2. Вычисление теплового эффекта реакции при постоянном давлении. Два следствия из закона Гесса.

Первым следствием из закона Гесса мы будем называть тот замечательный факт, что стандартная энтальпия химической реакции равна сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных продуктов:

Для реакции вида

аА+вВ=сС+dD H₂₉₈

стандартная энтальпия реакции равна

.

Здесь следует запомнить, что при работе со стандартной энтальпией образования, из продуктов вычитаются реагенты. Тем, кто не любит запоминать бессмысленные формулы, могу порекомендовать ее запомнить, глядя на схему:

Стандартная энтальпия непосредственной реакции, согласно закону Гесса, равна сумме энтальпий разложения реагентов на простые вещества и формирование из них продуктов реакции. Энтальпия разложения реагентов на простые вещества равна энтальпии образования реагентов с обратным знаком.

Первое следствие из закона Гесса удобно в применении тем, что зная стандартные энтальпии образования веществ (сравнительно небольшое число величин, которые приводят в справочных таблицах) можно вычислить тепловой эффект любой, в том числе и неосуществимой реакции. Стандартная энтальпия образования стала такой же необходимой характеристикой вещества, как его температура плавления или растворимость.

Пример 3

Воспользуемся следствием из закона Гесса, чтобы рассчитать тепловой эффект реакции:

2KClO₃(к)=2KCl(к)+3O₂(г) H₂₉₈

H₂₉₈ = 2H_f,298(KCl)+3H_f,298(O₂)2H_f,298(KClO₃) =

= 2(435,9)+302(391,2)=  89,4 кДж

Иногда в старых справочниках, вместо стандартной энтальпии образования вещества можно встретить стандартную энтальпию его сгорания. Особенно часто стандартную энтальпию сгорания указывают для органических веществ. Действительно, как бы сложно ни была устроена органическая молекула – продукты ее сгорания в избытке кислорода всегда одни и те же: углекислый газ и вода (азот и сернистый газ).

Внимание! Вода в продуктах сгорания берется в жидком состоянии!

На этом свойстве можно составить цикл Гесса:

Возьмем самую вычурную органическую реакцию и сожжем реагенты и продукты в избытке кислорода. Продукты сгорания с обеих сторон уравнения будут одинаковы по составу и количеству, а значит тепловой эффект реакции будет равен сумме тепловых эффектов сжигания реагентов и «собирания» продуктов из оксидов, то есть сжигания продуктов с обратным знаком:

Для реакции вида

аА+вВ=сС+dD H₂₉₈

стандартная энтальпия реакции равна

.

Мы будем называть этот прием вторым следствием из закона Гесса. Следует запомнить, что при расчете энтальпии реакции через стандартные энтальпии сгорания, из реагентов вычитаются продукты.

Обратите внимание, что первое и второе следствия из закона Гесса отличаются знаками, с которыми берутся продукты и реагенты!

Пример 4

Определить стандартную энтальпию реакции при стандартных условиях:

В справочнике находим стандартные энтальпии сгорания всех реагирующих веществ до высших оксидов.

Стандартные энтальпии сгорания воды и углекислого газа, а так же, собственно, кислорода равны нулю, так как эти вещества уже являются высшими оксидами.

= 1192,9(1192,4)0 = 0,5 кДж/моль

В современных справочниках принято приводить стандартную энтальпию образования, а не сгорания, даже для органических веществ. Но почему не указывают обе величины? Для характеристики вещества достаточно только одной, вторая может быть рассчитана из первой с использованием стандартной энтальпии образования углекислого газа и воды.

Стандартные энтальпии сгорания графита и водорода равны стандартным энтальпиям образования углекислого газа и воды соответственно.

Пример 5

Вычислить стандартную энтальпию образования ацетальдегида, зная его стандартную энтальпию сгорания.

Рассмотрим реакцию образования ацетальдегида из простых веществ и применим второе следствие из закона Гесса:

Пример 6

Вычислить стандартную энтальпию сгорания ацетальдегида, зная его стандартную энтальпию образования.

Рассмотрим реакцию сгорания ацетальдегида и применим первое следствие из закона Гесса:

Задачи

14. Вычислите стандартную энтальпию образования карбида кальция, исходя из стандартных энтальпий образования CaO(к), CO(г) и стандартной энтальпии следующей реакции:

CaO(к) + 3C(графит) = CaC₂(к)+ CO(г) Hº₂₉₈= 460 кДж/моль.

15. Определите H₂₉₈ реакции синтеза акриловой кислоты

CHCH(г) + CO(г) + H₂O(ж)  CH₂=CHCOOH(ж) H₂₉₈

при давлении 1,01310⁵ Па и температуре 298 К,

а) если известны стандартные энтальпии образования веществ-участников реакции:

CHCH(г) H_f₂₉₈= 226,90 кДж/моль

CO(г) H_f₂₉₈= 110,60 кДж/моль

H₂O(ж) H_f₂₉₈= 286,03 кДж/моль

CH₂=CHCOOH(ж) H_f₂₉₈= 382,66 кДж/моль

б) если известны стандартные энтальпии сгорания всех веществ, участвующих в реакции:

CHCH(г) H_сгор= 1300,50 кДж/моль

CO(г) H_сгор = 283,18 кДж/моль

CH₂=CHCOOH(ж) H_сгор = 1371,18 кДж/моль

16. Стандартные энтальпии сгорания бензола и ацетилена равны соответственно 3270 и 1302 кДж/моль. Определите стандартную энтальпию превращения ацетилена в бензол:

3С₂H₂(г)= С₆H₆(ж).

17. Стандартная энтальпия сгорания этилового спирта составляет 1409 кДж/моль. Используя справочные данные по неорганическим соединениям, вычислите H₂₉₈ реакции:

2CO(г) + 4H₂(г) = С₂H₅OH(ж) +H₂O(ж).

18. Стандартные энтальпии сгорания -бутилена и бутана соответственно равны 2720,0 и 2880,3 кДж. Найти величины H₂₉₈ реакций

а) 4C(графит) + 4H₂(г) = C₄H₈(г),

б) 4C(графит) + 5H₂(г) = C₄H₁₀(г),

в) C₄H₈(г) + H₂(г) = C₄H₁₀(г),

если стандартные энтальпии образования CO₂(г) и H₂O(ж) соответственно равны 393,5 и 285,6 кДж.

19. Пользуясь справочными данными, найти стандартное изменение энтальпии H₂₉₈ в ходе реакций (при р=1 атм, T=298K);

1	NH4Cl(тв)  NH3(г)+HCl(г)	9	N2(г) + O2(г) 2NO(г)
2	2CO(г)  CO2(г) + C(гр)	10	2CO(г) +2H2(г) CH4(г)+CO2(г)
3	C(гр) + H2O(г)  CO(г) + H2(г)	11	CO2(г) + H2(г)  CO(г) + H2O(г)
4	CO(г) + H2(г)  CH2O(г)	12	N2O4(г)  2NO2(г)
5	CH2O(г) + H2(г)  CH3OH(г)	13	CO(г) + Cl2(г)  COCl2(г)
6	CaCO3(тв)  CaO(тв) + CO2(г)	14	2SO3(г)  2SO2(г) + O2(г)
7	3CO(г)+2H2O(г)CH3OH(г)+2CO2(г)	15	N2(г)+3H2(г) 2NH3(г)
8	2NO2(г)  2NO(г) + O2(г)	16	2СO2(г)  2СO(г) + O2(г)

20. а) Найти стандартную энтальпию сгорания указанных веществ, взяв из справочника стандартную энтальпию образования веществ;

б) Вычислить стандартную энтальпию образования органических веществ, взяв из справочника их стандартные энтальпии сгорания:

1	CH4 (г)	7	C5H12 (г), пентан	13	CH3OH (ж)
2	C2H2 (г)	8	C6H6 (г)	14	CH3OH (г)
3	C2H4 (г)	9	C6H6 (ж)	15	C2H5OH (ж)
4	C2H6 (г)	10	C6H12 (г), циклогексан	16	C2H5OH (г)
5	C3H8 (г), пропан	11	C6H14 (г), гексан	17	C2H5OH (тв)
6	C4H10 (г), бутан	12	C6H5CH3 (г), толуол	18	HCOOH (ж)

21. Вычислите стандартную энтальпию реакции

2H₂S(г)+SO₂(г)=3S(ромб)+2H₂O(г),

если

H₂S(г)+3/2O₂(г)=H₂O(ж)+SO₂(г), H₂₉₈= 561,8 кДж/моль

и H_f,298 SO₂(г), H₂O(г) и H₂O(ж) равны соответственно 296,9, 241,7 и 285,6 кДж/моль.

22. Вычислить стандартную энтальпию образования жидкого н-гептана, если его стандартная энтальпия сгорания равна 4810 кДж/моль, а стандартные энтальпии сгорания углерода и водорода соответственно равны 393 кДж/моль и 285,6 кДж/моль.

23. Стандартная энтальпия образования жидкого анилина (C₆H₅NH₂(ж)) равна 30,1 кДж/моль. Найти стандартную энтальпию сгорания паров анилина, если теплота парообразования его равна 434,9 Дж/г, а стандартные энтальпии образования CO₂(г) и H₂O(ж) соответственно равны 393,5 и 285,6 кДж/моль.