2.Закон Гесса и следствия из него. Применение закона Гесса для расчета изменения энтальпии в химических реакциях.
В основе термохимических расчетов лежит закон, открытый русским ученым Г. И. Гессом в 1840 г. Закон гласит: тепловой эффект реакции зависит от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода (из начального состояния в конечное).
Или иначе: тепловое эффект реакции равен алгебраической сумме тепловых эффектов всех его промежуточных стадий:
ΔН = ΔН1 + ΔН2.
Рассмотрим пример получения диоксида углерода СО2 из графита, которую можно представить в виде ряда последовательных реакций, каждая из которых сопровождается своим тепловым эффектом (изменением энтальпии):
С(графит) + 1/2О2(г) = СО(г) ΔН1 I стадия.
СО(г)+1/2О2(г)= СО2(г) ΔН2 II стадия.
Или суммарно:
С(графит) + О2(г) = СО2(г)ΔН.
Очевидно:
ΔН = ΔН1 + ΔН2 или ΔН1 + ΔН2 + (–ΔН) = 0.
Это обозначает, что если все три процесса удовлетворяют требованию Тисх.= Тконечн. и Рисх. = Рконечн., то не зависимо от того, сгорает графит сразу в СО2 или сначала в СО, а затем СО в СО2, тепловой эффект будет одним и тем же.
Следствия из закона Гесса:
1.Если в результате последовательных химических реакций система приходит в состояние, полностью совпадающее с исходным (круговой процесс), то сумма тепловых эффектов этих реакций будет равна нулю.
2.Тепловой эффект реакций (ΔНх.р.) равен сумме теплот образования (или ΔНобр.) конечных веществ (ΔНконеч. в-в) за вычетом суммы теплот образования исходных веществ (ΔНисх. в-в):
ΔНх.р. = Σ ΔНпрод. р-ции – Σ ΔНисх. в-в.
Реакции, в которых образуется 1 моль вещества из соответствующих ему простых веществ, взятых в определенном состоянии (как правило, наиболее устойчивом при данной температуре и нормальном давлении), образуются сложные называются реакциями образования этого вещества, а тепловые эффекты или энтальпии им соответствующие называются соответственно теплотами или энтальпиями образования. Например, вышеприведенная реакция представляет собой реакцию образования кристаллического карбоната кальция, а ее теплота и энтальпия равны теплоте и энтальпии образования этого вещества. Экспериментально определенные энтальпии образования табулированыобобщены в термодинамических таблицах и отнесены к стандартным условиям: температуре 25oС (27398,15 К) и давлению 1 атм.
Расчеты тепловых эффектов химических реакций основаны на применении закона Гесса (1836 г.): Тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении и объеме, не зависит от способа ее проведения, а зависит лишь от начального и конечного состояния реагирующих веществ.
Например, растворение безводного сульфата меди:
CuSO4,к + nH2Oж = CuSO4,р-р + Q (2.1)
Н = – Q
можно представить в виде как сумму двух последовательно протекающих процессов:
Образование из CuSO4,к и воды кристаллогидрата CuSO4 .5H2Oк:
CuSO4,к + 5Н2Ож = CuSO4 . 5H2Oк + Q1 (2.2)
Н1 = – Q1
Растворение кристаллогидрата CuSO4 .5H2Oк
CuSO4 .5H2Oк + (n – 5)H2Oж = CuSO4, р-р + Q2- (2.3)
Н2 = – Q2
Тогда, согласно закону Гесса, тепловой эффект или энтальпия растворения безводной соли (2.1) должны быть численно равняться сумме теплот или энтальпий образования кристаллогидрата (2.2) и его растворения (2.3): .
Q = Q1 + Q2 (2.4 а)
Н = Н1 + Н2 (2.4 б)
Значения теплоты растворения безводной соли Q и кристаллогидрата Q2 известны и составляют 66,11 и –11,5 кДж соответственно. Тогда тепловой эффект реакции образования кристаллогидрата может быть рассчитан по формуле:
Q1 = Q – Q2 = 66,11 кДж – (–11,51 кДж) = 77,69 кДж, (2.5)
соответственно энтальпия равна Н1 = –77,69 кДж.
Реакция образования кристаллогидрата является экзотермической.
Наиболее важное для практики следствие закона Гесса: - энтальпия химической реакции равна разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции минус и суммой энтальпийи образования исходных веществ (реагентов).
