כיצד לחשב את כמות החום, ההשפעה התרמית וחום ההיווצרות. השפעות תרמיות של תגובות

תרמוכימיה חוקרת את ההשפעות התרמיות של תגובות כימיות. במקרים רבים, תגובות אלו מתרחשות בנפח קבוע או בלחץ קבוע. מהחוק הראשון של התרמודינמיקה נובע שבתנאים אלה, החום הוא פונקציה של מצב. בנפח קבוע, החום שווה לשינוי באנרגיה הפנימית:

ובלחץ קבוע - שינוי באנטלפיה:

השוויון הזה, כשהם מיושמים על תגובות כימיות, הם המהות של חוק הס:

ההשפעה התרמית של תגובה כימית הנמשכת בלחץ קבוע או בנפח קבוע אינה תלויה בנתיב התגובה, אלא נקבעת רק על פי מצב המגיבים ותוצרי התגובה.

במילים אחרות, ההשפעה התרמית של תגובה כימית שווה לשינוי בתפקוד המצב.
בתרמוכימיה, בניגוד ליישומים אחרים של תרמודינמיקה, חום נחשב חיובי אם הוא משתחרר לסביבה, כלומר. אם ח < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение ח(שנקרא בפשטות "אנטלפיה של התגובה") או Uתגובות.

אם התגובה ממשיכה בתמיסה או בשלב המוצק, כאשר השינוי בנפח זניח, אז

ח = U + (pV) U. (3.3)

אם גזים אידיאליים משתתפים בתגובה, אז בטמפרטורה קבועה

ח = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)

כאשר n הוא השינוי במספר מולות הגזים בתגובה.

על מנת להקל על השוואה בין האנטלפיות של תגובות שונות, נעשה שימוש במושג "מצב סטנדרטי". המצב הסטנדרטי הוא מצבו של חומר טהור בלחץ של 1 בר (= 10 5 Pa) וטמפרטורה נתונה. עבור גזים, זהו מצב היפותטי בלחץ של 1 בר, בעל תכונות של גז נדיר עד אין קץ. האנטלפיה של התגובה בין חומרים במצבים סטנדרטיים בטמפרטורה ט, לציין ( רפירושו "תגובה"). במשוואות תרמוכימיות, לא רק הנוסחאות של החומרים מצוינות, אלא גם המצבים המצטברים שלהם או שינויים גבישיים.

השלכות חשובות נובעות מחוק הס, המאפשר לחשב את האנטלפיות של תגובות כימיות.

תוצאה 1.

שווה להפרש בין האנטלפיות הסטנדרטיות של היווצרות תוצרי תגובה וריאגנטים (בהתחשב במקדמים סטוכיומטריים):

אנטלפיה (חום) סטנדרטית של היווצרות חומר (ופירושו "היווצרות") בטמפרטורה נתונה היא האנטלפיה של תגובת היווצרות של שומה אחת של חומר זה מהיסודותבמצב הסטנדרטי היציב ביותר. לפי הגדרה זו, האנטלפיה של היווצרות החומרים הפשוטים היציבים ביותר במצב הסטנדרטי היא 0 בכל טמפרטורה. אנטלפיות סטנדרטיות של היווצרות חומרים בטמפרטורה של 298 K ניתנות בספרי עיון.

המושגים של "אנטלפיה של היווצרות" משמשים לא רק עבור חומרים רגילים, אלא גם עבור יונים בתמיסה. במקרה זה, יון H + נלקח כנקודת הייחוס, שעבורה מניחים שהאנטלפיה הסטנדרטית של היווצרות בתמיסה מימית שווה לאפס:

תוצאה 2. אנטלפיה סטנדרטית של תגובה כימית

שווה להפרש בין האנטלפיות של הבעירה של המגיבים ותוצרי התגובה (בהתחשב במקדמים סטוכיומטריים):

(גפירושו "בעירה"). האנטלפיה (חום) הסטנדרטית של בעירה של חומר נקראת אנטלפיה של התגובה של חמצון מלא של שומה אחת של חומר. תוצאה זו משמשת בדרך כלל לחישוב ההשפעות התרמיות של תגובות אורגניות.

תוצאה 3. האנטלפיה של תגובה כימית שווה להבדל בין האנרגיות של קשרים כימיים שבורים ונוצרים.

על ידי אנרגיית קשר A-B שם את האנרגיה הדרושה כדי לשבור את הקשר ולדלל את החלקיקים המתקבלים למרחק אינסופי:

AB (r) A (r) + B (r) .

אנרגיית הקשר היא תמיד חיובית.

רוב הנתונים התרמוכימיים בספרי עזר ניתנים בטמפרטורה של 298 K. כדי לחשב השפעות תרמיות בטמפרטורות אחרות, השתמש משוואת קירכהוף:

(צורה דיפרנציאלית) (3.7)

(צורה אינטגרלית) (3.8)

איפה Cpהוא ההבדל בין יכולות החום האיזובריות של תוצרי התגובה וחומרי המוצא. אם ההבדל ט 2 - ט 1 הוא קטן, אז אתה יכול לקבל Cp= קונסט. עם הפרש טמפרטורה גדול, יש צורך להשתמש בתלות הטמפרטורה Cp(ט) סוג:

איפה מקדמים א, ב, גוכו ' עבור חומרים בודדים, הם נלקחו מספר העזר, והסימן מציין את ההבדל בין מוצרים וריאגנטים (בהתחשב במקדמים).

דוגמאות

דוגמה 3-1.האנטלפיות הסטנדרטיות של היווצרות מים נוזליים וגזים ב-298 K הם -285.8 ו-241.8 קילו ג'ל/מול, בהתאמה. חשב את האנטלפיה של אידוי מים בטמפרטורה זו.

פִּתָרוֹן. האנטלפיות של היווצרות מתאימות לתגובות הבאות:

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), ח 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), ח 2 0 = -241.8.

התגובה השנייה יכולה להתבצע בשני שלבים: ראשית, שורפים את המימן ליצירת מים נוזליים בהתאם לתגובה הראשונה, ולאחר מכן לאדות את המים:

H 2 O (g) \u003d H 2 O (g), ח 0 ספרדית = ?

ואז, על פי חוק הס,

ח 1 0 + ח 0 ספרדית = ח 2 0 ,

איפה ח 0 ספרדית \u003d -241.8 - (-285.8) \u003d 44.0 קילו-ג'יי / מול.

תשובה. 44.0 קילו-ג'יי/מול.

דוגמה 3-2.חשב את האנטלפיה של התגובה

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

א) לפי האנטלפיות של היווצרות; ב) על ידי קישור אנרגיות, בהנחה שהקשרים הכפולים במולקולת C 6 H 6 קבועים.

פִּתָרוֹן. א) האנטלפיות של היווצרות (ב-kJ/mol) נמצאות במדריך (למשל P.W. Atkins, Physical Chemistry, מהדורה 5, עמ' C9-C15): f H 0 (C 6 H 6 (g)) = 82.93, f H 0 (C (g)) = 716.68, f H 0 (H (g)) = 217.97. האנטלפיה של התגובה היא:

ר ה 0 \u003d 82.93 - 6 716.68 - 6 217.97 \u003d -5525 kJ / mol.

ב) בתגובה זו לא נשברים קשרים כימיים, אלא רק נוצרים. בקירוב הקשר הכפול הקבוע, מולקולת C 6 H 6 מכילה 6 קשרי C-H, 3 קשרי C-C ו-3 קשרי C=C. אנרגיות קשר (ב-kJ/mol) (P.W.Atkins, Physical Chemistry, מהדורה 5, עמ' C7): ה(C-H) = 412, ה(C-C) = 348, ה(C=C) = 612. האנטלפיה של התגובה היא:

ר ה 0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 קילו-ג'יי / מול.

ההבדל עם התוצאה המדויקת של -5525 kJ/mol נובע מכך שבמולקולת הבנזן אין קשרים בודדים C-C וקשרים כפולים C=C, אלא יש 6 קשרים ארומטיים C C.

תשובה. א) -5525 קילו ג'ל/מול; ב) -5352 קילו ג'ל/מול.

דוגמה 3-3.באמצעות נתוני הייחוס, חשב את האנטלפיה של התגובה

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

פִּתָרוֹן. משוואת התגובה היונית המקוצרת היא:

3Cu (tv) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

על פי חוק הס, האנטלפיה של התגובה היא:

ר ה 0 = 4f H 0 (H 2 O (l)) + 2 f H 0 (NO(g)) + 3 f H 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 f H 0 (NO 3 - (aq))

(האנטלפיות של היווצרות נחושת ויון H+ הן, בהגדרה, 0). בהחלפת האנטלפיות של היווצרות (P.W. Atkins, Physical Chemistry, מהדורה 5, עמ' C9-C15), אנו מוצאים:

ר ה 0 = 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) = -358.4 קילו-ג'יי

(מבוסס על שלוש שומות נחושת).

תשובה. -358.4 קילו-ג'יי.

דוגמה 3-4.חשב את האנטלפיה של בעירה של מתאן ב-1000 K אם נתונות האנטלפיות של היווצרות ב-298 K: f H 0 (CH 4) \u003d -17.9 קק"ל/מול, f H 0 (CO 2) \u003d -94.1 קק"ל/מול, f H 0 (H 2 O (g)) = -57.8 קק"ל / מול. יכולות החום של גזים (בקל/(מול. K)) בטווח שבין 298 ל-1000 K הן:

C p (CH 4) = 3.422 + 0.0178. ט, Cp(O 2) = 6.095 + 0.0033. ט,

C p (CO 2) \u003d 6.396 + 0.0102. ט, Cp(H 2 O (g)) = 7.188 + 0.0024. ט.

פִּתָרוֹן. אנתלפיה של תגובת בעירה של מתאן

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

ב-298 K הוא:

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) = -191.8 קק"ל/מול.

הבה נמצא את ההבדל ביכולות החום כפונקציה של הטמפרטורה:

Cp = Cp(CO2) + 2 Cp(H 2 O (g)) - Cp(CH 4) - 2 Cp(O2) =
= 5.16 - 0.0094ט(cal/(מול. K)).

אנו מחשבים את אנטלפיית התגובה ב-1000 K באמצעות משוואת קירכהוף:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 cal / mol.

תשובה. -192.5 קק"ל/מול.

משימות

3-1. כמה חום נדרש כדי להעביר 500 גרם של אל (mp. 658 o C, ח 0 pl \u003d 92.4 cal / g), נלקח בטמפרטורת החדר, למצב מותך, אם Cp(Al TV) \u003d 0.183 + 1.096 10 -4 ט cal/(g K)?

3-2. האנתלפיה הסטנדרטית של התגובה CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g), הנמשכת בכלי פתוח בטמפרטורה של 1000 K, היא 169 קילו-ג'יי / מול. מהו החום של תגובה זו, הנמשכת באותה טמפרטורה, אבל בכלי סגור?

3-3. חשב את האנרגיה הפנימית הסטנדרטית של היווצרות בנזן נוזלי ב-298 K אם האנטלפיה הסטנדרטית של היווצרותו היא 49.0 קילו ג'ל/מול.

3-4. חשב את האנטלפיה של היווצרות N 2 O 5 (g) ב ט= 298 K על סמך הנתונים הבאים:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g), ח 1 0 \u003d -114.2 קילו-ג'יי/מול,

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g), ח 2 0 \u003d -110.2 קילו-ג'יי/מול,

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g), ח 3 0 = 182.6 קילו ג'ל/מול.

3-5. האנטלפיות של בעירה של -גלוקוז, -פרוקטוז וסוכרוז ב-25 מעלות צלזיוס הן -2802,
-2810 ו-5644 קילו ג'ל/מול, בהתאמה. חשב את חום ההידרוליזה של סוכרוז.

3-6. קבע את האנטלפיה של היווצרות דיבורן B 2 H 6 (g) ב ט= 298 K מהנתונים הבאים:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (טלוויזיה) + 3H 2 O (g), ח 1 0 \u003d -2035.6 קילו-ג'יי/מול,

2B (טלוויזיה) + 3/2 O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (טלוויזיה), ח 2 0 \u003d -1273.5 kJ/mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g), ח 3 0 \u003d -241.8 קילו-ג'יי / מול.

3-7. חשב את חום היווצרות אבץ גופרתי מחומרים פשוטים ב ט= 298 K על סמך הנתונים הבאים.

כשם שאחד המאפיינים הפיזיים של אדם הוא חוזק פיזי, המאפיין החשוב ביותר של כל קשר כימי הוא חוזק הקשר, כלומר. האנרגיה שלה.

נזכיר כי האנרגיה של קשר כימי היא האנרגיה המשתחררת במהלך היווצרותו של קשר כימי או האנרגיה שצריך לבזבז על מנת להרוס את הקשר הזה.

באופן כללי, תגובה כימית היא הפיכה של חומר אחד למשנהו. כתוצאה מכך, במהלך תגובה כימית, חלק מהקשרים נשברים ואחרים נוצרים, כלומר. המרת אנרגיה.

החוק הבסיסי של הפיזיקה אומר שאנרגיה אינה נובעת יש מאין ואינה נעלמת ללא עקבות, אלא רק עוברת מצורה אחת לאחרת. בשל האוניברסליות שלו, עיקרון זה חל כמובן על תגובה כימית.

השפעה תרמית של תגובה כימית נקרא כמות החום

שוחרר (או נספג) במהלך התגובה והתייחס ל-1 מול של החומר שהגיב (או שנוצר).

ההשפעה התרמית מסומנת באות Q ונמדדת בדרך כלל ב-kJ/mol או kcal/mol.

אם התגובה מתרחשת עם שחרור חום (Q > 0), היא נקראת אקסותרמית, ואם עם ספיגת חום (Q< 0) – эндотермической.

אם אנו מתארים באופן סכמטי את פרופיל האנרגיה של התגובה, אז עבור תגובות אנדותרמיות, התוצרים גבוהים יותר באנרגיה מהמגיבים, ובתגובות אקסותרמיות, להיפך, תוצרי התגובה ממוקמים באנרגיה נמוכה יותר (יציבות יותר) מהמגיבים. .

ברור שככל שחומר מגיב יותר, כך משתחררת (או נספגת) יותר אנרגיה, כלומר. ההשפעה התרמית עומדת ביחס ישר לכמות החומר. לכן, הקצאת האפקט התרמי ל-1 מול של חומר נובעת מהרצון שלנו להשוות את ההשפעות התרמיות של תגובות שונות זו עם זו.

הרצאה 6. תרמוכימיה. השפעה תרמית של תגובה כימית דוגמה 1. במהלך הפחתת 8.0 גרם תחמוצת נחושת(II) עם מימן, נוצרו נחושת מתכתית ואדי מים והשתחררו 7.9 קילו ג'יי של חום. חשב את ההשפעה התרמית של תגובת הפחתת תחמוצת הנחושת (II).

פתרון. משוואת תגובה CuO (מוצק) + H2 (g) = Cu (מוצק) + H2 O (g) + Q (*)

בואו נעשה פרופורציה להפחתה של 0.1 מול - משתחרר 7.9 קילו-ג'יי; לשחזור של 1 מול - משתחרר x קילו-ג'יי

כאשר x = + 79 kJ/mol. משוואה (*) הופכת

CuO (מוצק) + H2 (g) = Cu (מוצק) + H2 O (g) +79 kJ

משוואה תרמוכימית- זוהי משוואה של תגובה כימית, שבה מצוין מצב הצבירה של מרכיבי תערובת התגובה (ריאגנטים ומוצרים) והאפקט התרמי של התגובה.

לכן, על מנת להמיס קרח או לאדות מים, יש צורך להוציא כמויות מסוימות של חום, בעוד שכאשר מים נוזליים קופאים או אדי מים מתעבים, משתחררת אותה כמות חום. לכן קר לנו כשאנחנו יוצאים מהמים (איידוי מים מפני השטח דורש אנרגיה), והזעה היא מנגנון הגנה ביולוגי מפני התחממות יתר של הגוף. להיפך, המקפיא מקפיא מים ומחמם את החדר שמסביב ומעניק לו עודף חום.

דוגמה זו מציגה את ההשפעות התרמיות של שינוי במצב הצבירה של מים. חום היתוך (ב-0o C) λ = 3.34×105 J/kg (פיסיקה), או Qpl. \u003d - 6.02 קילו ג'יי למול (כימיה), חום אידוי (אידוי) (ב-100 מעלות צלזיוס) q \u003d 2.26 × 106 J / ק"ג (פיסיקה) או Qisp. \u003d - 40.68 קילו-ג'יי / מול (כימיה).

הַתָכָה

		אידוי

מוד 298.

הרצאה 6. תרמוכימיה. ההשפעה התרמית של תגובה כימית כמובן, תהליכי סובלימציה אפשריים כאשר הוא מוצק

עובר לשלב הגז, עוקף את המצב הנוזלי ואת התהליכים ההפוכים של משקעים (התגבשות) משלב הגז, אפשר גם לחשב או למדוד את ההשפעה התרמית עבורם.

ברור שבכל חומר יש קשרים כימיים, לכן, לכל חומר יש כמות מסוימת של אנרגיה. עם זאת, לא ניתן להמיר את כל החומרים זה לזה על ידי תגובה כימית אחת. לכן, הסכמנו להנהיג מדינה תקנית.

מצב סטנדרטי של חומרהוא מצב הצבירה של חומר בטמפרטורה של 298 K ולחץ של 1 אטמוספירה בשינוי האלוטרופי היציב ביותר בתנאים אלה.

תנאים סטנדרטייםהיא טמפרטורה של 298 K ולחץ של 1 אטמוספירה. תנאים סטנדרטיים (מצב סטנדרטי) מסומנים במדד 0 .

חום ההיווצרות הסטנדרטי של התרכובת נקראת ההשפעה התרמית של התגובה הכימית של היווצרות תרכובת נתונה מחומרים פשוטים שנלקחו במצבם הסטנדרטי. חום ההיווצרות של תרכובת מסומן בסמל Q 0 עבור תרכובות רבות, חום היווצרות הסטנדרטי ניתנים בספרי עיון בכמויות פיזיקוכימיות.

חום היווצרות הסטנדרטי של חומרים פשוטים הוא 0. לדוגמה, Q0 arr.298 (O2, גז) = 0, Q0 arr.298 (C, מוצק, גרפיט) ​​= 0.

לדוגמה . רשום את המשוואה התרמוכימית ליצירת נחושת(II) סולפט. מתוך ספר העזר Q0 arr. 298 (CuSO4 ) = 770 kJ/mol.

Cu (s.) + S (s.) + 2O2 (g.) = CuSO4 (s.) + 770 kJ.

הערה: ניתן לכתוב את המשוואה התרמוכימית לכל חומר, אך יש להבין שבחיים האמיתיים התגובה מתרחשת בצורה שונה לחלוטין: תחמוצות נחושת (II) וגופרית (IV) נוצרות מהריאגנטים הרשומים בעת חימום, אך גופרת נחושת (II) לא נוצרת. מסקנה חשובה: המשוואה התרמוכימית היא מודל המאפשר חישובים; היא תואמת היטב נתונים תרמוכימיים אחרים, אך אינה עומדת בבדיקות מעשיות (כלומר, היא אינה מסוגלת לחזות נכון את האפשרות או חוסר האפשרות של תגובה).

(B j ) - ∑ a i × Q arr 0 ,298 i

הרצאה 6. תרמוכימיה. השפעה תרמית של תגובה כימית

הבהרה . כדי לא להטעות אותך, אוסיף מיד את התרמודינמיקה הכימית הזו יכול לחזות את האפשרות / חוסר האפשרות של תגובהעם זאת, זה מצריך "כלים" רציניים יותר החורגים מההיקף של קורס כימיה בית ספרי. המשוואה התרמוכימית בהשוואה לשיטות אלו היא הצעד הראשון על רקע הפירמידה של צ'אופס - אי אפשר בלעדיה, אבל אי אפשר לעלות גבוה.

דוגמה 2. חשב את ההשפעה התרמית של עיבוי מים במסה של 5.8 גרם פתרון. תהליך העיבוי מתואר ע"י המשוואה התרמוכימית H2 O (g.) = H2 O (l.) + Q - עיבוי הוא בדרך כלל תהליך אקסותרמי. חום עיבוי המים ב-25o C הוא 37 kJ/mol (ספר עיון).

לכן, Q = 37 × 0.32 = 11.84 קילו-ג'יי.

במאה ה-19, הכימאי הרוסי הס, שחקר את ההשפעות התרמיות של תגובות, ביסס בניסוי את חוק שימור האנרגיה ביחס לתגובות כימיות – חוק הס.

ההשפעה התרמית של תגובה כימית אינה תלויה בנתיב התהליך ונקבעת רק על ידי ההבדל בין המצב הסופי וההתחלתי.

מנקודת מבט של כימיה ומתמטיקה, חוק זה אומר שאנו חופשיים לבחור כל "מסלול חישוב" לחישוב התהליך, כי התוצאה אינה תלויה בו. מסיבה זו, לחוק ההסיאני החשוב מאוד יש חשיבות להפליא תולדה של חוק הס.

ההשפעה התרמית של תגובה כימית שווה לסכום חום ההיווצרות של תוצרי התגובה פחות סכום חום ההיווצרות של המגיבים (בהתחשב במקדמים סטוכיומטריים).

מנקודת המבט של השכל הישר, תוצאה זו מתאימה לתהליך שבו כל המגיבים הומרו תחילה לחומרים פשוטים, אשר הורכבו לאחר מכן בצורה חדשה, כך שהתקבלו תוצרי התגובה.

בצורה של משוואה, התוצאה של חוק הס נראית כמו משוואת התגובה הבאה: a 1 A 1 + a 2 A 2 + ... + a n A n = b 1 B 1 + b 2 B 2 + ... b

במקרה זה, a i ו-b j הם מקדמים סטוכיומטריים, A i הם ריאגנטים, B j הם תוצרי תגובה.

אז לתוצאה של חוק הס יש את הצורה Q = ∑ b j × Q arr 0 .298

k Bk + Q

(א i)

הרצאה 6. תרמוכימיה. ההשפעה התרמית של תגובה כימית מאז החום הסטנדרטי של היווצרות של חומרים רבים

א) מסוכמים בטבלאות מיוחדות או ב) ניתן לקבוע בניסוי, ואז ניתן לחזות (לחשב) את ההשפעה התרמית של מספר רב מאוד של תגובות בדיוק גבוה מספיק.

דוגמה 3. (תולדה של חוק הס). חשב את ההשפעה התרמית של ריפורמציה בקיטור של מתאן המתרחשת בשלב הגז בתנאים סטנדרטיים:

CH4 (g) + H2 O (g) = CO (g) + 3 H2 (g)

קבע אם תגובה זו היא אקסותרמית או אנדותרמית?

פתרון: תוצאה של חוק הס

Q = 3 Q0			ד) +Q 0		(CO ,g ) −Q 0		ד) −Q 0		O,d) - במונחים כלליים.
	מוד ,298			מוד ,298	מוד ,298		מוד ,298
Q arr0	298 (H 2, g) \u003d 0			חומר פשוט במצבו הסטנדרטי

מתוך ספר העיון אנו מוצאים את חום ההיווצרות של שאר מרכיבי התערובת.

		O,g) = 241.8			(CO,g) = 110.5				ד) = 74.6
מוד ,298				מוד ,298			מוד ,298

חיבור הערכים למשוואה

Q \u003d 0 + 110.5 - 74.6 - 241.8 \u003d -205.9 kJ / mol, התגובה היא אנדותרמית מאוד.

תשובה: Q \u003d -205.9 קילו-ג'יי / מול, אנדותרמי

דוגמה 4. (יישום חוק הס). חום תגובות ידוע

C (מוצק) + ½ O (g) \u003d CO (g) + 110.5 קילו-ג'יי

C (s.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 393.5 kJ מצא את השפעת החום של התגובה 2CO (g.) + O2 (g.) = 2CO2 (g.). פתרון נכפיל את הראשון ומשוואות שנייה על 2

2C (s.) + O2 (g.) \u003d 2CO (g.) + 221 kJ 2C (s.) + 2O2 (g.) \u003d 2CO2 (g.) + 787 kJ

הורידו את הראשון מהמשוואה השנייה

O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ - 2CO (g) - 221 kJ,

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ תשובה: 566 kJ/mol.

הערה: כאשר לומדים תרמוכימיה, אנו רואים תגובה כימית מבחוץ (בחוץ). להיפך, התרמודינמיקה הכימית - מדע ההתנהגות של מערכות כימיות - רואה את המערכת מבפנים ופועלת עם המושג "אנטלפיה" H כאנרגיה התרמית של המערכת. אנטלפיה, אז

הרצאה 6. תרמוכימיה. להשפעה התרמית של תגובה כימית יש משמעות זהה לכמות החום, אך יש לה סימן הפוך: אם משתחררת אנרגיה מהמערכת, הסביבה קולטת אותה ומתחממת, והמערכת מאבדת אנרגיה.

סִפְרוּת:

1. ספר לימוד, V.V. Eremin, N.E. קוזמנקו ואחרים, כימיה כיתה ט', פסקה 19,

2. מדריך חינוכי ומתודי "יסודות הכימיה הכללית" חלק 1.

נערך על ידי ש.ג. ברעם, י.נ. מירונוב. - קח איתך! לסמינר הבא

3. A.V. מנוילוב. יסודות הכימיה. http://hemi.nsu.ru/index.htm

§9.1 השפעה תרמית של תגובה כימית. חוקי היסוד של התרמוכימיה.

§9.2** תרמוכימיה (המשך). חום היווצרות החומר מיסודות.

אנטלפיה סטנדרטית של היווצרות.

תשומת הלב!

אנו עוברים לפתרון בעיות חישוביות, לכן מעתה רצוי מחשבון לסמינרים בכימיה.

תרגיל 81.
חשב את כמות החום שתשתחרר במהלך הפחתת Fe 2O3 אלומיניום מתכתי אם התקבל 335.1 גרם ברזל. תשובה: 2543.1 קילו-ג'יי.
פִּתָרוֹן:
משוואת תגובה:

\u003d (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669.8 - (-822.1) \u003d -847.7 kJ

חישוב כמות החום המשתחררת עם קבלת 335.1 גרם ברזל, אנו מפיקים מהפרופורציה:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : איקס; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55.85) = 2543.1 קילו-ג'יי,

כאשר 55.85 היא המסה האטומית של ברזל.

תשובה: 2543.1 קילו-ג'יי.

השפעה תרמית של התגובה

משימה 82.
אלכוהול אתילי גזי C2H5OH ניתן להשיג על ידי אינטראקציה של אתילן C 2 H 4 (g) ואדי מים. כתוב את המשוואה התרמוכימית עבור תגובה זו, לאחר שחישב בעבר את ההשפעה התרמית שלה. תשובה: -45.76 קילו-ג'יי.
פִּתָרוֹן:
משוואת התגובה היא:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C2H 5 OH (g); = ?

ערכי החום הסטנדרטיים של היווצרות חומרים ניתנים בטבלאות מיוחדות. בהתחשב בכך שהחום של היווצרות של חומרים פשוטים נלקחים בתנאי שווה לאפס. חשב את ההשפעה התרמית של התגובה, תוך שימוש בתוצאה של חוק הס, נקבל:

\u003d (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] \u003d
= -235.1 -[(52.28) + (-241.83)] = - 45.76 קילו-ג'יי

משוואות תגובה שבהן מצבי הצבירה או השינוי הגבישי שלהם מצוינים ליד הסמלים של תרכובות כימיות, כמו גם הערך המספרי של השפעות תרמיות, נקראות תרמוכימיות. במשוואות תרמוכימיות, אלא אם צוין אחרת, הערכים של השפעות תרמיות בלחץ קבוע Q p מצוינים בשווים לשינוי באנטלפיה של המערכת. הערך ניתן בדרך כלל בצד ימין של המשוואה, מופרד בפסיק או נקודה-פסיק. מקובלים הקיצורים הבאים למצב המצטבר של החומר: ג- גזי, ו- נוזל, ל

אם חום משתחרר כתוצאה מתגובה, אז< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C 2 H 5 OH (g); = - 45.76 קילו-ג'יי.

תשובה:- 45.76 קילו-ג'יי.

משימה 83.
חשב את ההשפעה התרמית של תגובת ההפחתה של תחמוצת ברזל (II) עם מימן, בהתבסס על המשוואות התרמוכימיות הבאות:

א) EEO (c) + CO (g) \u003d Fe (c) + CO 2 (g); = -13.18 קילו-ג'יי;
ב) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283.0 קילו-ג'יי;
ג) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241.83 קילו-ג'יי.
תשובה: +27.99 קילו-ג'יי.

פִּתָרוֹן:
למשוואת התגובה להפחתת תחמוצת ברזל (II) עם מימן יש את הצורה:

EeO (k) + H 2 (g) \u003d Fe (k) + H 2 O (g); = ?

\u003d (H2O) - [ (FeO)

חום היווצרות המים ניתן על ידי המשוואה

H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241.83 קילו-ג'יי,

וניתן לחשב את חום ההיווצרות של תחמוצת ברזל (II) אם מפחיתים את משוואה (א) מהמשוואה (ב).

\u003d (c) - (ב) - (א) \u003d -241.83 - [-283.o - (-13.18)] \u003d + 27.99 kJ.

תשובה:+27.99 קילו-ג'יי.

משימה 84.
במהלך האינטראקציה של מימן גופרתי גזי ופחמן דו חמצני, נוצרים אדי מים ופחמן דיסולפיד СS 2 (g). כתוב את המשוואה התרמוכימית עבור תגובה זו, חשב מראש את השפעתה התרמית. תשובה: +65.43 קילו-ג'יי.
פִּתָרוֹן:
ג- גזי, ו- נוזל, ל- גבישי. סמלים אלה מושמטים אם המצב המצטבר של חומרים ברור, למשל, O 2, H 2 וכו'.
משוואת התגובה היא:

2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = ?

ערכי החום הסטנדרטיים של היווצרות חומרים ניתנים בטבלאות מיוחדות. בהתחשב בכך שהחום של היווצרות של חומרים פשוטים נלקחים בתנאי שווה לאפס. ניתן לחשב את ההשפעה התרמית של התגובה באמצעות התוצאה e מחוק הס:

\u003d (H 2 O) + (CS 2) - [(H 2 S) + (CO 2)];
= 2(-241.83) + 115.28 – = +65.43 קילו-ג'יי.

2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65.43 קילו-ג'יי.

תשובה:+65.43 קילו-ג'יי.

משוואת תגובה תרמוכימית

משימה 85.
כתבו את המשוואה התרמוכימית לתגובה בין CO (g) למימן, וכתוצאה מכך נוצרים CH 4 (g) ו- H 2 O (g). כמה חום ישתחרר במהלך תגובה זו אם יתקבלו 67.2 ליטר מתאן במונחים של תנאים רגילים? תשובה: 618.48 קילו-ג'יי.
פִּתָרוֹן:
משוואות תגובה שבהן מצבי הצבירה או השינוי הגבישי שלהם מצוינים ליד הסמלים של תרכובות כימיות, כמו גם הערך המספרי של השפעות תרמיות, נקראות תרמוכימיות. במשוואות תרמוכימיות, אלא אם כן צוין במפורש, הערכים של השפעות תרמיות בלחץ קבוע Q p מסומנים בשווים לשינוי באנטלפיה של המערכת. הערך ניתן בדרך כלל בצד ימין של המשוואה, מופרד בפסיק או נקודה-פסיק. מקובלים הקיצורים הבאים למצב המצטבר של החומר: ג- גזי, ו- משהו ל- גבישי. סמלים אלה מושמטים אם המצב המצטבר של חומרים ברור, למשל, O 2, H 2 וכו'.
משוואת התגובה היא:

CO (g) + 3H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + H 2 O (g); = ?

ערכי החום הסטנדרטיים של היווצרות חומרים ניתנים בטבלאות מיוחדות. בהתחשב בכך שהחום של היווצרות של חומרים פשוטים נלקחים בתנאי שווה לאפס. ניתן לחשב את ההשפעה התרמית של התגובה באמצעות התוצאה e מחוק הס:

\u003d (H 2 O) + (CH 4) - (CO)];
\u003d (-241.83) + (-74.84) ​​​​- (-110.52) \u003d -206.16 קילו-ג'יי.

המשוואה התרמוכימית תיראה כך:

22,4 : -206,16 = 67,2 : איקס; x \u003d 67.2 (-206.16) / 22? 4 \u003d -618.48 קילו-ג'יי; Q = 618.48 קילו-ג'יי.

תשובה: 618.48 קילו-ג'יי.

חום היווצרות

משימה 86.
ההשפעה התרמית של התגובה שלה שווה לחום ההיווצרות. חשב את חום היווצרות NO מהמשוואות התרמוכימיות הבאות:
א) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g); = -1168.80 קילו-ג'יי;
ב) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2N 2 (g) + 6H 2 O (g); = -1530.28 קילו-ג'יי
תשובה: 90.37 קילו-ג'יי.
פִּתָרוֹן:
חום היווצרות הסטנדרטי שווה לחום היווצרות של 1 מול של חומר זה מחומרים פשוטים בתנאים סטנדרטיים (T = 298 K; p = 1.0325.105 Pa). היווצרות NO מחומרים פשוטים יכולה להיות מיוצגת באופן הבא:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NO

בהינתן התגובה (א) שבה נוצרות 4 מולים של NO והריאקציה (ב) ניתנת בה נוצרות 2 מולים של N2. שתי התגובות כוללות חמצן. לכן, כדי לקבוע את חום היווצרות הסטנדרטי של NO, אנו מרכיבים את מחזור הס הבא, כלומר, עלינו להחסיר משוואה (א) מהמשוואה (ב):

לפיכך, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90.37 קילו-ג'יי.

תשובה: 618.48 קילו-ג'יי.

משימה 87.
אמוניום כלורי גבישי נוצר על ידי אינטראקציה של אמוניה גזית ומימן כלורי. כתוב את המשוואה התרמוכימית עבור תגובה זו, לאחר שחישב בעבר את ההשפעה התרמית שלה. כמה חום ישתחרר אם נצרכו 10 ליטר אמוניה בתגובה במונחים של תנאים רגילים? תשובה: 78.97 קילו-ג'יי.
פִּתָרוֹן:
משוואות תגובה שבהן מצבי הצבירה או השינוי הגבישי שלהם מצוינים ליד הסמלים של תרכובות כימיות, כמו גם הערך המספרי של השפעות תרמיות, נקראות תרמוכימיות. במשוואות תרמוכימיות, אלא אם כן צוין במפורש, הערכים של השפעות תרמיות בלחץ קבוע Q p מסומנים בשווים לשינוי באנטלפיה של המערכת. הערך ניתן בדרך כלל בצד ימין של המשוואה, מופרד בפסיק או נקודה-פסיק. הדברים הבאים מתקבלים ל- גבישי. סמלים אלה מושמטים אם המצב המצטבר של חומרים ברור, למשל, O 2, H 2 וכו'.
משוואת התגובה היא:

NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k). ; = ?

ערכי החום הסטנדרטיים של היווצרות חומרים ניתנים בטבלאות מיוחדות. בהתחשב בכך שהחום של היווצרות של חומרים פשוטים נלקחים בתנאי שווה לאפס. ניתן לחשב את ההשפעה התרמית של התגובה באמצעות התוצאה e מחוק הס:

\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315.39 - [-46.19 + (-92.31) = -176.85 קילו-ג'יי.

המשוואה התרמוכימית תיראה כך:

החום המשתחרר במהלך התגובה של 10 ליטר אמוניה בתגובה זו נקבע מהפרופורציה:

22,4 : -176,85 = 10 : איקס; x \u003d 10 (-176.85) / 22.4 \u003d -78.97 kJ; Q = 78.97 קילו-ג'יי.

תשובה: 78.97 קילו-ג'יי.

7. חשב את ההשפעה התרמית של התגובה בתנאים סטנדרטיים: Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g), אם חום ההיווצרות: Fe 2 O 3 (t) \u003d - 821.3 kJ / mol; CO (g) = – 110.5 קילו-ג'יי/מול;

CO 2 (g) \u003d - 393.5 קילו ג'יי / מול.

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) \u003d 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

הכרת ההשפעות התרמיות הסטנדרטיות של בעירה של החומרים ותוצרי התגובה הראשוניים, אנו מחשבים את ההשפעה התרמית של התגובה בתנאים סטנדרטיים:

16. תלות של קצב תגובה כימית בטמפרטורה. הכלל של ואן הוף. מקדם טמפרטורה של תגובה.

רק התנגשויות בין מולקולות פעילות מובילות לתגובות, שהאנרגיה הממוצעת שלהן עולה על האנרגיה הממוצעת של המשתתפים בתגובה.

כאשר אנרגיית הפעלה מסוימת E מועברת למולקולות (עודף אנרגיה מעל הממוצע), האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציה של אטומים במולקולות פוחתת, קשרים בתוך מולקולות נחלשים, מולקולות הופכות לתגובתיות.

אנרגיית ההפעלה לא בהכרח מסופקת מבחוץ; ניתן להקנות אותה לחלק מהמולקולות על ידי חלוקה מחדש של האנרגיה במהלך ההתנגשויות שלהן. לפי בולצמן, בין N מולקולות יש את המספר הבא של מולקולות פעילות N   עם אנרגיה מוגברת:  :

N N e – E / RT

כאשר E היא אנרגיית ההפעלה, המראה את עודף האנרגיה ההכרחי בהשוואה לרמה הממוצעת שצריכה להיות למולקולות כדי שהתגובה תתאפשר; שאר הכינויים ידועים.

במהלך הפעלה תרמית עבור שתי טמפרטורות T 1 ו- T 2 היחס בין קבועי הקצב יהיה:

, (2) , (3)

מה שמאפשר לקבוע את אנרגיית ההפעלה על ידי מדידת קצב התגובה בשתי טמפרטורות שונות T 1 ו- T 2 .

עלייה בטמפרטורה ב-10 0 מגדילה את קצב התגובה פי 2-4 (חוק ואן'ט הוף משוער). המספר המראה כמה פעמים קצב התגובה (ומכאן קבוע הקצב) עולה עם עליית הטמפרטורה ב-10 0 נקרא מקדם הטמפרטורה של התגובה:

 (4) .(5)

המשמעות היא, למשל, שעם עלייה בטמפרטורה ב-100 0 עבור עלייה מקובלת בקצב הממוצע פי 2 ( = 2), קצב התגובה עולה ב-2 10, כלומר. בערך 1000 פעמים, וכאשר  = 4 - 4 10, כלומר. 1000000 פעמים. כלל ואן הוף חל על תגובות המתרחשות בטמפרטורות נמוכות יחסית בטווח צר. העלייה החדה בקצב התגובה עם עליית הטמפרטורה מוסברת על ידי העובדה שמספר המולקולות הפעילות גדל באופן אקספוננציאלי.

25. משוואת איזותרמית תגובה כימית של ואן'הוף.

בהתאם לחוק הפעולה ההמונית לתגובה שרירותית

ו-A + bB = cC + dD

ניתן לכתוב את המשוואה לקצב תגובה ישירה:

,

ועבור קצב התגובה ההפוכה:

.

ככל שהתגובה תתקדם משמאל לימין, ריכוזי החומרים A ו-B יפחתו וקצב התגובה הקדמית יקטן. מצד שני, ככל שתצטבר תוצרי תגובה C ו-D, קצב התגובה יגדל מימין לשמאל. מגיע רגע שבו המהירויות υ 1 ו- υ 2 הופכות זהות, הריכוזים של כל החומרים נשארים ללא שינוי, לכן,

,

כאשר K c = k 1 / k 2 =

.

הערך הקבוע K c, השווה ליחס בין קבועי הקצב של התגובות הישירות וההפוכות, מתאר באופן כמותי את מצב שיווי המשקל באמצעות ריכוזי שיווי המשקל של חומרי המוצא ותוצרי האינטראקציה ביניהם (במונחים של המקדמים הסטוכיומטריים שלהם) ו נקרא קבוע שיווי המשקל. קבוע שיווי המשקל קבוע רק עבור טמפרטורה נתונה, כלומר.

K c \u003d f (T). קבוע שיווי המשקל של תגובה כימית מבוטא בדרך כלל כיחס, שהמונה שלו הוא מכפלת הריכוזים המולאריים בשיווי המשקל של תוצרי התגובה, והמכנה הוא מכפלת ריכוזי חומרי המוצא.

אם מרכיבי התגובה הם תערובת של גזים אידיאליים, אזי קבוע שיווי המשקל (K p) מבוטא במונחים של הלחצים החלקיים של הרכיבים:

.

עבור המעבר מ-K p ל-K עם אנו משתמשים במשוואת המצב P · V = n · R · T. בגלל ה

, ואז P = C·R·T. .

מהמשוואה עולה כי K p = K s, בתנאי שהתגובה תתקדם מבלי לשנות את מספר השומות בשלב הגז, כלומר. כאשר (c + d) = (a + b).

אם התגובה ממשיכה באופן ספונטני בקבועים P ו-T או V ו-T, אז ניתן לקבל את הערכים G ו-F של תגובה זו מהמשוואות:

,

כאשר C A, C B, C C, C D הם ריכוזי אי-שיווי המשקל של החומרים ההתחלתיים ותוצרי התגובה.

,

כאשר P A, P B, P C, P D הם הלחצים החלקיים של החומרים ותוצרי התגובה הראשוניים.

שתי המשוואות האחרונות נקראות משוואות איזותרמיות הריאקציה הכימית של ואן הוף. יחס זה מאפשר לחשב את ערכי G ו-F של התגובה, כדי לקבוע את כיוונה בריכוזים שונים של החומרים ההתחלתיים.

יש לציין כי הן עבור מערכות גזים והן עבור תמיסות עם השתתפות של מוצקים בתגובה (כלומר עבור מערכות הטרוגניות), ריכוז השלב המוצק אינו נכלל בביטוי עבור קבוע שיווי המשקל, שכן ריכוז זה הוא כמעט קבוע. אז לתגובה

2 CO (g) \u003d CO 2 (g) + C (t)

קבוע שיווי המשקל כתוב כ

.

התלות של קבוע שיווי המשקל בטמפרטורה (עבור טמפרטורה T 2 ביחס לטמפרטורה T 1) באה לידי ביטוי במשוואת ואן'ט הוף הבאה:

,

כאשר Н 0 הוא ההשפעה התרמית של התגובה.

עבור תגובה אנדותרמית (התגובה ממשיכה עם ספיגת החום), קבוע שיווי המשקל עולה עם עליית הטמפרטורה, המערכת, כביכול, מתנגדת לחימום.

34. אוסמוזה, לחץ אוסמוטי. משוואת ואן הוף ומקדם אוסמוטי.

אוסמוזה היא תנועה ספונטנית של מולקולות ממס דרך קרום חדיר למחצה המפריד בין תמיסות בריכוזים שונים מתמיסה בריכוז נמוך יותר לתמיסה בריכוז גבוה יותר, מה שמוביל לדילול של האחרון. כממברנה חדירה למחצה, דרך חורים קטנים שרק מולקולות ממס קטנות יכולות לעבור באופן סלקטיבי ונשמרות מולקולות או יונים גדולות או מומסות, לרוב נעשה שימוש בסרט צלופן - לחומרים בעלי משקל מולקולרי גבוה, ולמשקל מולקולרי נמוך - סרט. של פרוציאניד נחושת. ניתן למנוע את תהליך העברת הממס (אוסמוזה) אם מפעילים לחץ הידרוסטטי חיצוני על תמיסה בעלת ריכוז גבוה יותר (בתנאי שיווי משקל זה יהיה מה שנקרא לחץ אוסמוטי, המסומן באות ). כדי לחשב את הערך של  בתמיסות של לא-אלקטרוליטים, נעשה שימוש במשוואת ואן הוף האמפירית:

כאשר C הוא הריכוז המולארי של החומר, מול/ק"ג;

R הוא קבוע הגז האוניברסלי, J/mol K.

ערך הלחץ האוסמוטי הוא פרופורציונלי למספר המולקולות (במקרה הכללי, מספר החלקיקים) של חומר אחד או יותר המומס בנפח נתון של תמיסה, ואינו תלוי באופי שלהן ובאופי הממס. בתמיסות של אלקטרוליטים חזקים או חלשים, המספר הכולל של חלקיקים בודדים גדל עקב התנתקות של מולקולות; לכן, יש צורך להכניס את מקדם המידתיות המתאים, הנקרא מקדם איזוטוני, לתוך המשוואה לחישוב הלחץ האוסמוטי.

i C R T,

כאשר i הוא המקדם האיזוטוני, מחושב כיחס בין סכום מספרי היונים ומולקולות האלקטרוליטים הבלתי מפורקים למספר המולקולות הראשוני של חומר זה.

אז, אם מידת פירוק האלקטרוליטים, כלומר. היחס בין מספר המולקולות שהתפרקו ליונים למספר הכולל של מולקולות של המומס הוא  ומולקולת האלקטרוליט מתפרקת ל-n יונים, אז המקדם האיזוטוני מחושב באופן הבא:

i = 1 + (n – 1) ,(i > 1).

עבור אלקטרוליטים חזקים, אתה יכול לקחת  = 1, ואז i = n, והמקדם i (גם הוא גדול מ-1) נקרא המקדם האוסמוטי.

תופעת האוסמוזה היא בעלת חשיבות רבה עבור אורגניזמים של צמחים ובעלי חיים, שכן לממברנות התאים שלהם ביחס לתמיסות של חומרים רבים יש תכונות של קרום חדיר למחצה. במים טהורים התא מתנפח חזק, במקרים מסוימים עד לקריעת הקליפה, ובתמיסות בעלות ריכוז מלחים גבוה, להיפך, הוא יורד בגודלו ומתכווץ עקב איבוד גדול של מים. לכן, בשימור מזון מוסיפים להם כמות גדולה של מלח או סוכר. תאים של מיקרואורגניזמים בתנאים כאלה מאבדים כמות משמעותית של מים ומתים.

כתוצאה מלימוד נושא זה, תלמדו: במה שונות המשוואות הרגילות של תגובות כימיות מהמשוואות התרמוכימיות שלהן. אילו גורמים משפיעים על קצב התגובות הכימיות? במה שונה שיווי משקל אמיתי (כימי) משיווי משקל לכאורה. לאיזה כיוון משתנה שיווי המשקל כאשר התנאים החיצוניים משתנים. מהו המנגנון של קטליזה הומוגנית והטרוגנית. מהם מעכבים ומקדמים. כתוצאה מלימוד נושא זה, תלמדו: חשב את ההשפעות התרמיות של תגובות כימיות תוך שימוש באנטלפיות של היווצרות חומרים. בצע חישובים באמצעות הביטוי המתמטי של עקרון ואן הוף. קבע את כיוון השינוי בשיווי המשקל הכימי עם שינויים בטמפרטורה ובלחץ. שאלות לימוד:

6.1. אנרגיה של תהליכים כימיים

6.1.1. אנרגיה פנימית ואנטלפיה

בכל תהליך, חוק שימור האנרגיה מתקיים:

Q = ∆U + A.

שוויון זה אומר שאם חום Q מסופק למערכת, אז הוא מושקע על שינוי האנרגיה הפנימית Δ U ועל ביצוע עבודה A.

אנרגיה פנימיתהמערכת היא הרזרבה הכוללת שלה, כולל אנרגיית התנועה הטרנסציונלית והסיבובית של מולקולות, אנרגיית התנועה של אלקטרונים באטומים, אנרגיית האינטראקציה של גרעינים עם אלקטרונים, גרעינים עם גרעינים וכו', כלומר. כל סוגי האנרגיה, למעט האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית של המערכת כולה.

העבודה שמבצעת המערכת במהלך המעבר ממצב 1, המאופיין בנפח V 1, למצב 2 (נפח V 2) בלחץ קבוע (עבודת הרחבה), שווה ל:

A \u003d p (V 2 - V 1).

בלחץ קבוע (р=const), תוך התחשבות בביטוי לעבודת ההרחבה, חוק שימור האנרגיה ייכתב כך:

Q \u003d (U 2 + pV 2) - (U 1 + pV 1).

סכום האנרגיה הפנימית של מערכת ומכפלת הנפח והלחץ שלה נקרא אנטלפיהח:

מכיוון שהערך המדויק של האנרגיה הפנימית של המערכת אינו ידוע, לא ניתן לקבל גם את הערכים האבסולוטיים של האנטלפיות. שינויים באנטלפיות Δ H הם בעלי חשיבות מדעית ויישום מעשי.

אנרגיה פנימית U ואנתלפיה H הם פונקציות המדינהמערכות. פונקציות מצב הן מאפיינים כאלה של המערכת, ששינויים בהם נקבעים רק על ידי המצב הסופי וההתחלתי של המערכת, כלומר. אינם תלויים בנתיב התהליך.

6.1.2. תהליכים אקסו-ואנדותרמיים

זרימת התגובות הכימיות מלווה בספיגה או שחרור של חום. אקסותרמינקראת תגובה שמתמשכת עם שחרור חום לסביבה, ו אנדותרמי- עם ספיגת חום מהסביבה.

תהליכים רבים בתעשייה ובתרגול מעבדה מתנהלים בלחץ וטמפרטורה קבועים (T=const, p=const). האנרגיה האופיינית לתהליכים אלה היא השינוי באנתלפיה:

Q P \u003d -Δ N.

עבור תהליכים המתרחשים בנפח וטמפרטורה קבועים (T=const, V=const) Q V =-Δ U.

לתגובות אקסותרמיות Δ H< 0, а в случае протекания эндотермической реакции Δ Н >0. לדוגמה,

N 2 (g) + SO 2 (g) \u003d N 2 O (g); ΔН 298 = +82kJ,

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g); ΔN 298 = -802kJ.

משוואות כימיות שבהן מצוינת בנוסף ההשפעה התרמית של התגובה (ערך תהליך DH), כמו גם מצב הצבירה של חומרים וטמפרטורה, נקראות תרמוכימימשוואות.

במשוואות תרמוכימיות, מצב הפאזה ושינויים אלוטרופיים של ריאגנטים וחומרים שנוצרו מצוינים: d - גזי, g - נוזל, k - גבישי; S (מעוין), S (מונוקל), C (גרפיט), C (יהלום) וכו'.

6.1.3. תרמוכימיה; חוק הס

תופעות אנרגיה הנלוות לחקר תהליכים פיזיקליים וכימיים תרמוכימיה. החוק הבסיסי של התרמוכימיה הוא החוק שנוסח על ידי המדען הרוסי G.I. הס בשנת 1840.

חוק הס: השינוי באנתלפיה של התהליך תלוי בסוג ובמצב של חומרי המוצא ותוצרי התגובה, אך אינו תלוי בנתיב התהליך.

כאשר בוחנים השפעות תרמוכימיות, הביטוי "אנטלפיה תהליך" משמש לעתים קרובות במקום המושג "שינוי באנטלפיה של התהליך", כלומר לפי מושג זה הערך של Δ H. זה לא נכון להשתמש במושג "אפקט חום". של התהליך" בעת ניסוח חוק הס, שכן ערכו של Q במקרה הכללי אינו פונקציה של המדינה. כפי שהוזכר לעיל, רק בלחץ קבוע Q P =-Δ N (בנפח קבוע Q V =-Δ U).

אז, היווצרות של PCl 5 יכולה להיחשב כתוצאה מאינטראקציה של חומרים פשוטים:

P (c, לבן) + 5/2Cl 2 (g) = PCl 5 (c); Δ H 1,

או כתוצאה מתהליך המתרחש במספר שלבים:

P (k, לבן) + 3/2Cl 2 (g) = PCl 3 (g); Δ H 2,

PCl 3 (g) + Cl 2 (g) \u003d PCl 5 (c); Δ H 3,

או בסך הכל:

P (c, לבן) + 5/2Cl 2 (g) = PCl 5 (c); Δ H 1 \u003d Δ H 2 + Δ H 3.

6.1.4. אנתלפיות של היווצרות חומרים

אנתלפיה של היווצרות היא האנטלפיה של תהליך היווצרות של חומר במצב צבירה נתון מחומרים פשוטים שנמצאים בשינויים יציבים. האנטלפיה של היווצרות נתרן גופרתי, למשל, היא האנטלפיה של התגובה:

2Na (c) + S (מעוין) + 2O 2 (g) \u003d Na 2 SO 4 (c).

האנטלפיה של היווצרות חומרים פשוטים היא אפס.

מכיוון שההשפעה התרמית של תגובה תלויה במצב החומרים, הטמפרטורה והלחץ, הוסכם להשתמש בחישובים תרמוכימיים אנטלפיות סטנדרטיות של היווצרותהם האנטלפיות של היווצרות חומרים שנמצאים בטמפרטורה נתונה ב מצב סטנדרטי. כמצב סטנדרטי לחומרים במצב מעובה, נלקח המצב האמיתי של החומר בטמפרטורה ולחץ נתונים של 101.325 kPa (1 atm). ספרי עיון בדרך כלל נותנים את האנטלפיות הסטנדרטיות של היווצרות חומרים בטמפרטורה של 25 o C (298K), הכוונה למול 1 של חומר (Δ H f o 298). אנטלפיות סטנדרטיות של היווצרות של חומרים מסוימים ב-T=298K ניתנות בטבלה. 6.1.

טבלה 6.1.

אנטלפיות סטנדרטיות של היווצרות (Δ H f o 298) של חומרים מסוימים

חומר	Δ H f o 298, kJ/mol	חומר	Δ H f o 298, kJ/mol

האנטלפיות הסטנדרטיות של היווצרות עבור רוב החומרים המורכבים הם ערכים שליליים. עבור מספר קטן של חומרים לא יציבים, Δ H f o 298 > 0. חומרים כאלה, בפרט, כוללים תחמוצת חנקן (II) וחנקן תחמוצת (IV), טבלה 6.1.

6.1.5. חישוב השפעות תרמיות של תגובות כימיות

כדי לחשב את האנטלפיות של תהליכים, נעשה שימוש בתוצאה של חוק הס: אנתלפיה של התגובה שווה לסכום האנטלפיות של היווצרות תוצרי התגובה פחות סכום האנטלפיות של היווצרות חומרי המוצא, תוך התחשבות המקדמים הסטוכיומטריים.

חשב את האנטלפיה של פירוק סידן פחמתי. התהליך מתואר באמצעות המשוואה הבאה:

CaCO 3 (c) \u003d CaO (c) + CO 2 (g).

האנטלפיה של תגובה זו תהיה שווה לסכום האנטלפיות של היווצרות תחמוצת סידן ופחמן דו חמצני פחות האנטלפיה של היווצרות סידן פחמתי:

Δ H o 298 \u003d Δ H f o 298 (CaO (c)) + Δ H f o 298 (CO 2 (g)) - Δ H f o 298 (CaCO 3 (c)).

שימוש בנתונים בטבלה 6.1. אנחנו מקבלים:

Δ H o 298 = - 635.1 -393.5 + 1206.8 = + 178.2 קילו-ג'יי.

מהנתונים שהתקבלו עולה כי התגובה הנחשבת היא אנדותרמית, כלומר. ממשיך עם ספיגת החום.

CaO (c) + CO 2 (c) \u003d CaCO 3 (c)

מלווה בשחרור חום. האנטלפיה שלו תהיה שווה ל

Δ H o 298 = -1206.8 + 635.1 + 393.5 = -178.2 קילו-ג'יי.

6.2. קצב התגובות הכימיות

6.2.1. הרעיון של קצב תגובה

הענף בכימיה העוסק בקצב ובמנגנוני התגובות הכימיות נקרא קינטיקה כימית. אחד ממושגי המפתח בקינטיקה כימית הוא קצב התגובה הכימית.

קצב התגובה הכימית נקבע על פי השינוי בריכוז החומרים המגיבים ליחידת זמן בנפח קבוע של המערכת.

שקול את התהליך הבא:

תנו בנקודת זמן מסוימת t 1 לריכוז החומר A להיות שווה לערך c 1, וברגע t 2 - הערך c 2 . במשך פרק זמן מ-t 1 עד t 2, השינוי בריכוז יהיה Δ c \u003d c 2 - c 1. קצב התגובה הממוצע הוא:

סימן המינוס מושם מכיוון שככל שהתגובה מתמשכת (Δ t> 0), ריכוז החומר יורד (Δ c< 0), в то время, как скорость реакции является положительной величиной.

קצב התגובה הכימית תלוי באופי המגיבים ובתנאי התגובה: ריכוז, טמפרטורה, נוכחות של זרז, לחץ (לתגובות גזים) ועוד כמה גורמים. בפרט, עם עלייה בשטח המגע של חומרים, קצב התגובה עולה. גם קצב התגובה עולה עם עלייה בקצב הערבול של המגיבים.

הערך המספרי של קצב התגובה תלוי גם באיזה רכיב משמש לחישוב קצב התגובה. למשל, מהירות התהליך

H 2 + I 2 \u003d 2HI,

מחושב מהשינוי בריכוז של HI הוא פי שניים מקצב התגובה המחושב מהשינוי בריכוז הריאגנטים H 2 או I 2 .

6.2.2. תלות קצב התגובה בריכוז; סדר ומולקולריות של התגובה

החוק הבסיסי של קינטיקה כימית הוא חוק הפעולה ההמונית- קובע את התלות של קצב התגובה בריכוז המגיבים.

קצב התגובה הוא פרופורציונלי לתוצר של ריכוזי המגיבים. לתגובה שנכתבה בצורה כללית כמו

aA + bB = cC + dD,

התלות של קצב התגובה בריכוז היא בצורה:

v = k [A] α [B] β .

במשוואה קינטית זו, k הוא גורם המידתיות, הנקרא קבוע קצב; [A] ו-[B] הם ריכוז החומרים A ו-B. קבוע קצב התגובה k תלוי באופי החומרים המגיבים ובטמפרטורה, אך אינו תלוי בריכוזיהם. מקדמים α ו-β נמצאים מנתוני ניסוי.

סכום המעריכים במשוואות הקינטיות נקרא סך בסדרתגובות. יש גם סדר מסוים של התגובה באחד המרכיבים. למשל, לתגובה

H 2 + C1 2 \u003d 2 HC1

המשוואה הקינטית נראית כך:

v = k 1/2,

הָהֵן. הסדר הכולל הוא 1.5 וסדרי התגובה עבור הרכיבים H 2 ו- C1 2 הם 1 ו-0.5, בהתאמה.

מולקולריותהתגובה נקבעת על פי מספר החלקיקים, שההתנגשות בו זמנית היא הפעולה היסודית של אינטראקציה כימית. מעשה יסודי (שלב יסודי)- פעולה אחת של אינטראקציה או טרנספורמציה של חלקיקים (מולקולות, יונים, רדיקלים) לחלקיקים אחרים. עבור תגובות יסודיות, המולקולריות וסדר התגובה זהים. אם התהליך הוא רב-שלבי ולכן משוואת התגובה אינה חושפת את מנגנון התהליך, סדר התגובה אינו עולה בקנה אחד עם המולקולריות שלו.

תגובות כימיות מחולקות לפשוטות (חד-שלביות) ולמורכבות, המתרחשות במספר שלבים.

תגובה מונומולקולריתהיא תגובה שבה המעשה היסודי הוא טרנספורמציה כימית של מולקולה אחת. לדוגמה:

CH 3 CHO (g) \u003d CH 4 (g) + CO (g).

תגובה בימולקולרית- תגובה שבה הפעולה האלמנטרית מתבצעת כאשר שני חלקיקים מתנגשים. לדוגמה:

H 2 (g) + I 2 (g) \u003d 2 HI (g).

תגובה טרימולקולרית- תגובה פשוטה, שהפעולה הבסיסית שלה מתבצעת בהתנגשות בו-זמנית של שלוש מולקולות. לדוגמה:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2 NO 2 (g).

הוכח כי התנגשות בו-זמנית של יותר משלוש מולקולות, המובילה ליצירת תוצרי תגובה, היא כמעט בלתי אפשרית.

חוק פעולת המסה אינו חל על תגובות הכוללות מוצקים, שכן ריכוזיהם קבועים והם מגיבים רק על פני השטח. קצב תגובות כאלה תלוי בגודל משטח המגע בין המגיבים.

6.2.3. תלות בטמפרטורה של קצב התגובה

קצב התגובות הכימיות עולה עם עליית הטמפרטורה. עלייה זו נגרמת על ידי עלייה באנרגיה הקינטית של המולקולות. בשנת 1884, הכימאי ההולנדי ואן'הוף ניסח את הכלל: על כל עלייה של 10 מעלות בטמפרטורה, קצב התגובות הכימיות עולה פי 2-4.

הכלל של ואן הוף כתוב כך:

,

כאשר V t 1 ו- V t 2 הם קצבי התגובה בטמפרטורות t 1 ו- t 2; γ - מקדם טמפרטורה של מהירות, שווה ל-2 - 4.

הכלל של ואן הוף משמש כדי להעריך את השפעת הטמפרטורה על קצב התגובה. משוואה מדויקת יותר המתארת ​​את התלות של קבוע קצב התגובה בטמפרטורה הוצעה בשנת 1889 על ידי המדען השוודי S. Arrhenius:

.

במשוואת Arrhenius, A הוא קבוע, E הוא אנרגיית ההפעלה (J/mol); T הוא טמפרטורה, K.

לפי Arrhenius, לא כל התנגשויות של מולקולות מובילות לטרנספורמציות כימיות. רק מולקולות בעלות עודף אנרגיה מסוגלות להגיב. האנרגיה העודפת הזו שחייבת להיות לחלקיקים המתנגשים כדי שתתרחש תגובה ביניהם נקראת אנרגיית הפעלה.

6.3. מושג הקטליזה והזרזים

זרז הוא חומר שמשנה את קצב התגובה הכימית אך נשאר ללא שינוי מבחינה כימית בתום התגובה.

חלק מהזרזים מאיצים את התגובה, בעוד שאחרים קראו מעכבים, תאט את זה. לדוגמה, הוספת כמות קטנה של MnO 2 כזרז למי חמצן H2O2 גורמת לפירוק מהיר:

2 H 2 O 2 - (MnO 2) 2 H 2 O + O 2.

בנוכחות כמויות קטנות של חומצה גופרתית, נצפית ירידה בקצב הפירוק של H 2 O 2. בתגובה זו, חומצה גופרתית פועלת כמעכבת.

תלוי אם הזרז נמצא באותו שלב כמו המגיבים או יוצר שלב עצמאי, יש הוֹמוֹגֵנִיו קטליזה הטרוגנית.

קטליזה הומוגנית

במקרה של קטליזה הומוגנית, המגיבים והזרז נמצאים באותו שלב, למשל, גזים. מנגנון הפעולה של הזרז מבוסס על העובדה שהוא יוצר אינטראקציה עם מגיבים ליצירת תרכובות ביניים.

שקול את מנגנון הפעולה של הזרז. בהיעדר זרז, התגובה

זה זורם לאט מאוד. הזרז יוצר עם חומרי המוצא (לדוגמה, עם חומר B) תוצר ביניים תגובתי:

אשר מגיב בעוצמה עם חומר מוצא אחר ליצירת תוצר התגובה הסופי:

VK + A \u003d AB + K.

קטליזה הומוגנית מתרחשת, למשל, בתהליך של חמצון של תחמוצת גופרית(IV) לתחמוצת גופרית(VI), המתרחשת בנוכחות תחמוצות חנקן.

תגובה הומוגנית

2 SO 2 + O 2 \u003d 2 SO 3

בהיעדר זרז הוא איטי מאוד. אבל כאשר מכניסים זרז (NO), נוצרת תרכובת ביניים (NO2):

O 2 + 2 NO \u003d 2 NO 2,

שמחמצן בקלות SO 2:

NO 2 + SO 2 \u003d SO 3 + NO.

אנרגיית ההפעלה של התהליך האחרון נמוכה מאוד, ולכן התגובה ממשיכה בקצב גבוה. לפיכך, פעולת הזרזים מצטמצמת לירידה באנרגיית ההפעלה של התגובה.

קטליזה הטרוגנית

בקטליזה הטרוגנית, הזרז והמגיבים נמצאים בשלבים שונים. הזרז נמצא בדרך כלל במצב מוצק והמגיבים נמצאים במצב נוזלי או גזי. בקטליזה הטרוגנית, האצת התהליך קשורה בדרך כלל להשפעה הקטליטית של משטח הזרז.

זרזים שונים בסלקטיביות (סלקטיביות) של פעולה. אז, למשל, בנוכחות זרז תחמוצת אלומיניום Al 2 O 3 ב-300 o C, מים ואתילן מתקבלים מאלכוהול אתילי:

C 2 H 5 OH - (Al 2 O 3) C 2 H 4 + H 2 O.

באותה טמפרטורה, אך בנוכחות קו נחושת כזרז, אלכוהול אתילי מפורק:

C 2 H 5 OH - (Cu) CH 3 CHO + H 2.

כמויות קטנות של חומרים מסוימים מפחיתות או אפילו הורסות לחלוטין את פעילות הזרזים (הרעלת קטליזטור). חומרים כאלה נקראים רעלים קטליטיים. לדוגמה, חמצן גורם להרעלה הפיכה של זרז הברזל בסינתזה של NH 3. ניתן לשחזר את הפעילות של הזרז על ידי העברת תערובת טרייה של חנקן ומימן מטוהרת מחמצן. גופרית גורמת להרעלה בלתי הפיכה של הזרז בסינתזה של NH 3. לא ניתן עוד לשחזר את פעילותו על ידי העברת תערובת טרייה של N 2 +H 2.

חומרים המשפרים את פעולתם של זרזים נקראים יזמים, או מפעילים(קידום זרזי פלטינה, למשל, מתבצע על ידי הוספת ברזל או אלומיניום).

המנגנון של קטליזה הטרוגנית מורכב יותר. כדי להסביר זאת, נעשה שימוש בתורת הספיחה של קטליזה. פני השטח של הזרז הם הטרוגניים, ולכן יש לו מה שנקרא מרכזים פעילים. חומרים מגיבים נספגים באתרים פעילים. התהליך האחרון גורם להתקרבות המולקולות המגיבות ולהגברת הפעילות הכימית שלהן, מאחר והקשר בין האטומים של המולקולות הנספגות נחלש, המרחק בין האטומים גדל.

מאידך, מאמינים כי ההשפעה המואצת של זרז בקטליזה הטרוגנית נובעת מכך שהמגיבים יוצרים תרכובות ביניים (כמו במקרה של קטליזה הומוגנית), מה שמוביל לירידה באנרגיית ההפעלה.

6.4. שיווי משקל כימי

תגובות בלתי הפיכות והפיכות

תגובות המתמשכות רק בכיוון אחד ומסתיימות בהפיכה מוחלטת של חומרי המוצא לחומרים סופיים נקראות בלתי הפיכות.

בלתי הפיך, כלומר. ממשיכים עד הסוף הן תגובות שבהן

תגובות כימיות שיכולות ללכת בכיוונים מנוגדים נקראות הפיכות.תגובות הפיכות אופייניות הן התגובות של סינתזת אמוניה וחמצון של תחמוצת גופרית (IV) לתחמוצת גופרית (VI):

N 2 + 3 H 2 2 NH 3,

2 SO 2 + O 2 2 SO 3.

בעת כתיבת משוואות התגובות הפיכות, במקום סימן השוויון, שים שני חצים המצביעים לכיוונים מנוגדים.

בתגובות הפיכות, לקצב התגובה הישירה ברגע הזמן הראשוני יש ערך מקסימלי, שיורד ככל שריכוז הריאגנטים הראשוניים יורד. להיפך, לתגובה ההפוכה יש בתחילה קצב מינימלי, שעולה ככל שריכוז המוצרים עולה. כתוצאה מכך, מגיע הרגע שבו קצבי התגובות קדימה ואחורה הופכים להיות שווים ונוצר שיווי משקל כימי במערכת.

שיווי משקל כימי

המצב של מערכת מגיבים שבה קצב התגובה הקדמית משתווה לקצב התגובה ההפוכה נקרא שיווי משקל כימי.

שיווי משקל כימי נקרא גם שיווי משקל אמיתי. בנוסף לשוויון של שיעורי התגובות קדימה ואחורה, שיווי משקל אמיתי (כימי) מאופיין בתכונות הבאות:

חוסר השינוי של מצב המערכת נגרמת על ידי זרימת תגובות ישירות והפוכות, כלומר, מצב שיווי המשקל הוא דינמי;

מצב המערכת נשאר ללא שינוי בזמן אם אין השפעה חיצונית על המערכת;

כל השפעה חיצונית גורמת לשינוי בשיווי המשקל של המערכת; עם זאת, אם ההשפעה החיצונית מוסרת, אזי המערכת חוזרת שוב למצבה המקורי;

• מצב המערכת זהה ללא קשר מאיזה צד המערכת מתקרבת לשיווי משקל - מהצד של חומרי המוצא או מהצד של תוצרי התגובה.

יש להבחין מהמציאות איזון לכאורה. כך, למשל, ניתן לאחסן תערובת של חמצן ומימן בכלי סגור בטמפרטורת החדר לזמן ארוך באופן שרירותי. עם זאת, התחלת התגובה (פריקה חשמלית, קרינה אולטרה סגולה, עליית טמפרטורה) גורמת לתגובת היווצרות המים להתקדם באופן בלתי הפיך.

6.5. העיקרון של לה שאטלייר

ההשפעה של שינויים בתנאים החיצוניים על מיקום שיווי המשקל נקבעת על ידי עקרון לה שאטלה (צרפת, 1884): אם מערכת בשיווי משקל נתונה לפעולה חיצונית כלשהי, אז שיווי המשקל במערכת ישתנה לכיוון של החלשת השפעה זו.

העיקרון של Le Chatelier חל לא רק על תהליכים כימיים, אלא גם על פיסיקליים, כגון רתיחה, התגבשות, פירוק וכו'.

שקול את ההשפעה של גורמים שונים על שיווי המשקל הכימי תוך שימוש בתגובת סינתזת האמוניה כדוגמה:

N 2 + 3 H 2 2 NH 3; ΔH = -91.8 קילו-ג'יי.

השפעת הריכוז על שיווי משקל כימי.

בהתאם לעיקרון של Le Chatelier, עלייה בריכוז החומרים ההתחלתיים מסיטה את שיווי המשקל לכיוון היווצרות תוצרי תגובה. עלייה בריכוז תוצרי התגובה מסיטה את שיווי המשקל לכיוון היווצרות חומרי המוצא.

בתהליך של סינתזת אמוניה שנחשב לעיל, הכנסת כמויות נוספות של N 2 או H 2 למערכת שיווי המשקל גורמת לשינוי בשיווי המשקל בכיוון בו יורד ריכוז החומרים הללו, לכן שיווי המשקל עובר לקראת היווצרות של NH3. הגדלת ריכוז האמוניה מסיטה את שיווי המשקל לכיוון חומרי המוצא.

זרז מאיץ הן את התגובות קדימה והן לאחור באותה מידה, כך הכנסת זרז אינה משפיעה על שיווי המשקל הכימי.

השפעת הטמפרטורה על שיווי משקל כימי

ככל שהטמפרטורה עולה, שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית, וככל שהטמפרטורה יורדת, הוא עובר לכיוון תגובה אקסותרמית.

מידת הסטת שיווי המשקל נקבעת על ידי הערך המוחלט של האפקט התרמי: ככל שהערך של ΔH של התגובה גדול יותר, כך השפעת הטמפרטורה גדולה יותר.

בתגובת סינתזת האמוניה הנבדקת, עלייה בטמפרטורה תעביר את שיווי המשקל לכיוון חומרי המוצא.

השפעת הלחץ על שיווי המשקל הכימי

שינוי בלחץ משפיע על שיווי המשקל הכימי בהשתתפות חומרים גזים. על פי העיקרון של Le Chatelier, עלייה בלחץ מסיטה את שיווי המשקל לכיוון של תגובה המתקדמת עם ירידה בנפח החומרים הגזים, וירידה בלחץ מסיטה את שיווי המשקל לכיוון ההפוך. תגובת סינתזת האמוניה ממשיכה עם ירידה בנפח המערכת (יש ארבעה כרכים בצד שמאל של המשוואה, ושני כרכים בצד ימין). לכן, עלייה בלחץ מסיטה את שיווי המשקל לכיוון היווצרות אמוניה. ירידה בלחץ תעביר את שיווי המשקל לכיוון ההפוך. אם במשוואת התגובה ההפיכה מספר המולקולות של חומרים גזים בחלק הימני והשמאלי שווה (התגובה ממשיכה מבלי לשנות את נפח החומרים הגזים), אז הלחץ אינו משפיע על מיקום שיווי המשקל במערכת זו.