स्थिर दाब पर एन्थैल्पी की गणना। रासायनिक प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी की गणना करने की विधियाँ

थर्मोकैमिस्ट्री रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों का अध्ययन करती है। कई मामलों में, ये प्रतिक्रियाएँ स्थिर आयतन या स्थिर दबाव पर होती हैं। ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि इन परिस्थितियों में ऊष्मा अवस्था का एक कार्य है। स्थिर आयतन पर, ऊष्मा आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होती है:

और निरंतर दबाव पर - एन्थैल्पी में परिवर्तन:

ये समानताएं, जब रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर लागू होती हैं, तो सार का निर्माण करती हैं हेस का नियम:

स्थिर दबाव या स्थिर आयतन पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव प्रतिक्रिया पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों की स्थिति से निर्धारित होता है।

दूसरे शब्दों में, किसी रासायनिक प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव राज्य फ़ंक्शन में परिवर्तन के बराबर होता है।
थर्मोकैमिस्ट्री में, थर्मोडायनामिक्स के अन्य अनुप्रयोगों के विपरीत, गर्मी को सकारात्मक माना जाता है यदि इसे पर्यावरण में छोड़ा जाता है, यानी। अगर एच < 0 или यू < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение एच(जिसे केवल "प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी" कहा जाता है) या यूप्रतिक्रियाएं.

यदि प्रतिक्रिया विलयन में या ठोस चरण में होती है, जहां आयतन में परिवर्तन नगण्य है

एच = यू + (पीवी) यू. (3.3)

यदि आदर्श गैसें प्रतिक्रिया में भाग लेती हैं, तो स्थिर तापमान पर

एच = यू + (पीवी) = यू+एन. आर टी, (3.4)

जहाँ n प्रतिक्रिया में गैसों के मोलों की संख्या में परिवर्तन है।

विभिन्न प्रतिक्रियाओं की एन्थैल्पी की तुलना को सुविधाजनक बनाने के लिए, "मानक अवस्था" की अवधारणा का उपयोग किया जाता है। मानक अवस्था 1 बार (= 10 5 Pa) के दबाव और दिए गए तापमान पर एक शुद्ध पदार्थ की अवस्था है. गैसों के लिए, यह 1 बार के दबाव पर एक काल्पनिक अवस्था है, जिसमें एक असीम रूप से दुर्लभ गैस के गुण होते हैं। तापमान पर मानक अवस्थाओं में पदार्थों के बीच प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी टी, निरूपित करें ( आरका अर्थ है "प्रतिक्रिया")। थर्मोकेमिकल समीकरण न केवल पदार्थों के सूत्रों को दर्शाते हैं, बल्कि उनकी समग्र स्थिति या क्रिस्टलीय संशोधनों को भी दर्शाते हैं।

हेस के नियम से महत्वपूर्ण परिणाम निकलते हैं, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एन्थैल्पी की गणना करना संभव बनाते हैं।

परिणाम 1.

प्रतिक्रिया उत्पादों और अभिकर्मकों के गठन की मानक एन्थैल्पी के बीच अंतर के बराबर (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

किसी पदार्थ के निर्माण की मानक एन्थैल्पी (ऊष्मा)। (एफइसका अर्थ है "गठन") किसी दिए गए तापमान पर इस पदार्थ के एक मोल के निर्माण की प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी है तत्वों से, जो सबसे स्थिर मानक स्थिति में हैं। इस परिभाषा के अनुसार, किसी भी तापमान पर मानक अवस्था में सबसे स्थिर सरल पदार्थों के निर्माण की एन्थैल्पी 0 होती है। 298 K के तापमान पर पदार्थों के निर्माण की मानक एन्थैल्पी संदर्भ पुस्तकों में दी गई हैं।

"गठन की एन्थैल्पी" की अवधारणा का उपयोग न केवल सामान्य पदार्थों के लिए किया जाता है, बल्कि समाधान में आयनों के लिए भी किया जाता है। इस मामले में, H + आयन को संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है, जिसके लिए जलीय घोल में गठन की मानक एन्थैल्पी शून्य मानी जाती है:

परिणाम 2. रासायनिक प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी

अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन की एन्थैल्पी के बीच अंतर के बराबर (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

(सीका अर्थ है "दहन")। किसी पदार्थ के दहन की मानक एन्थैल्पी (ऊष्मा) किसी पदार्थ के एक मोल के पूर्ण ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी है। इस परिणाम का उपयोग आमतौर पर कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना के लिए किया जाता है।

परिणाम 3. किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी टूटने वाले और बनने वाले रासायनिक बंधों की ऊर्जा में अंतर के बराबर होती है।

संचार की ऊर्जा ए-बी एक बंधन को तोड़ने और परिणामी कणों को अनंत दूरी पर अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का नाम बताएं:

एबी (जी) ए (जी) + बी (जी) .

संचार ऊर्जा सदैव सकारात्मक होती है।

संदर्भ पुस्तकों में अधिकांश थर्मोकेमिकल डेटा 298 K के तापमान पर दिए गए हैं। अन्य तापमानों पर थर्मल प्रभावों की गणना करने के लिए, इसका उपयोग करें किरचॉफ समीकरण:

(विभेदक रूप) (3.7)

(अभिन्न रूप) (3.8)

कहाँ सी पी- प्रतिक्रिया उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों की आइसोबैरिक ताप क्षमता के बीच अंतर। अगर फर्क है टी 2 - टी 1 छोटा है तो आप स्वीकार कर सकते हैं सी पी= स्थिरांक. यदि तापमान में बड़ा अंतर है, तो तापमान निर्भरता का उपयोग करना आवश्यक है सी पी(टी) प्रकार:

गुणांक कहां हैं ए, बी, सीवगैरह। व्यक्तिगत पदार्थों के लिए उन्हें संदर्भ पुस्तक से लिया जाता है, और संकेत उत्पादों और अभिकर्मकों (गुणांकों को ध्यान में रखते हुए) के बीच अंतर को इंगित करता है।

उदाहरण

उदाहरण 3-1. 298 K पर तरल और गैसीय पानी के निर्माण की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -285.8 और -241.8 kJ/mol हैं। इस तापमान पर पानी के वाष्पीकरण की एन्थैल्पी की गणना करें।

समाधान. गठन की एन्थैल्पी निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के अनुरूप हैं:

एच 2 (जी) + एसओ 2 (जी) = एच 2 ओ (एल), एच 1 0 = -285.8;

एच 2 (जी) + एसओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 2 0 = -241.8.

दूसरी प्रतिक्रिया दो चरणों में की जा सकती है: पहले, पहली प्रतिक्रिया के अनुसार तरल पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन को जलाएं, और फिर पानी को वाष्पित करें:

एच 2 ओ (एल) = एच 2 ओ (जी), एच 0 आईएसपी = ?

फिर, हेस के नियम के अनुसार,

एच 1 0 + एच 0 आईएसपी = एच 2 0 ,

कहाँ एच 0 आईएसपी = -241.8 - (-285.8) = 44.0 केजे/मोल।

उत्तर। 44.0 केजे/मोल।

उदाहरण 3-2.प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी की गणना करें

6सी (जी) + 6एच (जी) = सी 6 एच 6 (जी)

क) गठन की एन्थैल्पी द्वारा; बी) ऊर्जाओं को बांधकर, इस धारणा के तहत कि सी 6 एच 6 अणु में दोहरे बंधन तय हैं।

समाधान. a) गठन की एन्थैल्पी (kJ/mol में) संदर्भ पुस्तक में पाई जाती हैं (उदाहरण के लिए, P.W. एटकिन्स, फिजिकल केमिस्ट्री, 5वां संस्करण, पीपी. C9-C15): एफ एच 0 (सी 6 एच 6 (जी)) = 82.93, एफ एच 0 (सी (जी)) = 716.68, एफ एच 0 (एच (जी)) = 217.97. प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी है:

आर एच 0 = 82.93 - 6,716.68 - 6,217.97 = -5525 केजे/मोल।

बी) इस प्रतिक्रिया में, रासायनिक बंधन टूटते नहीं हैं, बल्कि बनते हैं। निश्चित दोहरे बांड के सन्निकटन में, सी 6 एच 6 अणु में 6 सी-एच बांड, 3 सी-सी बांड और 3 सी = सी बांड होते हैं। बॉन्ड ऊर्जा (kJ/mol में) (P.W.Atkins, फिजिकल केमिस्ट्री, 5वां संस्करण, पृष्ठ C7): इ(सी-एच) = 412, इ(सी-सी) = 348, इ(सी=सी) = 612. प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी है:

आर एच 0 = -(6,412 + 3,348 + 3,612) = -5352 केजे/मोल।

सटीक परिणाम -5525 kJ/mol में अंतर इस तथ्य के कारण है कि बेंजीन अणु में कोई C-C एकल बंधन और C=C दोहरे बंधन नहीं हैं, लेकिन 6 सुगंधित C C बंधन हैं।

उत्तर। ए) -5525 केजे/मोल; बी) -5352 केजे/मोल।

उदाहरण 3-3.संदर्भ डेटा का उपयोग करके, प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी की गणना करें

3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

समाधान. प्रतिक्रिया के लिए संक्षिप्त आयनिक समीकरण है:

3Cu(s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)।

हेस के नियम के अनुसार, प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी बराबर होती है:

आर एच 0 = 4एफ एच 0 (एच 2 ओ (एल)) + 2 एफ एच 0 (एनओ (जी)) + 3 एफ एच 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 एफ एच 0 (नंबर 3 - (एक्यू))

(तांबे और एच + आयन के गठन की एन्थैल्पी, परिभाषा के अनुसार, 0 के बराबर हैं)। गठन की एन्थैल्पी के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए (P.W.Atkins, फिजिकल केमिस्ट्री, 5वां संस्करण, पीपी. C9-C15), हम पाते हैं:

आर एच 0 = 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) = -358.4 केजे

(तांबे के तीन मोल पर आधारित)।

उत्तर। -358.4 के.जे.

उदाहरण 3-4. 1000 K पर मीथेन के दहन की एन्थैल्पी की गणना करें, यदि 298 K पर गठन की एन्थैल्पी दी गई है: एफ एच 0 (सीएच 4) = -17.9 किलो कैलोरी/मोल, एफ एच 0 (सीओ 2) = -94.1 किलो कैलोरी/मोल, एफ एच 0 (एच 2 ओ (जी)) = -57.8 किलो कैलोरी/मोल। 298 से 1000 K तक की सीमा में गैसों की ताप क्षमता (कैलोरी/(मोल K) में) बराबर होती है:

सी पी (सीएच 4) = 3.422 + 0.0178। टी, सी पी(O2) = 6.095 + 0.0033. टी,

सी पी (सीओ 2) = 6.396 + 0.0102। टी, सी पी(एच 2 ओ (जी)) = 7.188 + 0.0024। टी.

समाधान. मीथेन दहन प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी

सीएच 4 (जी) + 2ओ 2 (जी) = सीओ 2 (जी) + 2एच 2 ओ (जी)

298 K पर बराबर है:

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) = -191.8 किलो कैलोरी/मोल।

आइए तापमान के फलन के रूप में ऊष्मा क्षमताओं में अंतर ज्ञात करें:

सी पी = सी पी(सीओ2)+2 सी पी(एच 2 ओ (जी)) - सी पी(सीएच 4)-2 सी पी(ओ2)=
= 5.16 - 0.0094टी(कैलोरी/(मोल के)).

1000 K पर प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी की गणना किरचॉफ समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2)/2 = -192500 कैलोरी/मोल।

उत्तर। -192.5 किलो कैलोरी/मोल।

कार्य

3-1. 500 ग्राम अल (एमपी 658 ओ सी) को स्थानांतरित करने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता है एच 0 पीएल = 92.4 कैलोरी/ग्राम), कमरे के तापमान पर, पिघली हुई अवस्था में लिया जाता है, यदि सी पी(अल टीवी) = 0.183 + 1.096 10 -4 टीकैल/(जी के)?

3-2. 1000 K के तापमान पर एक खुले बर्तन में होने वाली प्रतिक्रिया CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) की मानक एन्थैल्पी 169 kJ/mol है। एक ही तापमान पर, लेकिन एक बंद बर्तन में होने वाली इस प्रतिक्रिया की गर्मी क्या है?

3-3. 298 K पर तरल बेंजीन के निर्माण की मानक आंतरिक ऊर्जा की गणना करें यदि इसके गठन की मानक एन्थैल्पी 49.0 kJ/mol है।

3-4. N 2 O 5 (g) के गठन की एन्थैल्पी की गणना करें टी= 298 K निम्नलिखित डेटा के आधार पर:

2NO(g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), एच 1 0 = -114.2 केजे/मोल,

4एनओ 2 (जी) + ओ 2 (जी) = 2एन 2 ओ 5 (जी), एच 2 0 = -110.2 केजे/मोल,

एन 2 (जी) + ओ 2 (जी) = 2एनओ (जी), एच 3 0 = 182.6 केजे/मोल।

3-5. 25 डिग्री सेल्सियस पर -ग्लूकोज, -फ्रुक्टोज और सुक्रोज के दहन की एन्थैल्पी -2802 के बराबर है,
-2810 और -5644 kJ/mol, क्रमशः। सुक्रोज के जल-अपघटन की ऊष्मा की गणना करें।

3-6. डाइबोरेन बी 2 एच 6 (जी) के गठन की एन्थैल्पी निर्धारित करें टी= 298 K निम्नलिखित डेटा से:

बी 2 एच 6 (जी) + 3ओ 2 (जी) = बी 2 ओ 3 (टीवी) + 3एच 2 ओ (जी), एच 1 0 = -2035.6 केजे/मोल,

2बी(टीवी) + 3/2 ओ 2 (जी) = बी 2 ओ 3 (टीवी), एच 2 0 = -1273.5 केजे/मोल,

एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 3 0 = -241.8 केजे/मोल।

3-7. सरल पदार्थों से जिंक सल्फेट के निर्माण की ऊष्मा की गणना करें टी= 298 K निम्नलिखित डेटा के आधार पर।

किसी भी पदार्थ में एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा होती है। इस ऊष्मा को एन्थैल्पी कहते हैं। एन्थैल्पी एक प्रणाली की ऊर्जा को दर्शाने वाली मात्रा है। भौतिकी और रसायन विज्ञान में, यह प्रतिक्रिया की गर्मी को दर्शाता है। यह आंतरिक ऊर्जा का एक विकल्प है, और यह मान अक्सर निरंतर दबाव पर इंगित किया जाता है, जब सिस्टम में ऊर्जा का एक निश्चित भंडार होता है।

निर्देश

1. भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं में, ऊष्मा को एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित किया जाता है। यह हमेशा की तरह, निरंतर दबाव और तापमान पर अनुमत है। वायुमंडलीय दबाव परंपरागत रूप से निरंतर दबाव की भूमिका निभाता है। एन्थैल्पी, आंतरिक ऊर्जा की तरह, अवस्था का एक कार्य है। आंतरिक ऊर्जा प्रत्येक प्रणाली की गतिज और स्थितिज ऊर्जा का योग है। यह एन्थैल्पी समीकरण का आधार है। एन्थैल्पी सिस्टम के आयतन से गुणा की गई आंतरिक ऊर्जा और दबाव का योग है और इसके बराबर है: एच = यू + पीवी, जहां पी सिस्टम में दबाव है, वी सिस्टम का आयतन है। उपरोक्त सूत्र का उपयोग किया जाता है जब तीनों मान दिए गए हों तो एन्थैल्पी की गणना करें: दबाव, आयतन और आंतरिक ऊर्जा। हालाँकि, दूरी में एन्थैल्पी की गणना हमेशा इस तरह से नहीं की जाती है। इसके अतिरिक्त, एन्थैल्पी की गणना के लिए कई अन्य विधियाँ भी हैं।

2. मुक्त ऊर्जा और एन्ट्रापी को जानकर गणना करना संभव है तापीय धारिता. मुक्त ऊर्जा, या गिब्स ऊर्जा, कार्य में परिवर्तन पर खर्च की गई प्रणाली की एन्थैल्पी का हिस्सा है, और एन्ट्रापी द्वारा गुणा किए गए एन्थैल्पी और तापमान के बीच के अंतर के बराबर है: ?G=?H-T?S (?H, ?G, ?एस - मात्राओं की वृद्धि) इस सूत्र में एन्ट्रॉपी प्रणाली के कणों के विकार का एक माप है। यह बढ़ते तापमान T और दबाव के साथ बढ़ता है। कब?जी<0 процесс идет самостоятельно, при?G>0 - काम नहीं करता.

3. इसके अलावा, एन्थैल्पी की गणना रासायनिक प्रतिक्रिया समीकरण से भी की जाती है। यदि A+B=C रूप का रासायनिक प्रतिक्रिया समीकरण दिया गया है, तो तापीय धारितासूत्र द्वारा निर्धारित किया जा सकता है: dH=dU+?nRT, जहां?n=nk-nн (nk और nн प्रतिक्रिया उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों के मोल की संख्या हैं) एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में, एन्ट्रापी गर्मी में परिवर्तन के बराबर होती है सिस्टम: dq = dH. निरंतर दबाव पर, एन्थैल्पी बराबर होती है :H=?CpdTI यदि एन्थैल्पी और एन्ट्रापी कारक एक दूसरे को संतुलित करते हैं, तो एन्थैल्पी वृद्धि तापमान और एन्ट्रापी वृद्धि के उत्पाद के बराबर होती है:?H=T?S

गणना करने के लिए मात्रा गर्मीकिसी पदार्थ द्वारा प्राप्त या छोड़े जाने पर, उसके द्रव्यमान, साथ ही तापमान के रूपांतर का पता लगाना आवश्यक है। विशिष्ट ऊष्मा क्षमताओं की तालिका का उपयोग करके, किसी दिए गए पदार्थ के लिए यह मान ज्ञात करें, और फिर सूत्र का उपयोग करके ऊष्मा की संख्या की गणना करें। ईंधन के द्रव्यमान और दहन की विशिष्ट ऊष्मा को जानकर उसके दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करना संभव है। यही स्थिति पिघलने और वाष्पीकरण के साथ भी है।

आपको चाहिये होगा

• ऊष्मा संख्या निर्धारित करने के लिए, एक कैलोरीमीटर, थर्मामीटर, स्केल, पदार्थों के तापीय गुणों की तालिकाएँ लें।

निर्देश

1. शरीर द्वारा दी गई या प्राप्त की गई गर्मी की मात्रा की गणना। किलोग्राम के पैमाने पर शरीर के द्रव्यमान को मापें, फिर तापमान को मापें और इसे गर्म करें, जितना संभव हो सके बाहरी वातावरण के साथ संपर्क को सीमित करें, फिर से तापमान को मापें। ऐसा करने के लिए, एक थर्मल इंसुलेटेड बर्तन (कैलोरीमीटर) का उपयोग करें। वास्तव में, यह इस तरह से किया जा सकता है: किसी भी शरीर को कमरे के तापमान पर लें, यह उसका प्रारंभिक मूल्य होगा। इसके बाद कैलोरीमीटर में गर्म पानी डालें और शरीर को उसमें डुबो दें। कुछ समय बाद (तुरंत नहीं, शरीर को गर्म होना चाहिए), पानी का तापमान मापें, यह शरीर के तापमान के बराबर होगा। विशिष्ट ताप क्षमता तालिका में, उस सामग्री के लिए यह मान ज्ञात करें जिससे अध्ययन के तहत शरीर बनाया गया है। तब इसे प्राप्त ऊष्मा की मात्रा विशिष्ट ऊष्मा क्षमता और शरीर के द्रव्यमान और उसके तापमान के कायापलट (Q = c m (t2-t1)) के उत्पाद के बराबर होगी। परिणाम जूल में प्राप्त होगा. तापमान को डिग्री सेल्सियस में मापा जा सकता है। यदि ताप संख्या सकारात्मक हो जाती है, तो शरीर गर्म हो जाता है; यदि यह नकारात्मक हो जाता है, तो यह ठंडा हो जाता है।

2. ईंधन दहन के दौरान ऊष्मा संख्या की गणना। जलने वाले ईंधन के द्रव्यमान को मापें। यदि ईंधन तरल है, तो उसकी मात्रा मापें और एक विशेष तालिका में लिए गए घनत्व से गुणा करें। इसके बाद संदर्भ तालिका में इस ईंधन की दहन की विशिष्ट ऊष्मा ज्ञात करें और इसे इसके द्रव्यमान से गुणा करें। परिणाम ईंधन दहन के दौरान जारी गर्मी की मात्रा होगी।

3. पिघलने और वाष्पीकरण के दौरान ऊष्मा संख्या की गणना। एक विशेष तालिका से पिघलने वाले पिंड के द्रव्यमान और किसी दिए गए पदार्थ के लिए पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता को मापें। इन मूल्यों को गुणा करें और पिघलने के दौरान शरीर द्वारा अवशोषित गर्मी की संख्या प्राप्त करें। किसी तरल के वाष्पीकरण के दौरान अवशोषित ऊष्मा की मात्रा को मापने के लिए, क्रिस्टलीकरण के दौरान शरीर द्वारा उतनी ही मात्रा में ऊष्मा जारी की जाती है, इसके द्रव्यमान के साथ-साथ वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा का भी पता लगाया जाता है। इन मात्राओं का उत्पाद वाष्पीकरण के दौरान किसी दिए गए तरल द्वारा अवशोषित गर्मी की संख्या देगा। संघनन के दौरान उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलेगी जितनी वाष्पीकरण के दौरान अवशोषित हुई थी।

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थर्मल प्रभावथर्मोडायनामिक प्रणाली इसमें होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है, हालाँकि, यह इसकी टक्करों में से एक नहीं है। यह मान केवल तभी निर्धारित किया जा सकता है जब कुछ शर्तें पूरी हों।

निर्देश

1. थर्मल प्रतिनिधित्व प्रभावऔर थर्मोडायनामिक प्रणाली की एन्थैल्पी के प्रतिनिधित्व से संकीर्ण रूप से संबंधित है। यह तापीय ऊर्जा है जिसे एक निश्चित तापमान और दबाव तक पहुंचने पर ऊष्मा में परिवर्तित किया जा सकता है। यह मान सिस्टम के संतुलन की स्थिति को दर्शाता है।

2. कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया हमेशा एक निश्चित मात्रा में गर्मी की रिहाई या अवशोषण के साथ होती है। इस मामले में, प्रतिक्रिया का अर्थ सिस्टम के उत्पादों पर अभिकर्मकों का प्रभाव है। इस मामले में, थर्मल प्रभाव, वह जो सिस्टम की एन्थैल्पी में बदलाव से जुड़ा है, और इसके उत्पाद अभिकारकों द्वारा अधिसूचित तापमान पर ले जाते हैं।

3. उत्तम तापीय परिस्थितियों में प्रभावयह केवल रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रकृति पर निर्भर करता है। ये ऐसे डेटा हैं जिनमें यह माना जाता है कि सिस्टम तनाव के काम के अलावा कोई काम नहीं करता है, और इसके उत्पादों और अभिनय अभिकर्मकों का तापमान बराबर है।

4. रासायनिक प्रतिक्रियाएँ दो प्रकार की होती हैं: आइसोकोरिक (निरंतर मात्रा पर) और आइसोबैरिक (निरंतर दबाव पर)। तापीय सूत्र प्रभावऔर इस तरह दिखता है: dQ = dU + PdV, जहां U सिस्टम की ऊर्जा है, P दबाव है, V आयतन है।

5. एक समद्विबाहु प्रक्रिया में, PdV शब्द शून्य हो जाता है क्योंकि आयतन नहीं बदलता है, जिसका अर्थ है कि सिस्टम फैलता नहीं है, इसलिए dQ = dU। एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में, दबाव निरंतर होता है और आयतन बढ़ता है, जिसका अर्थ है कि सिस्टम स्ट्रेचिंग कार्य कर रहा है। नतीजतन, थर्मल की गणना करते समय प्रभावऔर सिस्टम की ऊर्जा में परिवर्तन में इस कार्य को करने पर खर्च की गई ऊर्जा भी जुड़ जाती है: dQ = dU + PdV।

6. PdV एक सतत मात्रा है, इसलिए इसे अंतर चिह्न के अंतर्गत शामिल किया जा सकता है, इसलिए dQ = d(U + PV)। यू + पीवी का योग पूरी तरह से थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति को दर्शाता है और एन्थैल्पी की स्थिति से भी मेल खाता है। इस प्रकार, एन्थैल्पी वह ऊर्जा है जो किसी प्रणाली के खिंचने पर खर्च होती है।

7. विशेष रूप से अक्सर थर्मल प्रभावप्रतिक्रियाएँ 2 प्रकार की होती हैं - यौगिकों का निर्माण और दहन। दहन या गठन की गर्मी - सारणीबद्ध मूल्य, इसलिए थर्मल प्रभावसामान्य स्थिति में, प्रतिक्रियाओं की गणना इसमें शामिल सभी पदार्थों की ऊष्मा को जोड़कर की जा सकती है।

विषय पर वीडियो

थर्मोडायनामिक विधियाँ एन्थैल्पी और आंतरिक ऊर्जा के पूर्ण मूल्यों का पता नहीं लगा सकती हैं, लेकिन केवल उनके परिवर्तन निर्धारित किए जा सकते हैं। साथ ही, रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने वाली प्रणालियों की थर्मोडायनामिक गणना में, एकल संदर्भ प्रणाली का उपयोग करना सुविधाजनक होता है। इस मामले में, चूंकि एन्थैल्पी और आंतरिक ऊर्जा संबंध से संबंधित हैं, इसलिए केवल एक एन्थैल्पी के लिए एक संदर्भ प्रणाली शुरू करना पर्याप्त है। इसके अलावा, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की तुलना और व्यवस्थित करने के लिए, जो प्रतिक्रियाशील पदार्थों की भौतिक स्थिति और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना की स्थितियों पर निर्भर करते हैं, पदार्थ की एक मानक स्थिति की अवधारणा पेश की जाती है। जैसा कि 1975 में इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (आईयूपीएसी) के थर्मोडायनामिक्स पर आयोग द्वारा अनुशंसित किया गया था, मानक राज्य को इस प्रकार परिभाषित किया गया था:

“गैसों के लिए मानक अवस्था 1 भौतिक वायुमंडल (101325 Pa) के दबाव पर एक काल्पनिक आदर्श गैस की अवस्था है। तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों के लिए, मानक अवस्था 1 भौतिक वायुमंडल के दबाव पर शुद्ध तरल या क्रमशः शुद्ध क्रिस्टलीय पदार्थ की स्थिति होती है। समाधानों में पदार्थों के लिए, मानक अवस्था को एक काल्पनिक अवस्था के रूप में लिया जाता है जिसमें एक-दाढ़ समाधान की एन्थैल्पी (1 किलोग्राम विलायक में किसी पदार्थ का 1 मोल) अनंत तनुकरण पर समाधान की एन्थैल्पी के बराबर होगी। मानक अवस्थाओं में पदार्थों के गुणों को सुपरस्क्रिप्ट 0 द्वारा दर्शाया जाता है। (एक शुद्ध पदार्थ एक ऐसा पदार्थ है जो समान संरचनात्मक कणों (परमाणु, अणु, आदि) से बना होता है)।

यह परिभाषा गैस और विघटित पदार्थ की काल्पनिक अवस्थाओं को संदर्भित करती है, क्योंकि वास्तविक परिस्थितियों में गैसों की अवस्थाएँ आदर्श से अधिक या कम सीमा तक भिन्न होती हैं, और समाधान की अवस्थाएँ आदर्श समाधान से भिन्न होती हैं। इसलिए, जब वास्तविक स्थितियों के लिए मानक अवस्थाओं में पदार्थों के थर्मोडायनामिक गुणों का उपयोग किया जाता है, तो इन गुणों के वास्तविक गुणों से विचलन के लिए सुधार पेश किए जाते हैं। यदि ये विचलन छोटे हैं, तो सुधार लाने की आवश्यकता नहीं है।

संदर्भ पुस्तकों में, थर्मोडायनामिक मात्राएँ आमतौर पर मानक स्थितियों के तहत दी जाती हैं: दबाव आर 0 =101325Pa और तापमान टी 0 =0K या टी 0 =298.15K (25 0 C). पदार्थों की कुल एन्थैल्पी की तालिकाएँ बनाते समय, तापमान पर उनकी मानक स्थिति को एन्थैल्पी के शुरुआती बिंदु के रूप में भी लिया गया था टी 0 =0K या टी 0 =298.15K.

पदार्थों में, प्राणी साफरासायनिक तत्व सबसे स्थिर चरण मेंशर्त पर आर 0 = 101325 Pa और एन्थैल्पी संदर्भ तापमान T 0 का मान लें एन्थैल्पी शून्य के बराबर: . (उदाहरण के लिए, गैसीय अवस्था में पदार्थों के लिए: ओ 2, एन 2, एच 2, सीएल 2, एफ 2, आदि, सी (ग्रेफाइट) और धातुओं (ठोस क्रिस्टल) के लिए)।

रासायनिक यौगिकों के लिए(सीओ 2, एच 2 ओ, आदि) और उन पदार्थों के लिए, जो शुद्ध रासायनिक तत्व हैं, सबसे स्थिर स्थिति में नहीं हैं(ओ, एन, आदि) तापीय धारितापर आर 0 =101325पीए और टी 0 शून्य के बराबर नहीं: .

तापीय धारितारासायनिक यौगिकों पर आर 0 और टी 0 माना जाता है गठन के तापीय प्रभाव के बराबरइन मापदंडों के तहत उन्हें शुद्ध रासायनिक तत्वों से, अर्थात्। . तो, T 0 = 0 K: और T 0 = 298.15 K: पर।

तापमान पर किसी भी पदार्थ की एन्थैल्पी टीऊष्मा की मात्रा के बराबर होगी जो आइसोबैरिक प्रक्रिया में आपूर्ति की जानी चाहिए ताकि तापमान पर शुद्ध रासायनिक तत्वों से टी 0 किसी दिए गए पदार्थ को प्राप्त करें और उसे तापमान से गर्म करें टीतापमान 0 टी, अर्थात। किसी भी पदार्थ की एन्थैल्पी की गणना करने का सूत्र है:

, या अधिक संक्षिप्त संकेतन के साथ हमारे पास है:

,

जहां सुपरस्क्रिप्ट "ओ" का अर्थ है कि पदार्थ मानक अवस्था में है आर 0 =101325पीए; - तापमान पर किसी पदार्थ के निर्माण की एन्थैल्पी टी 0 शुद्ध रासायनिक तत्वों से; = - पदार्थ की ऊष्मा क्षमता से जुड़ी अतिरिक्त एन्थैल्पी, - कुल एन्थैल्पी, पदार्थ के निर्माण की एन्थैल्पी को ध्यान में रखते हुए।

के लिए टी 0 = 0:

,

के लिए टी= 298.15 के:

तापमान पर एन्थैल्पी की गणना करने की योजना टीरूप में प्रस्तुत किया जा सकता है।

कार्य 1।किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी और मानक एन्ट्रापी की गणना करें। निर्धारित करें कि 298°K (प्रत्यक्ष या विपरीत) प्रतिक्रिया Fe 2 O 3 (k) + 3H 2 = 2Fe (k) + 3H 2 O (g) किस दिशा में होगी। उस तापमान की गणना करें जिस पर प्रतिक्रिया की दोनों दिशाएँ समान रूप से संभावित हैं।

ΔHр-tions = Σ∆H 0 cont - Σ∆H 0 आउट। पदार्थों की मानक एन्थैल्पी के लिए संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, हम पाते हैं:

ΔHp-tion = (2·ΔH 0 Fe+3·ΔH 0 H 2 O)- (ΔH 0 Fe 2 O 3 +3·ΔH 0 H 2) = 2·0 + 3·(- 241.82) – ( ​​-822.16 ) - 3·0 = 96.7 केजे।

ΔSр-tion=ΣS 0 जारी - ΣS 0 बाहर। पदार्थों की मानक एन्ट्रापी के लिए संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, हम पाते हैं:

ΔSр-tions = (2·S 0 Fe + 3·S 0 H2O) - (S 0 Fe 2 O 3 + 3·S 0 H 2) = 2·27.15 + 3·188.7 – 89.96 - 3·131 = 137.44 J /के = 0.13744 केजे/के.

ΔG = ΔH – TΔS= 96.7 – 298 ·0.13744 = 55.75 kJ.

T=298°K पर, ΔG > 0 - प्रतिक्रिया स्वतः नहीं होती है, अर्थात। प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ेगी.

ΔH - TΔS = 0, फिर ΔH = TΔS और T= ΔH/ΔS= 96.7/0.13744 = 703.58 K.

T = 703.58 K पर, प्रतिक्रिया आगे और पीछे दोनों दिशाओं में समान रूप से आगे बढ़ेगी।

कार्य 2.गिब्स ऊर्जा की गणना करें और 1000 और 3000 K के तापमान पर प्रतिक्रिया होने की संभावना निर्धारित करें। Cr 2 O 3 (s) + 3C (s) = 2Cr (s) + 3CO (g)।

हम अभिव्यक्ति के अनुसार गिब्स ऊर्जा की गणना करते हैं:

पदार्थों की मानक एन्थैल्पी के लिए संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, हम पाते हैं:

ΔHp-tion = (2 ΔH 0 Cr + 3 ΔH 0 CO) - (ΔH 0 Cr 2 O 3 + 3 ΔH 0 C) = 2 0 + 3 (- 110.6) – (-1141) - 3·0 = 809.2 kJ .

इसी प्रकार, पदार्थों की मानक एन्ट्रापी के लिए संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, हम पाते हैं:

ΔSр-tion= (2·S 0 Cr + 3·S 0 CO) - (S 0 Cr 2 O 3 +3·S 0 C)=23.6+3·197.7– 81.2 - 3·5 .7 = 542 J/ के = 0.542 केजे/के.

आइए 1000 K पर गिब्स ऊर्जा ज्ञात करें:

ΔG 1000 = ΔH – TΔS= 809.2 – 1000 0.542 = 267.2 kJ

ΔG1000 >

आइए 3000 K पर गिब्स ऊर्जा ज्ञात करें:

ΔG 3000 = ΔH – TΔS = 809.2 – 3000 0.542 = - 816.8 kJ

ΔG3000 ˂0, इसलिए, प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ती है।

कार्य 3.हम यह कैसे समझा सकते हैं कि मानक परिस्थितियों में, एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया असंभव है: CO 2 (g) + H 2 (g) ↔ CO (g) + H 2 O (l)? इस प्रतिक्रिया के लिए ΔG की गणना करें। किस तापमान पर यह प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त हो जाती है?

आइए इस प्रतिक्रिया के ΔG की गणना करें:

ΔG = ΔH – TΔS

ऐसा करने के लिए, हम पहले ΔH और ΔS प्रतिक्रियाएँ निर्धारित करते हैं:

ΔHр-tions = Σ∆H 0 cont - Σ∆H 0 आउट और ΔSр-tions=ΣS 0 cont - ΣS 0 आउट।

पदार्थों की मानक एन्थैल्पी और एन्ट्रॉपी के लिए संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, हम पाते हैं:

ΔHр-tion= (ΔH 0 H 2 O(l) + ΔH 0 CO) - (ΔH 0 CO 2 + ΔH 0 H 2) = -110.5 + (-285.8) - (393.5) - 0 = -2.8 kJ।

ΔSр-tion= S 0 H 2 O(l) + एस 0 सीओ - एस 0 सीओ 2 - एस 0 एच 2 = 197.5 + 70.1 - 213.7 - 130.52 = -76.6 जे/के = 0.0766 केजे/के।

आइए मानक परिस्थितियों में गिब्स ऊर्जा ज्ञात करें

ΔGp-tion= ΔH – TΔS= -2.8 + 298 · 0.0766=20 kJ

ΔG> 0, इसलिए, प्रतिक्रिया अनायास नहीं होती है।

आइए जानें कि किस तापमान पर यह प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त हो जाती है: T = ΔH/ΔS = -2.8/(-0.0766) = 36.6 K.

कार्य 4.सारणीबद्ध डेटा के आधार पर ΔG और ΔS की गणना करने के बाद, प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव निर्धारित करें: 2NO (g) + Cl 2 (g) ↔ 2NOCl (g)। हाइड्रोजन क्लोराइड गैस किसके साथ अधिक तीव्रता से (प्रति 1 मोल) प्रतिक्रिया करेगी: एल्यूमीनियम या टिन? दोनों प्रतिक्रियाओं के ΔG 0 की गणना करके अपना उत्तर दें। प्रतिक्रिया उत्पाद ठोस नमक और हाइड्रोजन गैस हैं।

आइए एल्यूमीनियम के साथ गैसीय हाइड्रोजन क्लोराइड (प्रति 1 मोल) की प्रतिक्रिया के लिए ΔG 0 की गणना करें:

2Al(t) + 6HCl (g) = 2AlCl 3 (t) + 3H 2

ΔG 0 r-tion = ΣΔG 0 cont - ΣΔG 0 आउट

ΔG 0 r-tion 1 = (2 ΔG 0 AlCl 3 +3 ΔG 0 H 2) - (2 ΔG 0 Al + 6 ΔG 0 HCl)

ΔG 0 r-tion 1 = 2·(-636.8) + 3·0- 2·0- 6·(-95.27) = -701.98 kJ

Al के 2 मोल प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं, तो ΔG р-tion 1 1 मोल Al ΔG 0 р-TION 1 = -701.98 / 2 = -350.99 kJ के बराबर है।

आइए टिन के साथ गैसीय हाइड्रोजन क्लोराइड (प्रति 1 मोल) की प्रतिक्रिया के लिए ΔG 0 की गणना करें:

Sn(s) + 2HCl (g) = SnCl 2(s) + H 2

ΔG 0 r-tion 2 =(ΔG 0 SnCl2(s) + ΔG 0 H2) - (ΔG 0 Sn + ΔG 0 HCl)

ΔG 0 r-tion 2 = -288.4 + 0- 0- 2·(-95.27) = -97.86 kJ/mol

दोनों प्रतिक्रियाओं में ΔG0˂0 है, इसलिए वे आगे की दिशा में अनायास आगे बढ़ते हैं, लेकिन गैसीय हाइड्रोजन क्लोराइड एल्यूमीनियम के साथ अधिक तीव्रता से बातचीत करेगा, क्योंकि ΔG 0 r-tion 1 ˂ ΔG 0 r-tion 2

कार्य 5.गणनाओं का सहारा लिए बिना, निर्धारित करें कि कौन से चिह्न (>0,<0, ≈0) имеют ΔG, ΔH и ΔS для протекающей в прямом направлении реакции: 4НBr (г) + O 2 (г) ↔2H 2 O(г) +2Br 2 (г).

स्थिर तापमान और दबाव पर, गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन अभिव्यक्ति द्वारा एन्थैल्पी और एन्ट्रापी से संबंधित है:

ΔG = ΔH – TΔS.

एन्ट्रॉपी किसी प्रणाली की अव्यवस्था का माप है। सिस्टम में विकार जितना अधिक होगा (अधिक गैसीय पदार्थ), एन्ट्रापी मूल्य उतना ही अधिक होगा। इस प्रतिक्रिया में, दाईं ओर गैसों के मोल की संख्या 5 है, और बाईं ओर 4 है, जिसका अर्थ है कि सिस्टम की एन्ट्रापी ΔS˂0 कम हो जाती है।

समस्या की स्थितियों के अनुसार, प्रतिक्रिया आगे की दिशा में आगे बढ़ती है, इसलिए, ΔG˂0।

सामान्य परिस्थितियों में TΔS ˂˂ ΔH, इसलिए, इस मामले में ΔH˂0 एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया है।

यहां आपको एन्थैल्पी, एन्ट्रॉपी जैसे थर्मोडायनामिक मापदंडों की गणना के लिए समस्याओं के उदाहरण मिलेंगे। प्रक्रिया की सहज घटना की संभावना का निर्धारण, साथ ही थर्मोकेमिकल समीकरण तैयार करना।

समाधान के साथ ऊष्मागतिकी के मूल सिद्धांत अनुभाग की समस्याएं

समस्या 1. किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी और मानक एन्ट्रापी की गणना करें। निर्धारित करें कि 298 °K (प्रत्यक्ष या विपरीत) पर प्रतिक्रिया किस दिशा में आगे बढ़ेगी। उस तापमान की गणना करें जिस पर प्रतिक्रिया की दोनों दिशाएँ समान रूप से संभावित हैं।
Fe 2 O 3 (k) + 3H 2 = 2Fe (k) + 3H 2 O (g)

Δ एचजिलों = ΣH 0 चोर– ΣH 0 संदर्भकेजे/मोल

संदर्भ डेटा का उपयोग करना मानक एन्थैल्पीपदार्थ, हम पाते हैं:

Δ एचजिलों= 2· Δ एच 0 फ़े +3 Δ एच 0 H2O- Δ एच 0 Fe2 O3 - 3 Δ एच 0 H2 = 2 0 + 3 (- 241.82) – (-822.16) – 3 0 = 96.7 kJ/mol

Δ एसजिलों=Σ एस 0 चोर– Σ एस 0 संदर्भजे/(मोल के)

संदर्भ डेटा का उपयोग करना मानक एन्ट्रापीपदार्थ, हम पाते हैं:

Δ एसजिलों= 2· Δ एस 0 फ़े + 3 Δ एस 0 H2O- Δ एस 0 Fe2 O3 - 3 Δ एस 0 एच2 = 2 27.15 + 3 188.7 – 89.96 – 3 131 = 137.44 जे/(मोल के)

Δजी = Δ एच – टीΔएस= 96.7 – 298 137.44 /1000 = 55.75 केजे/मोल

T=298°K पर, Δजी> 0 - प्रतिक्रिया अनायास नहीं होती है, अर्थात। प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ेगी.

Δजी = Δ एच – टीΔएस= 0, तब

टी= — (Δजी – Δ एच) / ΔS= — (0-96.7)/0.137 = 705.83 के

T = 705.83 K पर, प्रतिक्रिया आगे और पीछे दोनों दिशाओं में समान रूप से आगे बढ़ेगी।

कार्य 2. गिब्स ऊर्जा की गणना करें और 1000 और 3000 K के तापमान पर प्रतिक्रिया होने की संभावना निर्धारित करें।

तरल कार्बन डाइसल्फ़ाइड के दहन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण इस प्रकार है:

सीएस 2 (एल) + 3ओ 2 = सीओ 2 + 2एसओ 2

हम अभिव्यक्ति में पदार्थों की मानक एन्थैल्पी के लिए संदर्भ डेटा को प्रतिस्थापित करके प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करते हैं:

Δ एचजिलों = ΣH 0 चोर– ΣH 0 संदर्भकेजे/मोल

Δ एचजिलों= 2· Δ एच 0 SO2+ Δ एच 0 CO2- Δ एच 0 सीएस2-3 Δ एच 0 O2 = 2·(-296.9) + 3·(- 393.5) – 87 – 3·0 = -1075.1 kJ/mol

वे। दहन के दौरान 1 तिल कार्बन डाइसल्फ़ाइड निकलता है 1075.1 केजे गर्मी

और दहन के दौरान एक्स तिल कार्बन डाइसल्फ़ाइड निकलता है 700 के.जे गर्मी

हम ढूंढ लेंगे एक्स:

एक्स= 700 1/1075.1 = 0.65 मोल

इसलिए, यदि प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप 700 kJ ऊष्मा निकलती है, तो 0.65 mol CS 2 प्रतिक्रिया करेगा

समस्या 4. निम्नलिखित थर्मोकेमिकल समीकरणों के आधार पर हाइड्रोजन के साथ आयरन (II) ऑक्साइड की कमी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें:
1. FeO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); ΔH 1 = -18.20 kJ;
2. CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g) ΔH 2 = -283.0 kJ;
3. एच 2 (जी) + ½ ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी) ΔH 3 = -241.83 केजे।

हाइड्रोजन के साथ आयरन (II) ऑक्साइड की अपचयन प्रतिक्रिया का निम्नलिखित रूप होता है:

4. FeO (k) + H 2 (g) = Fe (k) + H 2 O (g)

प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करने के लिए इसे लागू करना आवश्यक है, अर्थात। प्रतिक्रिया 4. प्रतिक्रिया 1. और 2. जोड़कर और प्रतिक्रिया 1 घटाकर प्राप्त की जा सकती है:

Δ एचजिलों= Δ एच 1 + Δ एच 3 – Δ एच 2 = -18.2 – 241.3 + 283 = 23 केजे

इस प्रकार, प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभावहाइड्रोजन के साथ आयरन (II) ऑक्साइड का अपचयन बराबर होता है

Δ एचजिलों= 23 केजे

समस्या 5. बेंजीन की दहन प्रतिक्रिया थर्मोकेमिकल समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:
सी 6 एच 6 (एल) + 7½ ओ 2 (जी) = 6 सीओ 2 (जी) + 3 एच 2 ओ (जी) - 3135.6 केजे।
तरल बेंजीन के निर्माण की ऊष्मा की गणना करें। तरल बेंजीन का ऊष्मीय मान निर्धारित करें, बशर्ते कि मानक स्थितियाँ सामान्य स्थितियों से मेल खाती हों।

प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव बराबर है:

Δ एचजिलों = ΣH 0 चोर– ΣH 0 संदर्भकेजे/मोल

हमारे मामले में Δ एचजिलों= - 3135.6 kJ, आइए तरल बेंजीन के निर्माण की ऊष्मा ज्ञात करें:

Δ एचजिलों= 6· Δ एच 0 O2 + 3· के साथ Δ एच 0 H2O- Δ एच 0 सी6 एच6 – 7.5 Δ एच 0 O2

-Δ एच 0 सी6 एच6 = Δ एचजिलों- 3·(-241.84) + 6·(- 393.51) – 7.5·0 = - 3135.6 - 3·(-241.84) + 6·(- 393.51) – 7, 5 0 = - 49.02 केजे/मोल

Δ एच 0 सी6 एच6 = 49.02 केजे/मोल

कैलोरी मानतरल बेंजीन की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

क्यूटी= Δ एचजिलों· 1000/मी

एम(बेंजीन) = 78 ग्राम/मोल

क्यूटी= – 3135.6 1000 / 78 = – 4.02 10 4 केजे/किग्रा

कैलोरी मानतरल बेंजीन क्यू टी = - 4.02 10 4 केजे/किलो

समस्या 6. एथिल अल्कोहल की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:
सी 2 एच 5 ओएच (एल) + 3.0 ओ 2 (जी) = 2सीओ 2 (जी) + 3एच 2 ओ (एल)।
ΔH ch.r को जानकर C 2 H 5 OH (l) के निर्माण की ऊष्मा निर्धारित करें। = - 1366.87 केजे. थर्मोकेमिकल समीकरण लिखिए। वाष्पीकरण की दाढ़ ऊष्मा निर्धारित करें C 2 H 5 OH (l) → C 2 H 5 OH (g), यदि C 2 H 5 OH (g) के निर्माण की ऊष्मा ज्ञात है, तो -235.31 kJ mol -1 के बराबर है।

दिए गए डेटा के आधार पर, हम लिखते हैं थर्मोकेमिकल समीकरण:

सी 2 एच 5 ओएच (एल) + 3ओ 2 (जी) = 2सीओ 2 (जी) + 3एच 2 ओ (एल) + 1366.87 केजे

ऊष्मीय प्रभाव प्रतिक्रियाके बराबर है:

Δ एचजिलों = ΣH 0 चोर– ΣH 0 संदर्भकेजे/मोल

हमारे मामले में Δ एचजिलों= – 1366.87 के.जे.

संदर्भ डेटा का उपयोग करना पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा, आइए C 2 H 5 OH (l) के निर्माण की ऊष्मा ज्ञात करें:

Δ एचजिलों= 2· Δ एच 0 O2 + 3· के साथ Δ एच 0 H2O- Δ एच 0 C2 H5 OH(l) – 3 Δ एच 0 O2

– 1366.87 =2·(-393.51) + 3·(-285.84)- Δ एच 0 सी2 एच5 ओएच – 3 0

Δ एच 0 सी2H5ओह(डब्ल्यू)= -277.36 केजे/मोल

Δ एच 0 C2 H5 OH(g) = Δ एच 0 C2 H5 OH(l)+ Δ एच 0 वाष्पीकरण

Δ एच 0 वाष्पीकरण = Δ एच 0 C2 H5 OH(g) - Δ एच 0 C2 H5 OH(l)

Δ एच 0 वाष्पीकरण= - 235.31 + 277.36 = 42.36 केजे/मोल

हमने निर्धारित किया है कि C 2 H 5 OH (l) के निर्माण की ऊष्मा बराबर है

Δ एच 0 सी2H5ओह(डब्ल्यू)= -277.36 केजे/मोल

और वाष्पीकरण की दाढ़ ऊष्मा C 2 H 5 OH (l) → C 2 H 5 OH (g) के बराबर है

Δ एच 0 वाष्पीकरण= 42.36 केजे/मोल

समस्या 7. हम यह कैसे समझा सकते हैं कि मानक परिस्थितियों में एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया असंभव है:
सीओ 2 (जी) + एच 2 (जी) ↔ सीओ (जी) + एच 2 ओ (एल) ?
इस प्रतिक्रिया के लिए ΔG की गणना करें। किस तापमान पर यह प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त हो जाती है?

चलिए हिसाब लगाते हैं Δजीयह प्रतिक्रिया:

Δजी = Δ एच – टीΔएस

ऐसा करने के लिए, हम पहले परिभाषित करते हैं Δ एचऔर ΔS प्रतिक्रियाएँ:

Δ एचजिलों = ΣH 0 चोर– ΣH 0 संदर्भकेजे/मोल

संदर्भ डेटा का उपयोग करना मानक एन्थैल्पीपदार्थ, हम पाते हैं:

Δ एचजिलों= Δ एच 0 एच2 ओ(एल) + Δ एच 0 सीओ- Δ एच 0 CO2 - Δ एच 0 एच2 = -110.5 + (-285.8) - (393.5) - 0 = -2.8 केजे/मोल

Δ एसजिलों=Σ एस 0 चोर– Σ एस 0 संदर्भजे/(मोल के)

इसी तरह, संदर्भ डेटा का उपयोग करना मानक एन्ट्रापीपदार्थ, हम पाते हैं:

Δ एसजिलों= Δ एस 0 एच2 ओ(एल) + Δ एस 0 सीओ- Δ एस 0 CO2 - Δ एस 0 एच2 = 197.5 + 70.1 - 213.7 - 130.52 = -76.6 जे/(मोल के)

हम ढूंढ लेंगे गिब्स ऊर्जामानक शर्तों के तहत

Δजीजिलों= Δ एच – टीΔएस= -2.8 + 298 76.6 /1000 = 20 केजे/मोल> 0,

इसलिए प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त होती है काम नहीं करता.

आइए जानें कि यह प्रतिक्रिया किस तापमान पर होती है अविरल.

संतुलन की स्थिति में Δजीजिलों = 0 , तब

टी = Δ एच/ ΔS = -2.8/(-76.6 1000) = 36.6 के

कार्य 8. सारणीबद्ध डेटा के आधार पर ΔG और ΔS की गणना करने के बाद, प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव निर्धारित करें:
2 एनओ (जी) + सीएल 2 (जी) ↔ 2 एनओसीएल (जी)।

स्थिर तापमान और दबाव पर, परिवर्तन गिब्स ऊर्जा

Δजी = Δ एच – टीΔएस

सारणीबद्ध डेटा के आधार पर, हम गणना करते हैं ΔG और ΔS

Δजी 0 जिलों= Σ Δजी 0 ठेस — Σ Δजी 0 संदर्भ

Δजीजिलों= 2· Δजी 0 एनओसीएल(जी) — 2· Δजी 0 नहीं(जी) — Δजी 0 क्लोरीन2(डी)

Δजीजिलों= 2· 66,37 — 2· 89,69 – 0 = — 40,64 केजे/मोल

Δजीजिलों < 0 , इसका मतलब यह है कि प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त है।

Δ एसजिलों=Σ एस 0 चोर– Σ एस 0 संदर्भजे/(मोल के)

Δ एसजिलों = 2· ΔS 0 एनओसीएल(जी) — 2· ΔS 0 नहीं(जी) — ΔS 0 क्लोरीन2(डी)

Δ एसजिलों = 2· 261,6 — 2· 210,62 – 223,0 = -121,04 जे/(मोल के)

हम ढूंढ लेंगे Δ एच :

Δ एच = Δजी + टीΔएस

Δ एच = - 40.64 + 298 (-121.04/1000) = - 76.7 केजे/मोल

प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव Δ एच = - 76.7 केजे/मोल

समस्या 9. हाइड्रोजन क्लोराइड गैस किसके साथ अधिक तीव्रता से (प्रति 1 मोल) परस्पर क्रिया करेगी: एल्यूमीनियम या टिन? दोनों प्रतिक्रियाओं के ΔG 0 की गणना करके अपना उत्तर दें। प्रतिक्रिया उत्पाद ठोस नमक और हाइड्रोजन गैस हैं।

चलिए हिसाब लगाते हैं Δजी 0एल्यूमीनियम के साथ गैसीय हाइड्रोजन क्लोराइड (प्रति 1 मोल) की अन्योन्यक्रिया प्रतिक्रिया के लिए

2Al(t) + 6HCl (g) = 2AlCl 3 (t) + 3H 2

Δजी 0 जिलों= Σ Δजी 0 ठेस — Σ Δजी 0 संदर्भकेजे/मोल

Δजी 0 जिले1= 2· Δजी 0 एएलसीएल 3 (टी) + 3 Δजी 0 एच 2 — 2· Δजी 0 अल (टी) — 6·Δजी 0 एचसीएल(जी)

Δजी 0 जिले1= 2· (-636.8) + 3·0 — 20 — 6·(-95.27) = -701.98 केजे/मोल

तब 2 mol Al(t) प्रतिक्रिया में भाग लेता है Δजीजिले1 1 मोल Al(t) के बराबर है

Δजी 0 जिला 1 = -701.98/2 = -350.99 केजे/मोल

चलिए हिसाब लगाते हैं Δजी 0टिन के साथ गैसीय हाइड्रोजन क्लोराइड (प्रति 1 मोल) की परस्पर क्रिया की प्रतिक्रिया के लिए:

Sn(s) + 2HCl (g) = SnCl 2(s) + H 2

Δजी 0 जिले2 =Δजी 0 एसएनसीएल 2 (टी) + Δजी 0 एच 2 — Δजी 0 एसएन(टी) — 2·Δजी 0 एचसीएल(जी)

Δजी 0 जिला 2 = -288.4 + 0- 0- 2·(-95.27) = -97.86 केजे/मोल

दोनों की प्रतिक्रियाएँ हैं Δजी 0 <0 , इसलिए, वे अनायास आगे की दिशा में प्रवाहित होते हैं, लेकिन गैसीय हाइड्रोजन क्लोराइड एल्यूमीनियम के साथ अधिक तीव्रता से संपर्क करेगा, क्योंकि

Δजी 0 जिला 1˂ Δजी 0 जिला 2

समस्या 10. गणनाओं का सहारा लिए बिना, निर्धारित करें कि कौन से चिह्न (>0,<0, ≅0) имеют ΔG, ΔH и ΔS для протекающей в прямом направлении реакции:
4 एचबीआर (जी) + ओ 2 (जी) ↔ 2 एच 2 ओ (जी) + 2 बीआर 2 (जी)
तापमान में वृद्धि रासायनिक प्रतिक्रिया की दिशा को कैसे प्रभावित करेगी?

स्थिर तापमान और दबाव पर गिब्स ऊर्जा परिवर्तनअभिव्यक्ति द्वारा एन्थैल्पी और एन्ट्रापी से संबंधित है:

Δजी = Δ एच – टीΔएस