Разберем данный вопрос на примере образования углекислого газа из простых веществ. Превращение можно провести по реакции

С_(к) + O_2(г) = СО_2(г), ΔH⁰₂₉₈ = –393,5 кДж/моль,

или через промежуточный продукт (СО) в две реакции:

С_(к) + ½O_2(г) = СО_(г), ΔH⁰₂₉₈ = –110,5 кДж/моль,

СО_(г) + ½O_2(г) = СО_2(г), ΔH⁰₂₉₈ = –283,0 кДж/моль.

Из приведенных значений тепловых эффектов видно, что независимо

от того, в одну или в две реакции осуществляется данное превращение, суммарный тепловой эффект одинаков и составляет 393,5 кДж/моль.

На практике широко используется следствия из закона Гесса:

1) Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ (с учетом стехиометрических коэффициентов в виде соответствующих множителей):

DН реакции = SniDНобр. продуктов – SnjDНисх. веществ.

(10.4)

2) Тепловой эффект реакции равен разности между суммой энтальпий сгорания исходных веществ и суммой энтальпий сгорания продуктов реакции (с учетом стехиометрических коэффициентов в виде соответствующих множителей):

DН реакции = SnjDНсгорания исх. веществ – SniDНсгорания обр. продуктов.

(10.5)

Закон Гесса и его следствия можно применять не только для химических превращений, но и для расчета тепловых эффектов фазовых переходов: плавления, кипения, кристаллизации, растворения и др.

Примеры расчета

1) Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением:

С₂Н_6(г) + 3¹/₂О₂ = 2СО_2(г) + 3Н₂О_(ж), DН⁰₂₉₈ = – 1559,87 кДж.

Вычислите энтальпию (теплоту) образования этана.

Решение

Применим следствие из закона Гесса:

DН⁰₂₉₈ = [2DН⁰₂₉₈(СО₂) + 3DН⁰₂₉₈(Н₂О_ж)] – [DН⁰₂₉₈(С₂Н₆) + 3¹/₂DН⁰₂₉₈(О₂)].

Подставляя табличные значения, получаем

DН⁰₂₉₈(С₂Н₆) = 2(– 393,51) + 3(– 285,84) + 1559,87 = – 84,67 кДж/моль.

Ответ: DН⁰₂₉₈(С₂Н₆) = – 84,67 кДж/моль.

2) Рассчитать количество тепла, необходимое для испарения 1 л воды.

Решение

Запишем уравнение фазового перехода H₂O_(ж) = H₂O_(г).

Применим следствие из закона Гесса:

ΔН⁰_{298 исп.}(Н₂О_ж) = ΔН⁰₂₉₈(Н₂О_г) – H⁰₂₉₈(Н₂О_ж) = –241,8 – (–285,8)

= +44 кДж/моль.

n(Н₂О_ж) = m ∕ M = 1000∕18 = 55,6 моль.

Для испарения 1 л воды потребуется 44·55,6=2446,40 кДж.

На примере реакции нейтрализации покажем методику экспериментального определения тепловых эффектов химических реакций.

Реакции нейтрализации относится к наиболее распространенным в химии реакциям. Они протекают при взаимодействии кислот с основаниями. Рассмотрим данную реакцию на примере взаимодействия сильной кислоты с сильным основанием:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O – молекулярная форма,

H⁺ + Cl^– + Na⁺ + OH^– = Na⁺ + Cl^– + H₂O – полная ионная форма,

H⁺ + OH^– = Н₂O – сокращенная ионная форма.

Термохимическое уравнение данной реакции имеет вид:

H⁺_(p) + OH^–_(p) = H₂O_(ж), DН⁰₂₉₈ = –57,2 кДж/моль.

Экспериментальное определение теплового эффекта данной реакции проводится на калориметрической установке. В ходе реакции выделяется энергия, которая расходуется на нагрев содержимого калориметра, в результате чего его температура повышается. Вычислив изменение температуры (∆t) и зная теплоемкости всех частей калориметра или постоянную калориметра, можно найти количество выделившейся энергии.

Дата добавления: 2014-01-04