Основы термохимии (т/х) Закон Гесса. Термохимические расчеты

Термохимия – раздел химической термодинамики, в котором рассматривается применение I начала термодинамики для вычисления тепловых эффектов различных процессов.

Мы остановимся на одном из частных процессов – химических реакциях.

Тепловых эффектом химической реакции называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при реакции (Q).

При изобарно-изотермических условиях (при которых осуществляется большинство химических реакций) тепловой эффект равен изменению энтальпии, взятом с противоположным знаком. Изменение знака связано с тем, что при выделении энергии в окружающую среду теплосодержание самой системы уменьшается.

Термодинамическая система знаков

две системы знаков

термохимическая система знаков

Q > 0

Q < 0

экзотермические

эндотермические

Реакции

ΔH > 0

ΔH < 0

.

Теоретическую основу термохимии составляет закон Гесса

Сущность закона Гесса – “тепловой эффект химической реакции не зависит от пути протекания процесса, а зависит лишь от начального и конечного состояния системы”.

Закон Гесса, а также следствие из закона Гесса, применяется для термохимических расчетов, т.е. расчетов тепловых эффектов химических реакций.

Для термохимических расчетов используют не классические химические уравнения, а термохимические уравнения, в которых указывается агрегатное состояние, величина и знак теплового эффекта (в виде Q или ΔH) , который относится к 1 молю продукта реакции, поэтому коэффициенты могут быть дробными.

Н_2(Г) + 1/2О_2(Г) = Н₂О_(Ж) ; ΔН = - 286 кДж

А_(Г) + В_(Г) = АВ_(Ж) , ΔН;

Пример:

Докажем на примере реакции окисления Fe (при Р = const)

2Fe _{( T )} + 3/2O_{2 ( Г )} = Fe₂O_{3 ( T )} , ΔН ₁ (1)

Возможен другой путь:

2Fe _{( T )} + O_{2 ( Г )} = 2FeO _{( T )} , ΔН ₂ (2)

2FeО_{( T )} + 1/2O_{2 ( Г )} = Fe₂O_{3 ( T )} , ΔН ₃ (3)

алгебраически суммируем две эти реакции (при этом тепловые эффекты также суммируются) и сократим одинаковые слагаемые, в результате этого получим:

2Fe _{( T )} + 3/2O_{2 ( Г )} = Fe₂O_{3 ( T )} , ΔН ₂ + ΔН ₃ (4)

Левые части уравнений (1) и (4) совпадают, отсюда в соответствии с законом Гесса получаем:

ΔН ₁ = ΔН ₂ + ΔН ₃

(то есть действительно, тепловой эффект реакции не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы).

Из чего складывается тепловой эффект химической реакции ?

Ответ на этот вопрос дает одно из следствий из закона Гесса: “тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ”.

ΔН = Σ ν ΔН _f - Σ ν ′ ΔН _f

продукты исход. в-ва

где ν и ν ′ - стехиометрические коэффициенты, соответственно для продуктов реакции и исходных веществ.

(f – formation, образование)

В этом определении прозвучало новое понятие: теплота (или энтальпия) образования (ΔН _f ) – энтальпия образования соединений – количество теплоты, необходимое для образования 1 моль вещества из простых веществ.

Теплоты образования простых веществ принимаются равными 0, то есть ΔН _f (для простых веществ ) = 0.

Чтобы иметь возможность сравнивать различные по природе процессы, используют стандартные теплоты образования веществ.

Стандартное состояние вещества:

1. принимают наиболее устойчивое состояние вещества;

2. Р = 1 атм,

Т = 25⁰ С (298 К).

Стандартная теплота образования (или стандартная энтальпия образования) – это энтальпия образования 1 моль вещества из простых веществ в стандартных условиях.

Стандартные энтальпии образования различных соединений можно найти в термодинамических таблицах.

Следует отметить, что данное следствие из закона Гесса справедливо для всех функций состояния.

Таким образом, I начало термодинамики позволяет составить энергетические балансы процессов, что немаловажно. Однако его недостаточность заключается в отсутствии данных о направленности процессов и возможности их протекания. Ответы на эти вопросы дает II начало термодинамики.