Стандартные тепловые эффекты

Для удобства сопоставления тепловых эффектов, а также других термодинамических функций вводится представление о стандартном состоянии вещества. Для твердых и жидких веществ в качестве стандартных состояний принимаются их устойчивые состояния при внешнем давлении 1 атм и температуре 25°С (298,15К). Например, S(ромб.), С(гр), Н₂О(ж). Для воды иногда гипотетически используется пар. Для газов в качестве стандартных состояний принимается состояние идеального газа при парциальном давлении 1 атм и температуре 25°С (298,15К).

Например, для реакции образования воды:

Н₂ + ½ О₂ = Н₂О (ж) DН°₂₉₈ = − 286,9 кДж/моль

Н₂ + ½ О₂ = Н₂О (пар) DН°₂₉₈ =− 242,8 кДж/моль

Верхний значок (°) указывает на стандартные состояния всех участников реакции, а нижний индекс 298 – на то, что реакции проводятся при стандартной температуре. Иногда нижний индекс опускается.

Все компоненты взяты здесь в стандартных состояниях. Различие DН° воды и пара определяется тепловым эффектом фазового перехода жидкой воды при р =1атм в гипотетический пар при 1 атм. и 298К.

Рассмотрим иллюстрацию закона Гесса еще на одном примере.

Известно:

1) С (графит) +О₂ = СО₂; DН⁰₁ = − 395018 Дж;

2) СО + ½ О₂ = СО₂ DН⁰₂ = − 284080 Дж;

Найти DН⁰ для следующих реакций:

3) С (графит) + ½ О₂ = СО; DН⁰₃ =?

4) С (графит) + СО₂ = 2СО DН⁰₄ =?

На основании исходных данных удобно составить схему возможных путей образования СО₂:

По закону Гесса

DН⁰₃ = DН⁰₁ - DН⁰₂

К такому же результату можно прийти, учитывая, что уравнение реакции (3) можно получить, вычитая из уравнения (1) уравнение (2). Аналогичная операция с тепловыми эффектами даст

DН⁰₃ = DН⁰₁ − DН⁰₂ = - 110930 Дж.

Для получения уравнения (4) надо вычесть из уравнения (1) уравнение (2), умноженное на 2. Поэтому

DН⁰₄ = DН⁰₁ − 2DН⁰₂ = 173342 Дж.

Таким образом, с уравнениями реакций можно проводить простейшие математические операции – складывать их, вычитать, умножать на коэффициент. Цель этой процедуры – получить путем такого комбинирования реакцию с неизвестным тепловым эффектом. Для получения величины этого эффекта необходимо проделать аналогичные операции и с тепловыми эффектами реакций. Вместе с тем, надо учитывать, что при изменении направления реакции на противоположное знак теплового эффекта также меняется на противоположный.

Для практического использования важны следствия из закона Гесса. Рассмотрим два из них.