Объясните, почему реакция горения метана в избытке кислорода экзотермическая и как рассчитать тепловой эффект реакции по стандартным энтальпиям образования
Объясните, почему реакция горения метана в избытке кислорода экзотермическая и как рассчитать тепловой эффект реакции по стандартным энтальпиям образования
Похожие вопросы
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Коротко почему экзотермическая: при горении разрушаются связи в реагентах и образуются новые, более прочные и более энергетически выгодные связи в продуктах (в частности сильные связи C=O в CO2\mathrm{CO_2}CO2 и O–H в H2O\mathrm{H_2O}H2 O). Энергия, высвобождаемая при образовании этих связей, превосходит энергию, затраченную на разрыв исходных связей, поэтому реакция даёт выделение тепла. Наличие избытка O2\mathrm{O_2}O2 не меняет теплового эффекта на 1 моль CH4\mathrm{CH_4}CH4 , потому что лишний кислород не расходуется.
Расчёт теплового эффекта по стандартным энтальпиям образования:
ΔHrxn∘=∑productsνiΔHf∘(i)−∑reactantsνjΔHf∘(j). \Delta H^\circ_{rxn}=\sum_{products}\nu_i\Delta H^\circ_f(i)-\sum_{reactants}\nu_j\Delta H^\circ_f(j).
ΔHrxn∘ =products∑ νi ΔHf∘ (i)−reactants∑ νj ΔHf∘ (j).
Для этой реакции (при стандартных условиях, если вода конденсируется в жидкость) подставим типичные стандартные значения:
ΔHf∘(CH4,g)=−74.8 kJ/mol,ΔHf∘(O2,g)=0,ΔHf∘(CO2,g)=−393.5 kJ/mol, \Delta H^\circ_f(\mathrm{CH_4,g})=-74.8\ \text{kJ/mol},\quad
\Delta H^\circ_f(\mathrm{O_2,g})=0,\quad
\Delta H^\circ_f(\mathrm{CO_2,g})=-393.5\ \text{kJ/mol},
ΔHf∘ (CH4 ,g)=−74.8 kJ/mol,ΔHf∘ (O2 ,g)=0,ΔHf∘ (CO2 ,g)=−393.5 kJ/mol, ΔHf∘(H2O,l)=−285.8 kJ/mol. \Delta H^\circ_f(\mathrm{H_2O,l})=-285.8\ \text{kJ/mol}.
ΔHf∘ (H2 O,l)=−285.8 kJ/mol.
Тогда
ΔHrxn∘=[−393.5+2(−285.8)]−[−74.8+2⋅0]=−393.5−571.6+74.8=−890.3 kJ/mol. \Delta H^\circ_{rxn}=[-393.5+2(-285.8)]-[-74.8+2\cdot 0]=-393.5-571.6+74.8=-890.3\ \text{kJ/mol}.
ΔHrxn∘ =[−393.5+2(−285.8)]−[−74.8+2⋅0]=−393.5−571.6+74.8=−890.3 kJ/mol.
Если вода остаётся в газовой фазе (используется ΔHf∘(H2O,g)=−241.8 kJ/mol\Delta H^\circ_f(\mathrm{H_2O,g})=-241.8\ \text{kJ/mol}ΔHf∘ (H2 O,g)=−241.8 kJ/mol), то
ΔHrxn∘=[−393.5+2(−241.8)]−[−74.8]=−393.5−483.6+74.8=−802.3 kJ/mol. \Delta H^\circ_{rxn}=[-393.5+2(-241.8)]-[-74.8]=-393.5-483.6+74.8=-802.3\ \text{kJ/mol}.
ΔHrxn∘ =[−393.5+2(−241.8)]−[−74.8]=−393.5−483.6+74.8=−802.3 kJ/mol.
Вывод: горение метана даёт большой отрицательный ΔHrxn∘\Delta H^\circ_{rxn}ΔHrxn∘ (порядка −890-890−890 кДж/моль при конденсации воды), поэтому реакция экзотермическая.