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.