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:
o
4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) +6H2O(c) "H1,298 = -1530,3kJ
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:
4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) +6H2O(c) "Ho = -1168,8kJ
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
377000
o
CP(O2 ) = 31,46 + 0,00339T -
T2
oraz
59000
o
CP(NO) = 29,58 + 0,00385T -
T2
Odpowiednia zależność dla azotu ma prostszą postać, jest to mianowicie funkcja liniowa
o
CP(N2) = 27,87 + 0,00427T
o o
W oparciu o podane wyżej dane oblicz "H1000 oraz "U1000 dla reakcji
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
RozwiÄ…zanie:
A
atwo zauważyć, że równanie powstawania tlenku azotu z azotu i tlenu można
przedstawić jako kombinację obu wymienionych w treści równań opisujących spalanie
amoniaku, czyli
4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) +6H2O(c) "Ho
2,298
o
2N2(g) +6H2O(c) 4NH3(g) + 3O2(g) - "H1,298
-------------------------------------------------------------------
2N2(g) + 2O2(g) 4NO(g) 2"Ho
298
Obliczenie wartości standardowej entalpii tej reakcji w temperaturze 298 K jest więc
niemal formalnością, bowiem jeżeli zgodnie z prawem Hessa
o
2"Ho = "Ho - "H1,298
298 2,298
to nie ma chyba potrzeby wykazywania, że
o
1
"Ho = ("Ho - "H1,298)= 180,75kJ
298 2 2,298
i co za tym idzie
1000
o o
"H1000 = "Ho + dT
298 P
+""C
298
Problem sprowadza się więc do wyznaczenia wartości występującej w ostatnim
0
równaniu całki. Należy w tym celu wyznaczyć wartość "CP , która w rozważanym przypadku
zdefiniowana jest jako
o o o o
"CP = 2 Å" CP(NO) - CP(N2 ) - CP(O2 )
Po uwzględnieniu zależności pojemności cieplnych azotu, tlenu i tlenku azotu(II) od
temperatury powyższe wyrażenie przybiera postać
259000
o
"CP = -0,17 + 0,00004T +
T2
Ostatecznie więc należy obliczyć wartość całki
T2
ëÅ‚ öÅ‚
1 1
o
1
-
P 2
+""C dT = -0,17 Å"(T2 - T1)+ 0,00004(T22 T12)+ 259000 Å" ìÅ‚ T2 - ÷Å‚
ìÅ‚
T1 ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
T1
T2
o
P
+""C dT = 412J
T1
oraz wartość standardowej entalpii reakcji zachodzącej w temperaturze 1000 K.
o
"H1000 = 180750 + 412 = 181162J H" 181,16kJ
Na koniec zaś, należy zauważyć, że z dwóch moli substratów powstają dwa mole
produktów. Oznacza to, że
o o
"U1000 = "H1000
czyli, że towarzysząca reakcji zmiana standardowej energii wewnętrznej równa jest
przyrostowi standardowej entalpii i nie ma potrzeby wykonywania dalszych obliczeń.