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°С6Н6(г) = 82,93 кДж/моль;
СрС6Н6(г) = 81,67 Дж/(моль . К);
аС6Н6(г) = –21,09 Дж/(моль . К);
6Н6(г) = +400,12 . 10-3 Дж/(моль . К);
6Н6(г) = -169,87. 10-6 Дж/(моль . К);
ΔН°С6Н12(г) = –123,14 кДж/моль;
СрС6Н12(г) = 106,26 Дж/(моль . К);
аС6Н12(г) = –51,71 Дж/(моль . К);
6Н12(г) = +598,77 . 10-3 Дж/(моль . К);
6Н12(г) = –230,00 . 10-6 Дж/(моль . К);
ΔН°H2(г) = 0,00 кДж/моль;
СрH2(г) = 28,83 Дж/(моль . К);
аH2(г) = +27,281 Дж/(моль . К);
bH2(г) = +3,26 . 10-3 Дж/(моль . К);
cH2(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°С6Н12(г) - ΔН°С6Н6(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:

ΔСр = ΔСр(обр.прод.) - ΔСр(обр.исх);
ΔСр = СрС6Н12(г) - [СрС6Н6(г) + СрH2(г)] =
= 106,26 - (–21,09 + 28,83) =
= 98,49 Дж/(моль . К); ΔСр > 0.

3. Рассчитаем тепловой эффект реакции при температтуре 500 К, если ΔСр = 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 Сp = f(T)
Для расчета используя уравнение:

∆Сp = ∆a + ∆bT + ∆cT2.

Рассчитаем значения ∆a, ∆b и ∆c:

∆a = аС6Н12(г) - [аС6Н6(г) + 3аH2(г)] =
= –51,7 - [–21,09 + 3(27,281)] = 9,053 Дж/(моль . К);
∆b = bС6Н12(г) - [bС6Н6(г) + 3bH2(г)] =
= 598,77 - [400,12 + 3(3,26)] =
+188,87 . 10-3 Дж/(моль . К);
∆c = cС6Н12(г) - [cС6Н6(г) + 3cH2(г)] =
+ –230,00 - [-169,87 + 3(0,50)] =
= -61,63 . 10-6 Дж/(моль . К);
∆Сp = 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 Сp = f(T)

ΔН°500 = ΔН°298 + ΔСр(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)2CO3 (тв) + 3О2 (г) = 2N2 (г) + 2СО2 (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;
Qр = ?
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)/Vm = 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: Qр = 805,8 кДж.

 


Задача 79.
В результате реакции, термохимическое уравнение которой:
C6H12O6 (тв) +6O2 (г) = 6CO2 (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:
Vm = 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;
cрН2О(пар) = ?
Среднее значение теплоемкости (ср) водяного пара в интервале температур рассчитаем по формуле:

cрН2О(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). 

cрН2О(пар) = [∆Q . n(Н2О)]/∆T =
= [(2444 - 2421) . 55,56]/(35 - 25) =
= 127,8 Дж/(кг . °C). 

Ответ: cрН2О(пар) = 127,8 Дж/(кг . °C).