Termochemie Verze VG
Termochemie • Termochemie je oblast termodynamiky zabývající se studiem tepelného zabarvení chemických reakcí. • Reakce, při kterých se teplo uvolňuje = exotermní. • Reakce, při kterých se teplo spotřebovává = endotermní.
Termochemie • Množství tepla, které soustava během reakce probíhající za konstantního tlaku a v rozsahu jednoho molu základních reakčních přeměn s okolím vymění, se označuje jako reakční teplo a značí se Δ H. • Pro exotermní děje je Δ H záporná. • Při endotermních dějích je Δ H kladná.
Termochemické zákony • 1. termochemický zákon (LaplaceůvLavoisierův) • Reakční teplo přímé a protisměrné reakce je až na znaménko stejné. • 2. termochemický zákon (Hessův) • Výsledné reakční teplo chemické reakce nezávisí na způsobu jejího průběhu, ale pouze na počátečním a koncovém stavu.
Modelové příklady • 1/ Vznik vody z prvků popisuje následující termochemická rovnice: • 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) Δ H = -483,6 kJ • Jaké bude reakční teplo zpětné reakce? • Z 1. termochemického zákona vyplývá: • 2H2O (g) → 2H2 (g) + O2 (g) Δ H = 483,6 kJ • Reakční teplo zpětné reakce je 483,6 kJ.
Modelové příklady • 2/ Reakcí vzniku NO z prvků a jeho následnou oxidaci vzdušným kyslíkem na NO2 popisují následující termochemické rovnice: • N2 (g) + O2 (g) → 2NO (g) Δ H = 180,5 kJ • 2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g) Δ H = -114,1 kJ • Určete reakční teplo vzniku NO2 přímo z prvků. • Z 2. termochemického zákona vyplývá: • Δ H = 180,5 + (-114,1) = 66,4 kJ • Reakční teplo reakce je 66,4 kJ.
Standardní slučovací teplo • Standardní slučovací teplo je reakční teplo reakce, při které vzniká 1 mol sloučeniny přímo z prvků. • Reagují prvky i produkty musí být ve standardním stavu (teplota 298,15 K, tlak 101,325 kPa). • Rozměr standardního slučovacího tepla je kJ∙mol-1. • Standardní slučovací tepla prvků jsou nulová.
Postup při výpočtu • A/ standardní slučovací tepla produktů vynásobíme stechiometrickými koeficienty z rovnice reakce a získané hodnoty sečteme • B/ stejným způsobem postupujeme i v případě výchozích látek • C/ reakční teplo dané reakce vypočteme jako rozdíl hodnoty získané v bodě A/ a hodnoty získané v bodě B/ • Δ H = ∑ Δ Hsluč. (produktů) - ∑ Δ Hsluč. (reaktantů)
Modelový příklad • 3/ Sirouhlík je možné připravit reakcí methanu se sírou. Vypočítejte reakční teplo reakce, jestliže znáte standardní slučovací tepla výchozích látek a produktů: • CH4(g) = - 74,8 kJ∙mol-1; CS2(l) = 89,7 kJ∙mol-1 • H2S(g) = -20,6 kJ∙mol-1 • CH4 (g) + 4S (s) → CS2 (l) + 2H2S (g) • ∆ H = [1∙89,7 + 2∙(-20,6)]-1∙(-74,8) = 123,3 kJ • Reakční teplo reakce je 123,3 kJ.
Standardní spalné teplo • Standardní spalné teplo je reakční teplo reakce, při které je 1 mol látky spálen v nadbytku kyslíku. • Reaktanty i produkty musí být ve standardních stavech. • Rozměr spalného tepla je kJ∙mol-1. • Spalná tepla prvků nejsou nulová.
Postup při výpočtu • A/ standardní spalná tepla výchozích látek vynásobíme stechiometrickými koeficienty z rovnice reakce a získané hodnoty sečteme • B/ stejným způsobem postupujeme i v případě produktů • C/ reakční teplo dané reakce vypočteme jako rozdíl hodnoty získané v bodě A/ a hodnoty získané v bodě B/ • Δ H = ∑ Δ Hspal. (reaktantů) - ∑ Δ Hspal. (produktů)
Modelový příklad • 4/ Reakcí benzenu s vodíkem vzniká cyklohexan. Vypočtěte reakční teplo této reakce (za standardních podmínek), jsou-li známá standardní spalná tepla výchozích látek i produktů: C6H6 (l) = -3268 kJ∙mol-1 ; H2 (g) = -286 kJ ∙ mol-1 C6H12 (l) = -3920 kJ∙mol-1 • C6H6 (l) + 3H2 (g) → C6H12 (l) • ∆ H = [1∙(-3268)+3∙(-286)]-1∙(-3920) = -206 kJ • Reakční teplo reakce je – 206 kJ.
Příklady k procičení • 5/ Kolik tepla se uvolní při spálení 100 l methanu? Předpokládejme, že za podmínek pokusu má methan molární objem VM = 22,4 dm3∙mol-1, Qm = -804 kJ∙mol-1.
Příklady k procvičení • 6/ Vypočtěte reakční teplo reakce: C(s) + ½ O2(g) → CO(g), které není možno změřit přímo, pomocí následujících termochemických rovnic: • C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = -393,5 kJ∙mol-1 • CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ∆H = -283,0 kJ∙mol-1
Příklady k procvičení • 7/ Vypočtěte reakční teplo reakce: • 4NH3(g) + 5O2 → 4NO + 6H2O, jsou-li známa standardní slučovací tepla (v kJ∙mol-1): • NO(g): 90,3; H2O(g): -241,8; NH3(g): -46,2.
Příklady k procvičení • 8/ Vypočítejte reakční teplo reakce uhlíku s vodní párou ze spalných tepel: ∆H spal(C) = -393,1 kJ∙mol-1; ∆H spal(CO) = -282,6 kJ∙mol-1; ∆H spal(H2) = -241,8 kJ∙mol-1 • C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)
