§ 4.3. Закон гесса

Закон Гесса - основний закон термохімії (1840 р.):

Тепловий ефект хімічної реакції не залежить від механізму перебігу реакції, а залежить лише від природи і фізичного стану вихідних речовин і продуктів реакції (за умови V=const;P=const).

Проілюструємо закон Гесса на прикладі.

Димер оксиду азоту (IV) може бути отриманий декількома способами.

По-перше: 1)N₂ + O₂ = 2NO, H₁= 180900 Дж/моль;

2) 2NO + O₂ = 2NO₂, H₂= -77100 Дж/моль;

3) 2NO₂ = N₂O₄, H₃=-10800 Дж/моль.

По-друге:

4. N₂+ 2O₂ = N₂O₄, H₄=93000 Дж/моль.

H₁ + H₂ + H₃ = H₄.

Більш наочно графічне вираження цих процесів:

Рис. 6

Оскільки у визначення ентальпії входить внутрішня енергія, то абсолютне значення ентальпії системи (чи будь-якої речовини) невідомо. Тому ентальпію речовини характеризують ентальпіями утворення і згоряння.

Н⁰_f,298 (стандартна ентальпія утворення)– це теплота реакції утворення речовини (Х) із простих речовин (чи елементів) за стандартних умов: прості речовиниХ.

Н⁰_f,298 (стандартна ентальпія утворення) – це теплота реакції утворення складної речовини із простих речовин (чи елементів) за стандартних умов.

Наприклад, стандартна ентальпія утворення диоксиду карбона Н⁰_f,298 дорівнює -зміні ентальпії утворення 1моль диоксиду карбона із простих речовин Карбону(С) і кисню () під час хімічної взаємодії за стандартних умов:

Її визначають експериментально і заводять у таблиці ( табл.2).

Для простих речовин Н⁰_f,298 дорівнює нулю (у стійких агрегатних станах).

Н⁰_зг (стандартна ентальпія згоряння)– теплота, яка виділяється призгорянні 1моля речовини до вищих оксидів (з максимальним ступенем окиснення) за стандартних умов: Х + О₂оксиди (з максимальним ступенем окислювання).

Значення Н⁰_f,298 і Н⁰_згмістяться в довідкових таблицях.

Ентальпії багатьох реакцій не піддаються експериментальному визначенню, тому що їх проведення в лабораторних умовах неможливо. Наприклад, у лабораторних умовах неможливо визначити ентальпію утворення етанола, тому що його неможливо синтезувати з атомів С, Н, О.Ентальпії подібних реакцій можуть бути обчислені по відомих ентальпіях інших реакцій за допомогою одного з наслідків закону Гесса.

Наслідки із закону Гесса

Тепловий ефект хімічної реакції може бути знайдений як різниця між сумою теплот утворення продуктів реакції та сумою теплот утворення вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.

Н_х.р. = Н⁰_f,298 продуктів реакції – Н⁰_f,298 вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.

Тепловий ефект хімічної реакції може бути знайдений як різниця між сумою теплот згоряння вихідних речовин та сумою теплот згоряння продуктів реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.

Н_х.р. = Н⁰_{298(згор)} вихідних речовин– Н⁰_{298(згор)} продуктів реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.

 – грецька буква сігма, що позначає математичну операцію підсумовування.

Задача:Визначити стандартну ентальпію утворенняН⁰_f,298 (РН₃),виходячи з рівняння.

2РН_3(Г) + 4О_2(Г) = Р₂О_5(Т) + 3Н₂О _(Р), Н_х.р = -2360 кДж.

Розв’язок:

Н_х. _р. = [Н⁰_f,298 (Р₂О_5(Т)) +3Н⁰_f,298 (Н₂О _(Р))] - 2Н⁰_f,298 (РН₃);

2Н⁰_f,298 (РН₃)= [Н⁰_f,298 (Р₂О_5(Т))+3Н⁰_f,298 (Н₂О _(Р))] - Н⁰_х.р.,

Н⁰_f,298(Р₂О_5(Т)) = -1492 кДж/моль, Н⁰_f,298 (Н₂О (р)) = -285,8 кДж/моль.

2Н⁰_f,298 (РН₃)= [-1492 + 3(-285,8)] – (-2360)= 10.6 кДж/моль.

Н⁰_f,298 (РН₃)= 10,6/2=5,3 кДж/моль.

(т) – твердий агрегатний стан, (р) – рідкий агрегатний стан, (г) – газоподібний агрегатний стан.

Не тільки хімічні, але і фізико-хімічні процеси можуть супроводжуватися виділенням чи поглинанням теплоти.(дивись с….)

Питання для самоконтролю

1.Що вивчає хімічна термодинаміка?

2.Що визначають наступні основні поняття розділу «хімічна термодинаміка»:

а) термодинамічна система, види систем;

б) термодинамічні параметри;

в) процес, класифікація процесів;

г) цикл;

д) термодинамічні функції?

3. Як формулюється та записується перший закон термодинаміки?

4.Визначте поняття «ентальпія» .

5. Що вивчає термохімія?

6.Сформулюйте закон Гесса. Які існують наслідки з цього закону ?