SPALANIE NH3(g) I SYNTEZA NO(g) W zależności od ilości tlenu reakcja spalania amoniaku może przebiegać według jednego z przedstawianych niżej schematów. W przypadku gdy produktami spalania są azot oraz woda reakcja przebiega zgodnie z równaniem: NH

4

( )

g + O

3

( )

g → N

2 ( )

g + H

6

(

O c)

Ho

∆

= −

kJ

3

,

1530

3

2

2

2

,

1 298

Reakcja ta odpowiada tak zwanemu standardowemu ciepłu spalania amoniaku.

Produktem spalania amoniaku może być również tlenek azotu(II). Proces taki wymaga większej ilości tlenu, a jego przebieg opisuje równanie: NH

4

( )

g + O

5

( )

g →

(

NO

4

)

g + H

6

(

O c) kJ

Ho

∆

= −

8

,

1168

3

2

2

,

2 298

Wiadomo

też, że w szerokim zakresie temperatur, bo od 298 aż do 2500 K zależność molowych pojemności cieplnych tlenu i tlenku azotu(II) od temperatury opisują równania o

377000

C (O ) =

46

,

31

+ 00339

,

0

T −

P

2

2

T

oraz

o

59000

C NO

(

) =

58

,

29

+ 00385

,

0

T −

P

2

T

Odpowiednia zależność dla azotu ma prostszą postać, jest to mianowicie funkcja liniowa Co N

(

) =

87

,

27

+

T

00427

,

0

P

2

W oparciu o podane wyżej dane oblicz o

H

∆

oraz

o

U

∆

dla reakcji

1000

1000

N ( )

g + O ( )

g →

(

NO

2

)

g

2

2

Rozwiązanie:

Łatwo zauważyć, że równanie powstawania tlenku azotu z azotu i tlenu można przedstawić jako kombinację obu wymienionych w treści równań opisujących spalanie amoniaku, czyli

NH

4

( )

g + O

5

( )

g →

(

NO

4

)

g + H

6

(

O c)

o

H

∆

3

2

2

,

2 298

N

2 ( )

g + H

6

(

O c) → NH

4

( )

g + O

3

( )

g -

o

H

∆

2

2

3

2

,

1 298

-------------------------------------------------------------------

N

2 ( )

g + O

2

( )

g →

(

NO

4

)

g

o

2 H

∆

2

2

298

Obliczenie wartości standardowej entalpii tej reakcji w temperaturze 298 K jest więc niemal formalnością, bowiem jeżeli zgodnie z prawem Hessa

o

o

o

2 H

∆

= H

∆

− H

∆

298

,

2 298

,

1 298

to nie ma chyba potrzeby wykazywania, że Ho

1

∆

= ∆

− ∆

=

298

2 ( Ho

Ho

,

2 298

,

1 298 )

kJ

75

,

180

i co za tym idzie

1000

∆ o

H

= ∆ o

H

+

C dT

1000

298

∫∆ oP

298

Problem

sprowadza

się więc do wyznaczenia wartości występującej w ostatnim równaniu całki. Należy w tym celu wyznaczyć wartość 0

C

∆

, która w rozważanym przypadku P

zdefiniowana jest jako Co

∆

= 2 ⋅ Co NO

(

) − Co N

(

) − Co (O )

P

P

P

2

P

2

Po

uwzględnieniu zależności pojemności cieplnych azotu, tlenu i tlenku azotu(II) od temperatury powyższe wyrażenie przybiera postać o

000

259

C

∆

= − 17

,

0

+ 00004

,

0

T +

P

2

T

Ostatecznie więc należy obliczyć wartość całki T2 ∆ o

C dT = − 17

,

0

⋅

1

1

T

T

00004

,

0

T

T

259000

P

( −

2

)+

∫

1

1

2

( 2 − 2

2

1 )





+

⋅  − 

T

T

T1

 2

1 

2

T

Co

∆ dT =

J

412

∫

P

1

T

oraz wartość standardowej entalpii reakcji zachodzącej w temperaturze 1000 K.

Ho

∆

= 180750 + 412 =

J

181162 ≈

kJ

16

,

181

1000

Na koniec zaś, należy zauważyć, że z dwóch moli substratów powstają dwa mole produktów. Oznacza to, że o

o

U

∆

= H

∆

1000

1000

czyli, że towarzysząca reakcji zmiana standardowej energii wewnętrznej równa jest przyrostowi standardowej entalpii i nie ma potrzeby wykonywania dalszych obliczeń.