Termochemie: Reakční teplo
Průběh chemických reakcí je spojen s uvolňováním nebo naopak spotřebou tepla.
Termochemie se zabývá studiem tepelného zabarvení chemických reakcí. Dle tepelného zabarvení dělíme reakce na exotermní (teplo se uvolňuje) a endotermní (teplo se spotřebovává).
V termochemické rovnici se uvádí symboly skupenství u prvků či sloučenin, protože hodnoty reakčního tepla závisí i na skupenství.
Reakční teplo se vyjadřuje pomocí veličiny enthalpie. Vyjadřuje teplo, které soustava přijme či uvolní za stálého tlaku v rozsahu jednoho molu. Absolutní hodnotu nelze změřit, lze pouze stanovit změnu enthalpie ΔH, která je vyjadřována za standardních podmínek (t = 25 °C, p = 101,325 kPa).
Během chemické reakce dochází ke štěpení vazeb výchozí látky a ke vzniku nových vazeb u produktů.Energie disociační vyjadřuje energii potřebnou na rozštěpení vazeb. Energie vazebná je energie, která se uvolní při vzniku vazeb (má opačné znaménko než disociační).
Vypočítejte reakční teplo reakce.
\(CH_{4}(g)+4\;F_{2}(g)\rightarrow CF_{4}(g)+4\;HF(g)\)
Víme-li vazebné energie:
EC-H = 416,17 kJ⋅mol−1
EC-F = 489,86 kJ⋅mol−1
EH-F = 569,40 kJ⋅mol−1
EF-F = 158,26 kJ⋅mol−1
Nápověda
Řešení
Termochemické zákony
První termochemický zákon - Laplace-Lavoisierův zákon
Reakční teplo přímé a protisměrné chemické reakce je až na znaménko stejné.
Druhý termochemický zákon - Hessův
Reakční teplo kterékoliv chemické reakce nezávisí na způsobu přeměny výchozích látek v produkty, pouze na počátečním a konečném stavu soustavy.
Výpočet reakčního tepla z vazebných energií
Výpočet reakčního tepla z vazebných energií provedeme tak, že od součtu vazebných energií reaktantů odečteme součet vazebných energií produktů:
Reakcí se rozštěpí na straně reaktantů 4 vazby C-H a 4 vazby F-F, vzniknou na straně produktů 4 vazby C-F a 4 vazby H-F :
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = \sum_{^{reaktanty}}v \cdot (\bigtriangleup H_{298}^{0})_{vaz}- \sum_{^{prudukty}}v \cdot (\bigtriangleup H_{298}^{0})_{vaz}\)
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = (4 \cdot 416,17+ 4 \cdot 158,26)-(4 \cdot 489,86+4 \cdot 569,40)\)
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = {\color{DarkGreen}\mathbf{-1939,32\;kJ\cdot mol^{-1}}}\)
Reakční teplo je −1939,32 kJ⋅mol−1.
Kolik se uvolní tepla při spalování methanu?
\(CH_{4}(g)+2\;O_{2}(g)\rightarrow 2\;H_{2}O(g)+CO_{2}(g)\)
Víme-li slučovací tepla:\((\bigtriangleup H_{298}^{0})_{sluč}\) CH4(g) = −76,37 kJ⋅mol−1
\((\bigtriangleup H_{298}^{0})_{sluč}\) CO2(g) = −393,97 kJ⋅mol−1
\((\bigtriangleup H_{298}^{0})_{sluč}\) H2O(g) = −242,00 kJ⋅mol−1
Termochemické zákony
První termochemický zákon - Laplace-Lavoisierův zákon
Reakční teplo určité reakce a reakční teplo téže reakce probíhající za stejných podmínek opačným směrem je až na znaménko stejné.
Druhý termochemický zákon - Hessův
Reakční teplo kterékoliv chemické reakce nezávisí na způsobu přeměny výchozích látek v produkty, ale pouze na počátečním a konečném stavu soustavy.
Výpočet reakčního tepla ze slučovacích tepel
Standardní slučovací teplo sloučeniny \((\bigtriangleup H_{298}^{0})_{sluč}\) je reakční teplo reakce, při které za standardních podmínek vznikne 1 mol této sloučeniny z prvků.
Od součtu standardních slučovacích tepel produktů odečteme součet standardních tepel reaktantů.
Od součtu standardních slučovacích tepel produktu odečteme součet standardních tepel reaktantů.
Slučovací tepla prvků se považují za nulová.
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = \sum_{^{produkty}}v \cdot (\bigtriangleup H_{298}^{0})_{sluč}- \sum_{^{reaktanty}}v \cdot (\bigtriangleup H_{298}^{0})_{sluč}\)
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = (2 \cdot (-242,00)+(-393,97))-(-76,37) \;kJ\cdot mol^{-1}\)
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = {\color{DarkGreen}\mathbf{-801,60 \;kJ\cdot mol^{-1}}}\)
Při spalování methanu se uvolní teplo 801,60 kJ⋅mol−1.
Vypočítejte reakční teplo izomerace dimethyletheru na ethanol:
\(CH_{3}OCH_{3}(l)\rightarrow CH_{3}CH_{2}OH(l)\)
známe-li spalná tepla:
\(CH_{3}OCH_{3}(l)+3\;O_{2}(g)\rightarrow 2\;CO_{2}(g) + 3\;H_{2}O(l)\)
\((\bigtriangleup H_{298}^{0})\;_{spal}\;CH_{3}OCH_{3} (l)= -1454\;kJ\cdot mol^{-1} \)
\(CH_{3}CH_{2}OH(l)+3\;O_{2}(g)\rightarrow 2\;CO_{2} (g) + 3\;H_{2}O(l) \)
\((\bigtriangleup H_{298}^{0})\;_{spal}\;CH_{3}CH_{2}OH(l)= -1402\;kJ\cdot mol^{-1}\)
Výpočet reakčního tepla ze spalných tepel
Reakční tepla spalovacích reakcí označujeme jako spalná. Standardní spalné teplo látky \((\bigtriangleup H_{298}^{0})_{slu}\) je teplo, které reagující soustava přijme při dokonalém izobarickém spálení 1 molu dané látky v kyslíkaté atmosféře na konečné produkty za standardních podmínek.
Reakční teplo ze spalných tepel se vypočítá jako součet spalných tepel reaktantů, od kterých jsou odečtena spalná tepla produktů.
Od součtu spalných tepel reaktantů, od kterých jsou odečtena spalná tepla produktů:
\(\bigtriangleup H_{298}^{0} = (-1454)-(-1402)\)
Reakční teplo reakce je −52 kJ⋅mol−1.
