3. Закон Гесса і наслідки із нього. Розрахунки теплових ефектів хімічних реакцій.

Термохімічні розрахунки виконують за законом Гесса: тепловий ефект хімічної реакції при постійному тиску або об’ємі не залежить від способу її проведення, а залежить лише від початкового та кінцевого стану реагуючих речовин.

Найважливішим законом, що лежить в основі термохімічних обчислень, є закон суми теплових ефектів, відкритий і експериментально перевірений російським вченим Гессом (1840).

Тепловий ефект хімічної реакції, що протікає при р = const, або V = const (тобто зміна ентальпії або внутрішньої енергії системи в результаті реакції), залежить тільки від початкового і кінцевого полягання беруть участь в реакції речовин і не залежить від проміжних стадій процесу. Іншими словами, сумарний тепловий ефект реакції ∆Н рівний, сумі теплових ефектів окремих стадій:

∆Н = ∆Н₁ + ∆Н₂ – для двох стадійної реакції.

Для розрахунку теплового ефекту реакцій використовують термохімічні рівняння, у яких зазначено тепловий ефект реакції та агрегатний стан речовин, який позначають символами „г”, „р”, „т” або „к” відповідно – газоподібний, рідкий, твердий або кристалічний.

Наслідки із закону Гесса:

1. Стандартний тепловий ефект реакції ∆Н⁰ рівний сумі (стандартних) теплот утворення продуктів реакції ∑∆Н⁰_прод. За вирахуванням суми (стандартних) теплот утворення початкових речовин ∑∆Н⁰_ісх.

∆Н⁰_{реакции} = ∑ ∆Н⁰_прод. * n_n - ∑ ∆Н⁰_ісх. * n_ісх, де

n_n і n_ісх – число молей кожного з продуктів і початкових речовин,або

аА + вВ = сС + dD

H =(dH_утв.D + сH_{утв. С} )  (аН_утв..А + вН_{утв. В}).

2. Тепловий ефект зворотної реакції рівний тепловому ефекту прямою із зворотним знаком:

Із закону Гесса випливає ряд наслідків.

3 Тепловий ефект розкладу хімічної сполуки дорівнює за абсолютною величиною, і протилежний за знаком тепловому ефекту утворення цієї сполуки (закон Лавуаз’є-Лапласа):

H_pозкл = –Н_утв

Наприклад,

½Н2 + ½І2 = НІ ∆Н1 = – 26,6 кДж;

НІ = ½Н2 + ½І2 ∆Н2 = 26,6 кДж.

4. Якщо здійснюються дві реакції, що приводять із різних початкових до однакових кінцевих станів, то різниця між їх тепловими ефектами являє собою тепловий ефект переходу з одного початкового стану в інший. Це дозволяє обчислювати процеси, які ми не маємо можливості практично здійснити.

Наприклад, перетворення графіту в алмаз:

C(графіт) + О2(г) = СО2 ∆Н1 = – 393,5 кДж

C(алмаз) + О2(г) = СО2 ∆Н2 = – 395,33 кДж

C(графіт) → C(алмаз) ∆Н1 – ∆Н2 = 1,83 кДж

5. Якщо відбуваються дві реакції, які приводять із однакових початкових до різних кінцевих станів, різниця між їх тепловими ефектами являє собою тепловий ефект переходу з одного кінцевого стану в інший.

Стандартною ентальпією утворення називається кількість теплоти, яка виділяється або поглинається при утворенні 1 моль речовини з простих речовин.

Домовлено, що стандартний стан у термохімії відповідає таким умовам: чиста речовина, тиск 101,325 кПа, температура 298 К. Стандартні ентальпії утворення простих речовин, які перебувають у стабільній модифікації, дорівнюють нулю.

Для деяких сполук неможливо здійснити реакцію утворення їх із простих речовин. Таким чином, неможливо визначити ентальпію їх утворення. Тому, для таких речовин визначають ентальпію згоряння.

Стандартною ентальпією згоряння називають тепловий ефект реакції окиснення 1 моль речовини газоподібним киснем з утворенням відповідних продуктів згоряння за стандартних умов. Теплота згоряння позначається символом . Індекс с – початкова буква слова combustion (згоряння). Стандартні теплоти згоряння вищих оксидів у стійких станах приймаються рівними нулю.

Термохімічні рівняння можна додавати (віднімати) одне до одного разом з їх тепловими ефектами, як алгебраїчні рівняння.

Закон Гесса поширюється не тільки на різноманітні хімічні реакції, а й на фізико-хімічні процеси, які супроводжуються енергетичними ефектами, такими як: фазові перетворення (плавлення, випаровування, конденсація, кристалізація), розчинення. У випадку оборотних фізико-хімічних процесів, так званих міжфазових переходів, ентальпії прямих і зворотних процесів чисельно рівні між собою.

Контрольні питання:

1. Дайте характеристику внутрішній енергії та ентальпії.

2. Охарактеризуйте механізм перебігу екзо- та ендотермічних реакцій.

3. Дайте характеристику закону Гесса та його наслідкам.

4. Як розраховується тепловий ефект хімічної реакції?

5. Розрахувати тепловий ефект хімічної реакції на прикладах:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О + H;

СаО + Н₂О = Са (ОН)₂ +H.

Домашнє завдання:

Опрацювати :

Література