Н_12(г) - [cС₆Н_6(г) + 3cH_2(г)] =
+ –230,00 - [-169,87 + 3(0,50)] =
= -61,63 ^. 10^-6 Дж/(моль ^. К);
∆С_p = 9,053 + [(188,87 ^. 10^-3) ^. 500] + [(-61,63 ^. 10^-6) ^. (500)²] =
= 88,0805 Дж/(моль ^. К).

5. Рассчитаем тепловой эффект рреакции при 500 К с учетом зависимости С_p = _f(T)

ΔН°₅₀₀ = ΔН°₂₉8 + ΔС_р(T - 298);
ΔН°₅₀₀ = -206070 + 88,0805(500 - 298) =
= -188277.739 Дж/моль ≈ -188,28 кДж/моль. 
 

Вычислние количества выделившейся теплоты при реакции

Задача 78.
В результате реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид:
2(NH₂)₂CO_{3 (тв)} + 3О_{2 (г)} = 2N_{2 (г)} + 2СО_{2 (г)} + 4Н₂О _(ж) + 1264 кДж, образовалось 57,12 л (н.у.) газов. Вычислите количество выделившейся теплоты (в кДж).
Решение:
Vm = 22,4 л/моль;
V_(газов) = 57,12 л;
Q = 1264 кДж;
Q_р = ?
Из уравнения реакции вытекает, что при образовании 2 молей газообразного азота и 2 молей углекислого газа выделяется 1264 кДж теплоты,  т.е. 
4 моль_(газов) = [2 моль(N₂) + 2 моль(CO₂)] = 1264 кДж.

Рассчитаем голичество газообразных продуктов реакции по условию  задачи, получим:

n_(газов) = V_(газов)/V_m = 57,12 л/22,4 л/моль = 2,55 моль.

Рассчитаем количество выделившейся теплоты, получим:

4 моль(газов) : 1264 = 2,55 моль : х;
х = (2,55 ^. 1264)/4 = 805,8 кДж.

Ответ: Q_р = 805,8 кДж.
 

Задача 79.
В результате реакции, термохимическое уравнение которой:
C₆H₁₂O_{6 (тв)} +6O_{2 (г)} = 6CO_{2 (г)} + 6H₂O _(ж) + 2803 кДж, 
выделилось 10,8 г воды. Вычислите количество выделившейся теплоты (в кДж). Ответ запишите с точностью до десятых. 
Решение:
Из термохимического уравнения вытекает, что при выделении (6 ^. 18) г воды выделяется 2803 кДж.
Количество выделившейся теплотты можно рассчитать из пропорции:

(6 ^. 18) г : 2803 кДж = 10,8 г : х кДж;
х = (10,8 ^. 2803)/(6 ^. 18) = 280,3 кДж.

Ответ: 280,3 кДж.
 

Задача 80. 
Какое количество теплоты выделится при соединении 5,6 л водорода с хлором (н.у.), если энтальпия образования хлористого водорода равна -91,8 кДж/моль (температура продуктов и реагентов равна 25 °С).
Решение:
V_m = 22,4 л/моль;
V(H₂) = 5,6 л;
Q = ?
Рассчитаем количество водорода, получим:

n(H₂) = V(H₂)/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 моль.

Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

H₂ + Cl₂ = 2HCl,  ΔH° = -91,8 кДж/моль. 

Из термохимического уравнения реакции вытекае, что при соединении 1 моль (22,4 л/моль) водорода с хлором (н.у.) выделяется -91,8 кДж энергии.

Тогда

Q = n(H2) ^. ΔH° = -22,95 кДж.

Ответ: Q = -22,95 кДж.
 

Задача 81.
При окислении 56 г железа до оксида Fe₂O₃ выделилось 410,7 кДж. Вычислите теплоту образования Fe₂O₃(тв.) и запишите термохимическое уравнение.
Решение:
m(Fe) = 56 г;
ΔНх.р.= 410,7 кДж;
Уравнение реакции имеет вид:

2Fe + 3/2O₂ = Fe₂O₃, ΔН = ?

Теплоту образования Fe₂O₃ вычислим из пропорции:

56 г Fe : 410,7 кДж = (2 ^. 56) : x;
x = [(2 ^. 56) ^. 410,7]/56 = 821,4 кДж.

Термохимическое уравнение реакции:

2Fe + 3/2O₂ = Fe₂O₃, ΔН = 821,4 кДж/моль.
 

Как рассчитать среднее значение теплоемкости водяного пара в интервале температур 

Задача 82.
Теплота испарения воды при 35 °С равна 2421 кДж/кг, а при 25 °С равна 2444 кДж/кг. Оцените среднее значение теплоемкости (ср) водяного пара в интервале температур 25 — 35 °С, если сН₂0 _(ж) = 75,3 Дж/моль _* К).
Решение:
сН₂0 _(ж) = 75,3 Дж/моль ^. К);
Q₁ = 2421 кДж/кг;
T₁ = 35 °С;
Q₂ = 2444 кДж/кг;
T₂ = 25 °С;
М(Н₂О) = г/моль;
c_рН₂О_(пар) = ?
Среднее значение теплоемкости (ср) водяного пара в интервале температур рассчитаем по формуле:

c_рН₂О_(пар) = [∆Q ^. М(Н2О)]/∆T, где

∆Q - изменение теплот испарения воды при разных температурах, ∆Q = Q₂ - Q₁;
∆T - изменение температур состояния воды, ∆T = Т₂ - Т₁;
n(Н₂О) - количество молеей воды в 1 кг ее, 55,56 моль (1000/18 = 55,56). 

c_рН₂О_(пар) = [∆Q ^. n(Н₂О)]/∆T =
= [(2444 - 2421) ^. 55,56]/(35 - 25) =
= 127,8 Дж/(кг ^. °C). 

Ответ: cрН₂О_(пар) = 127,8 Дж/(кг ^. °C).