Тепловые эффекты химических реакций Закон Гесса. Вычисление теплового эффекта химической реакции при обычных условиях

При отсутствии полезной работы, теплота подводимая к системе, расходуется только на увеличение, внутренней энергии (V = const) или энтальпии (P = const).

, где

.

Закон Гесса: «Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути процесса, а определяется лишь состоянием исходных и конечных веществ в ней участвующих.»

Тепловым эффектом называется количество выделенной или поглощенной теплоты при следующих условиях: система совершает только работу расширения, объем или давление остаются постоянными, температуры исходных и конечных веществ одинаковы, реакция протекает практически до конца.

Закон Гесса широко применяется для вычисления тепловых эффектов химических реакций. Тепловой эффект может быть вычислен различными методами: алгебраическим суммированием термохимических уравнений реакций, графическим методом, по энтальпиям образования и по энтальпиям сгорания.

Вычисление теплового эффекта методом алгебраического суммирования термохимических уравнений

Термохимическими называют уравнения реакций, в которых около символов химческих соединений указываются агрегатные состояния этих соединений (s – твердое вещество, l – жидкость, g – газ, aq – водный раствор) или кристаллическая модификация и в правой части уравнения указываются численные значения тепловых эффектов. Согласно закону Гесса, с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с математическими.

Пример

Тепловые эффекты реакций при 0°С и давлении 1 атм:

Вычислить при тех же условиях тепловой эффект реакции

Чтобы получить уравнение с неизвестным тепловым эффектом нужно

из уравнения (1) вычесть уравнение (2):

и из полученного результата вычесть уравнение (3):

получим

Вычисление теплового эффекта графическим методом (методом термохимических схем)

Например, реакцию образования диоксида углерода из углерода и кислорода можно провести через промежуточную стадию образования СО:

Из термохимической схемы следует, что Q₁ + Q₂ = Q₃. Таким образом, зная 2 тепловых эффекта, всегда можно вычислить третий.

Вычисление теплового эффекта по стандартным энтальпиям образования

Энтальпией образования называют изменение энтальпии (тепловой эффект при Р = cоnst) при образовании одного моля данного вещества из простых веществ в устойчивых состояниях. Энтальпии образования этих простых веществ равны нулю.

Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм энтальпий образования конечных и исходных веществ.

Для различных веществ в стандартных состояниях (Р = 1,01310⁵ Па) энтальпии образования обозначаются , кДж/моль или кКал/моль и приведены в справочниках физико-химических величин.

Пример. Вычислить тепловой эффект реакции 4NH_3(g) + 5O_2(g) = 6H₂O_(g) + 4NO_(g) при 298 K.

1. Составить таблицу справочных данных, необходимых для расчета:

Компонент	NH3(g)	O2(g)	H2O(g)	NO(g)
, кДж/моль	−45,94	0	−241,81	91,26

2. Составить уравнение для расчета теплового эффекта реакции и произвести необходимые вычисления:

Вычисление теплового эффекта реакций в водных растворах по стандартным энтальпиям образования

Пример. Вычислить тепловой эффект реакции K₂SO_4(aq) + 2AgNO_3(aq) = 2KNO_3(aq) + Ag₂SO_4(s) протекающей в водном растворе, при 298 K.

Для решения задачи следует перейти от молекулярного уравнения реакции к сокращенному ионному уравнению. При составлении ионного уравнения реакции следует учитывать, что малорастворимые соединения, слабые электролиты (кислоты, основания), оксиды, газообразные вещества на ионы не диссоциируют.

1. Составить полное ионное уравнение для этой реакции, учитывая, что хлорид серебра относится к малорастворимым соединениям (осадок):

.

2. Сократив одинаковые компоненты по обе стороны уравнения, получить сокращенное ионное уравнение:

.

3. Составить таблицу справочных данных, необходимых для расчета:

Компонент	Ag2SO4(s)
, кДж/моль	−715,88	105,75	−909,26

4. Составить уравнение для расчета теплового эффекта реакции и произвести необходимые вычисления: