Вопрос № 4. Законы термохимии (25 мин.)

Закон Лавуазье – Лапласа (1780 – 1784)

Теплота образования химического соединения равна теплоте его разложения, но противоположна по знаку.

 

С + 2Н₂ ® СН₄ DН_обр(СН₄) = - 74 кДж.

СН₄ ® С + 2Н₂ DН_разл(СН₄) = + 74 кДж.

На основании этого закона можно сделать вывод о том, что вещества, при образовании которых выделяется большое количество тепла, прочны и трудно разлагаются.

 

Закон Г.И. Гесса – основной закон термохимии (1840)

Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Закон Гесса является строгим только для процессов, протекающих при постоянном объеме, когда Q_V = DU и для процессов, протекающих при постоянном давлении, когда Q_p = DН.

Для практических расчетов более важны два следствия из закона Гесса.

 

Следствие 1.

Тепловой эффект реакции (изменение энтальпии) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ.

 

В общем виде для реакции

аА + bB ® cC + dD

DН_р-и = [сDН_обр(С) + dDН_обр(D)] - [аDН_обр(А) + bDН_обр(В)]

Для реакции горения бензойной кислоты выражение для теплового эффекта реакции по I следствию закона Гесса выглядит следующим образом:

С₆Н₅СООН + 7,5(О₂ +3,76 N₂) = 7СО₂ + 3Н₂О + 7,5×3,76 N₂

DН⁰_р-и = 7DН_обр (СО₂) + 3DН_обр (Н₂О) - DН_обр (С₆Н₅ СООН).

Помним, что энтальпии образования простых веществ равны 0.

 

Следствие 2.

Тепловой эффект реакции (изменение энтальпии) равен разности между суммой энтальпий горения исходных веществ и суммой энтальпий горения продуктов реакции.

 

Для нашей реакции аА + bB ® cC + dD

DН_р-и = [аDН_гор(А) + bDН_гор(В)] - [сDН_гор(С) + dD_гор(D)]

Для реакции горения бензойной кислоты выражение для теплового эффекта реакции по II следствию закона Гесса выглядит следующим образом:

С₆Н₅СООН + 7,5(О₂ +3,76 N₂) = 7СО₂ + 3Н₂О + 7,5×3,76 N₂

DН_р-и = DН_гор (С₆Н₅СООН).

 

В соответствии с Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности.Федеральный закон № 123-ФЗ взрывоопасная смесь – смесь воздуха и окислителя с горючими газами, парами ЛФЖ, которая при определенной концентрации способна взрываться (статья 2. П.4). Именно эти и определяется пожаровзрывоопасность веществ и материалов – способность веществ и материалов к образованию горючей среды, характеризуемая их физико-химическими свойствами и (или) поведением в условиях пожара (П.29).

Естественно, что для негорючих веществ энтальпия (теплота) горения равна 0. В данной реакции негорючими веществами являются кислород, азот, углекислый газ и вода.

Закон Кирхгофа

Тепловой эффект реакции (изменение энтальпии) при повышении температуры увеличивается пропорционально произведению разности теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ на разность конечной и начальной температур.

DН_{Т р-и} = DН⁰ +

В условиях пожара с повышением температуры окружающей среды (например, при пожаре в закрытых помещениях) тепловой эффект реакции горения одного и того же вещества может изменяться, что, в свою очередь, вызывает изменение температуры в зоне горения.

(Все определения, формулы, графики и уравнения реакций даются под запись.)