Что называется тепловым эффектом растворения химической реакции
Тепловой эффект химической реакции
Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции — отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов.
Чтобы тепловой эффект являлся величиной, зависящей только от характера протекающей химической реакции, необходимо соблюдение следующих условий:
Содержание
Стандартная энтальпия образования (стандартная теплота образования)
Под стандартной теплотой образования понимают тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ, его составляющих, находящихся в устойчивых стандартных состояниях.
Например, стандартная энтальпия образования 1 моль метана из углерода и водорода равна тепловому эффекту реакции:
Энтальпия образования простых веществ принимается равной нулю, причем нулевое значение энтальпии образования относится к агрегатному состоянию, устойчивому при T = 298 K. Например, для йода в кристаллическом состоянии ΔHI2(тв) 0 = 0 кДж/моль, а для жидкого йода ΔHI2(ж) 0 = 22 кДж/моль. Энтальпии образования простых веществ при стандартных условиях являются их основными энергетическими характеристиками.
Тепловой эффект любой реакции находится как разность между суммой теплот образования всех продуктов и суммой теплот образования всех реагентов в данной реакции (следствие закона Гесса):
Термохимические эффекты можно включать в химические реакции. Химические уравнения в которых указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, называются термохимическими уравнениями. Реакции, сопровождающиеcя выделением тепла в окружающую среду имеют отрицательный тепловой эффект и называются экзотермическими. Реакции, сопровождающиеся поглощением тепла имеют положительный тепловой эффект и называются эндотермическими. Тепловой эффект обычно относится к одному молю прореагировавшего исходного вещества, стехиометрический коэффициент которого максимален.
Температурная зависимость теплового эффекта (энтальпии) реакции
Чтобы рассчитать температурную зависимость энтальпии реакции, необходимо знать мольные теплоемкости веществ, участвующих в реакции. Изменение энтальпии реакции при увеличении температуры от Т1 до Т2 рассчитывают по закону Кирхгофа (предполагается, что в данном интервале температур мольные теплоемкости не зависят от температуры и нет фазовых превращений):
Если в данном интервале температур происходят фазовые превращения, то при расчёте необходимо учесть теплоты соответствующих превращений, а также изменение температурной зависимости теплоемкости веществ, претерпевших такие превращения:
где ΔCp(T1,Tf) — изменение теплоемкости в интервале температур от Т1 до температуры фазового перехода; ΔCp(Tf,T2) — изменение теплоемкости в интервале температур от температуры фазового перехода до конечной температуры, и Tf — температура фазового перехода.
Стандартная энтальпия сгорания
Стандартная энтальпия растворения
Под энтальпией гидратации — ΔHгидр, понимается теплота, которая выделяется при переходе 1 моля ионов из вакуума в раствор.
Стандартная энтальпия нейтрализации
Стандартная энтальпия нейтрализации — ΔHнейтр о энтальпия реакции взаимодействия сильных кислот и оснований с образованием 1 моля воды при стандартных условиях:
HCl + NaOH = NaCl + H2O H + + OH − = H2O, ΔHнейтр° = −55,9 кДж/моль
Стандартная энтальпия нейтрализации для концентрированных растворов сильных электролитов зависит от концентрации ионов, вследствие изменения значения ΔHгидратации° ионов при разбавлении.
ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ РАСТВОРЕНИЯ
Раствором называют гомогенную систему, состоящую из двух или большего числа компонентов. При переходе вещества в раствор происходит разрыв межмолекулярных и ионных связей кристаллической решетки твердого вещества и переход его в раствор в виде отдельных молекул или ионов, которые равномерно распределяются среди молекул растворителя.
Для разрушения кристаллической решетки вещества необходимо затратить большую энергию. Эта энергия освобождается в результате гидратации (сольватации) ионов и молекул, т. е. химического взаимодействия растворяемого вещества с водой (или вообще с растворителем).
Значит, растворимость вещества зависит от разности величин энергии гидратации (сольватации) и энергии кристаллической решетки вещества.
Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:
Растворение твердых веществ в воде чаще бывает процессом эндотермическим, так как во многих случаях при гидратации выделяется теплоты меньше, чем тратится на разрушение кристаллической решетки.
Энергию кристаллической решетки можно рассчитать теоретически. Однако для теоретического расчета энергии сольватации до сих пор нет надежных методов.
Существуют некоторые закономерности, которые связывают растворимость веществ с их составом.
Для солей одного и того же аниона с разными катионами (или наоборот) растворимость будет наименьшей в том случае, когда соль образована ионами одинакового заряда и примерно одинакового размера, т.к. в этом случае энергия ионной кристаллической решетки максимальна.
Растворимость гидроксидов этих элементов, наоборот, увеличивается от магнию к бария, потому что радиусы катионов магния и анионов гидроксида практически одинаковые, а катионы бария по размеру очень отличаются от небольших анионов гидроксила.
Однако бывают исключения, например, для оксалатов и карбонатов кальция, стронция, бария и др.
Энергию растворения можно рассчитать:
1) используя изменение температуры при растворении.
Количество энергии, выделяющейся при нагревании или охлаждении тела рассчитывается по уравнению (1.2):
, (1.2)
?Т – изменение температуры, град.
Решение:
Для определения энтальпии растворения NH4C1 составляем пропорцию, М (NH4C1)=53,49 г/моль:
8г NH4Cl — 2436,8 Дж
х = 1629,3Дж = 16,3кДж. Следовательно, растворение NH4C1 сопровождается поглощением тепла.
2) используя следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции (ΔН 0 х.р.) равен сумме теплот (энтальпий) образования продуктов реакции (ΔH 0 o6р..npoд.) минус сумма теплот (энтальпий) образования исходных веществ (ΔН 0 обр.исх.) с учётом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции.
Решение: Реакция растворения А1 в соляной кислоте протекает по уравнению 2А1+6НС1(aq)=2AlCl3(aq)+3H2. Поскольку алюминий и водород являются простыми веществами, то для них ΔН 0 =0 кДж/моль, то тепловой эффект реакции растворения равен:
Используя следствие из закона Гесса можно определить возможность протекания реакции растворения. В этом случае необходимо рассчитать энергию Гиббса.
Зная энергию растворения можно рассчитать энергию присоединения кристаллизационной воды (энергию гидратации).
ПРИМЕР 1.4. При растворении 52,06г ВаС12 в 400 моль Н2О выделяется 2,16 кДж теплоты, а при растворении 1 моль ВаС12?2Н2О в 400 моль Н2О поглощается 18,49 кДж теплоты. Вычислите теплоту гидратации безводного ВаС12,
Решение. Процесс растворения безводного ВаС12 можно представить следующим образом:
а) гидратация безводной соли ВаС12
Для вычисления теплоты гидратации безводного хлорида бария надо определить теплоту растворения ВаС12 для тех же условий, что и для ВаС12?2Н2О, т. е. для 1 моль ВаС12 (раствор в обоих случаях должен иметь одинаковую концентрацию); M(BaCl2)=208,25 г/моль
Тепловые эффекты при растворении веществ
Содержание:
| Предмет: | Химия |
| Тип работы: | Курсовая работа |
| Язык: | Русский |
| Дата добавления: | 11.05.2019 |
Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!
По этой ссылке вы сможете найти много готовых курсовых работ по химии:
Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:
Введение:
Как правило, при растворении тепло поглощается или выделяется, а объем раствора изменяется. Это объясняется тем, что при растворении вещества происходит два процесса: разрушение структуры растворяемого вещества и взаимодействие частиц растворителя с частицами растворенного вещества. Оба эти процесса сопровождаются различными изменениями энергии. Энергия требуется для разрушения структуры растворенного вещества, тогда как энергия высвобождается, когда частицы растворителя взаимодействуют с частицами растворенного вещества. В зависимости от соотношения этих тепловых эффектов процесс растворения вещества может быть эндотермическим или экзотермическим. Тепловые эффекты растворения разных веществ различны. Так, когда серная кислота растворяется в воде, выделяется значительное количество тепла, аналогичное явление наблюдается, когда безводный сульфат меди растворяется в воде (экзотермические реакции). Когда нитрат калия или нитрат аммония растворяются в воде, температура раствора резко падает (эндотермические процессы), а когда растворяется хлорид натрия в воде, температура раствора практически не изменяется.
Классификация решений
Растворитель и раствор. Общие свойства истинных решений. Насыщенный, перенасыщенный и ненасыщенный раствор. Методы выражения состава раствора (массовая доля вещества в растворе, молярная концентрация, нормальная концентрация). Физическая теория решений Дж. Вант Хоффа и С. Аррениуса. Химическая теория растворов Д.И.Менделеева. Сольваты, гидраты, кристаллогидраты, кристаллизационная вода. Растворение веществ как физико-химический процесс. Тепловой эффект процесса растворения. Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость веществ. Электролиты и неэлектролиты. Теория электролитической диссоциации С. Аррениуса. Степень электролитической диссоциации. Зависимость степени диссоциации от природы электролита, природы растворителя, концентрации и температуры раствора. Кажущаяся степень диссоциации сильных электролитов. Константа электролитической диссоциации. Диссоциация воды. Ионный продукт воды. Водородный показатель. Уравнения ионно-молекулярной реакции. Гидролиз соли. Факторы, влияющие на процесс гидролиза. Степень и константа гидролиза.
Растворение происходит самопроизвольно (DS O и AS 0), поэтому с увеличением температуры их растворимость увеличивается.
Как вы можете объяснить различные значения тепловых эффектов растворения твердых веществ.
Значение AH.idr можно рассчитать, используя известные значения энтальпии других процессов. Итак, растворение ионного соединения может быть представлено в виде двух стадий: разрушения кристаллической решетки на свободные ионы и гидратации ионов. Тогда, согласно закону Гесса, тепловой эффект (энтальпия) растворения DYArasty можно представить в виде алгебраической суммы энергии (энтальпии) разрушения кристаллической решетки AR. и энтальпия гидратации ионов DNahid.
Температура обычно увеличивается с ростом температуры, но есть и обратная зависимость. Влияние температуры зависит от теплового эффекта процесса растворения и от изменения энтропии в этом процессе.
Влияние молекулярной массы полимера на тепловой эффект процесса растворения зависит от физического состояния полимера. Для высокоэластичных полимеров плотность упаковки и, следовательно, энергия межмолекулярных взаимодействий не зависят от молекулярного веса благодаря гибкости макромолекул; следовательно, тепловой эффект растворения одинаков для полимеров с различной длиной цепи. Для стеклообразных полимеров с увеличением молекулярной массы плотность упаковки полимерных цепей уменьшается, полимер становится более рыхлым, энергия межмолекулярного взаимодействия уменьшается, а термический эффект растворения увеличивается.
Мы находим противоположную картину для фторидов щелочноземельных металлов. Например, I MgF = 689 ккал, и хотя теплота гидратации превышает эту величину на 10 ккал, то есть составляет 699 ккал, тем не менее фторид магния нерастворим в воде. Объяснение этого неожиданного поведения состоит в том, что энтропия ионов уменьшается по мере того, как они переходят в раствор. Это, в свою очередь, приводит к снижению теплового эффекта процесса растворения (точнее, его абсолютного значения) примерно на 15 ккал, что определяет практически полную нерастворимость этой соли.
Безводный хлорид алюминия сильно испаряется в воздухе и с шипением растворяется в воде. Объясните причину этих явлений. Рассчитать тепловой эффект процесса растворения хлорида алюминия.
В процессе растворения твердого кристаллического вещества энергия, затрачиваемая на разрушение кристаллической решетки, компенсируется выделением энергии взаимодействия молекул или ионов с растворителем. Количественное соотношение расходуемой и выделяемой энергии определяет тепловой эффект процесса растворения. Например, энергия электростатического взаимодействия ионов натрия и хлора в кристалле хлорида натрия очень высока, и для образования свободных ионов при разрушении одного моля Na 1 потребуется энергия, равная 197 000 калорий. Однако из-за выделения теплоты гидратации ионов наблюдается очень небольшой эффект при растворении хлорида натрия.
Для аналогичных веществ (например, для газов с низкой полярностью) растворимость обычно естественным образом уменьшается с увеличением эндотермичности теплового эффекта процесса растворения.
Для большинства физико-химических расчетов необходимо знать теплоемкость веществ, участвующих в процессе, тепловые эффекты процессов растворения, фазовых превращений и химических реакций. Эти значения могут быть измерены экспериментально. При температурах, близких к комиатным (20-50 ° С), широко используется калориметрический метод.
Растворимость твердых веществ зависит от теплового эффекта процесса растворения. Если он является эндотермическим, то при повышении температуры их растворимость увеличивается в соответствии с принципом Ле-Шателье.
В зависимости от соотношения величины этих тепловых эффектов процесс растворения вещества может быть эндо- и экзотермическим.
Количество тепла, поглощаемое или выделяемое при растворении одного моля вещества в избытке растворителя, называется теплотой растворения этого вещества.
Концентрация решений
Концентрация растворения относится к количеству растворенного вещества, содержащемуся в определенном количестве или в определенном объеме раствора или растворителя.
В химии наиболее часто используются следующие способы выражения концентрации.
Процентная концентрация. Показывает количество граммов растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора. Например, 15% водный раствор соли представляет собой такой раствор, 100 г которого содержит 15 г соли и 85 г воды.
Вывод:
Молярная концентрация (молярность). Показывает количество молей растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора, обозначенное в моль / л или формуле вещества, заключенной в квадратные скобки. Например, [NaOH] = 2 моль / л представляет собой раствор, содержащий 2 моль (или 80 г) гидроксида натрия в одном литре раствора.
Эквивалент (обозначенный буквой E) представляет собой действительную или условную частицу вещества, которая может заменить, добавить, высвободить или каким-либо другим образом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительные реакции.
Кислотный эквивалент равен молярной массе кислоты, деленной на ее основность, то есть на число атомов водорода в молекуле кислоты, которая может быть заменена металлом.
Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔ 
Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.
Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.
Теоретическая часть
Тепловым эффектом химической реакции или какого-либо процесса называется количество теплоты, выделенной или поглощенной системой при отсутствии полезной работы и при одинаковой температуре исходных и конечных веществ. Тепловой эффект реакции зависит от агрегатного состояния и кристаллической модификации реагирующих веществ.
Химические реакции обычно протекают при постоянном давлении (открытая колба) или при постоянном давлении (в автоклаве), то есть являются соответственно изобарными (V=const) или изохорными (Р=const) процессами.
Процессы, сопровождающиеся выделением теплоты, называются экзотермическими а процессы, при которых теплота поглощается, называются эндотермическими.
В термохимических расчетах используют термохимические уравнения. В них указывают тепловой эффект реакции, фазовое состояние и полиморфную модификацию реагирующих и образующихся веществ. (г-газовое; ж-жидкое; к-кристаллическое, т-твердое; р-растворенное и др.). Например:
Термохимические расчеты проводят, используя энтальпии (теплоты) образования веществ. Под энтальпией образования понимают тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества их простых. Обычно используют стандартные энтальпии образования (ΔΗ°обр. 298 или ΔΗ°f, 298). Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях, приняты равными нулю.
В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса: тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от ее промежуточных состояний.
Следствия закона Гесса:
· Тепловой эффект разложения какого-либо соединения равен, но противоположен по знаку тепловому эффекту его образования.
· Если две реакции из различных начальных состояний приходят к одному конечному, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного начального состояния в другое.
· Если две реакции имеют одинаковые начальные состояния и разные конечные, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного конечного состояния в другое.
Закон Гесса позволяет рассчитывать теплоты образования нестабильных соединений и тепловые эффекты реакций, которые нельзя осуществить экспериментально.
Согласно закону Гесса тепловой эффект реакции представляет собой разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ. Для реакции
тепловой эффект Н определяется равенством
На практике при проведении термохимических измерений наиболее часто определяют следующие тепловые эффекты: теплоту образования, теплоту разложения, теплоту сгорания, теплоту растворения и теплоту нейтрализации.
Теплотой образования вещества называется тепловой эффект реакции образования 1 моля сложного вещества из простых, наиболее устойчивых при температуре 25˚С (298 0 К) и р = 101,3 кПа. Например:
Теплотой разложения вещества называется количество теплоты, выделяемое или поглощаемое при разложении 1 моля сложного вещества на более простые соединения, например:
СаСО3 = СаО + СО2 + 179,08 кДж
Теплотой сгорания называется тепловой эффект реакции окисления 1 моля данного соединения кислородом с образованием высших оксидов соответствующих элементов, например:
Теплотой растворения называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком объеме растворителя, чтобы при дальнейшем разбавлении раствора не наблюдалось изменения теплового эффекта.
При растворении соли в воде протекают одновременно два процесса:
3) разрушение кристаллической решетки вещества. При этом тепло поглощается (Q1);
4) гидратация ионов. При этом тепло выделяется (Q2).
Тепловой эффект растворения соли будет равен сумме тепловых эффектов этих процессов:
Поэтому вещества, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, растворяются с поглощением тепла. Вещества с невысокой прочностью кристаллической решеткой, образующие в растворе сильно гидратированные ионы растворяются с выделением тепла.
Теплота растворения вещества увеличивается с разбавлением, но лишь до 100- 300 моль растворителя на 1 моль растворяемого вещества. Дальнейшее разбавление раствора практически не изменяет величину теплоты растворения.
Теплотой нейтрализации называется количество теплоты, выделяющееся при взаимодействии эквивалента кислоты с эквивалентом щелочи. При нейтрализации водных растворов сильных кислот сильными основаниями выделяется всегда одинаковое количество тепла, равное 57,11 кДж на 1 моль-эквивалент кислоты или основания (закон постоянства теплоты нейтрализации). Это объясняется процессом взаимодействия ионов:
Сказанное справедливо для растворов сильных кислот и оснований. В случае растворов слабой кислоты или основания процесс взаимодействия сопровождается диссоциацией слабого электролита. Диссоциация имеет характерный для каждого вещества тепловой эффект (тепловой эффект диссоциации)..
Второй закон термодинамики устанавливает возможность, направление и предел протекания самопроизвольных процессов. Чаще всего встречаются несколько формулировок второго закона:
Теплота не может сама собой переходить от менее нагретого тела к более нагретому.
Невозможен вечный двигатель второго рода, т. е. невозможна такая периодически действующая машина, которая позволяла бы получать работу только за счет охлаждения источника теплоты.
Эти формулировки связаны друг с другом и вытекают одна из другой. Обе они указывают на невозможность самопроизвольного протекания определенных процессов. Для оценки возможности протекания процесса в том или ином направлении введена величина – энтропия. Энтропия – это мера беспорядка.
При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние энтропия возрастает (ΔS>0). В случае перехода из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное энтропия системы уменьшается (ΔS