С(к) + O2(г) = СО2(г), ΔH0298 = –393,5 кДж/моль,
или через промежуточный продукт (СО) в две реакции:
С(к) + ½O2(г) = СО(г), ΔH0298 = –110,5 кДж/моль,
СО(г) + ½O2(г) = СО2(г), ΔH0298 = –283,0 кДж/моль.
Из приведенных значений тепловых эффектов видно, что независимо
от того, в одну или в две реакции осуществляется данное превращение, суммарный тепловой эффект одинаков и составляет 393,5 кДж/моль.
На практике широко используется следствия из закона Гесса:
1) Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ (с учетом стехиометрических коэффициентов в виде соответствующих множителей):
DН реакции = SniDНобр. продуктов – SnjDНисх. веществ. | (10.4) |
2) Тепловой эффект реакции равен разности между суммой энтальпий сгорания исходных веществ и суммой энтальпий сгорания продуктов реакции (с учетом стехиометрических коэффициентов в виде соответствующих множителей):
DН реакции = SnjDНсгорания исх. веществ – SniDНсгорания обр. продуктов. | (10.5) |
Закон Гесса и его следствия можно применять не только для химических превращений, но и для расчета тепловых эффектов фазовых переходов: плавления, кипения, кристаллизации, растворения и др.
|
|
Примеры расчета
1) Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением:
С2Н6(г) + 31/2О2 = 2СО2(г) + 3Н2О(ж), DН0298 = – 1559,87 кДж.
Вычислите энтальпию (теплоту) образования этана.
Решение
Применим следствие из закона Гесса:
DН0298 = [2DН0298(СО2) + 3DН0298(Н2Ож)] – [DН0298(С2Н6) + 31/2DН0298(О2)].
Подставляя табличные значения, получаем
DН0298(С2Н6) = 2(– 393,51) + 3(– 285,84) + 1559,87 = – 84,67 кДж/моль.
Ответ: DН0298(С2Н6) = – 84,67 кДж/моль.
2) Рассчитать количество тепла, необходимое для испарения 1 л воды.
Решение
Запишем уравнение фазового перехода H2O(ж) = H2O(г).
Применим следствие из закона Гесса:
ΔН0298 исп.(Н2Ож) = ΔН0298(Н2Ог) – H0298(Н2Ож) = –241,8 – (–285,8)
= +44 кДж/моль.
n(Н2Ож) = m ∕ M = 1000∕18 = 55,6 моль.
Для испарения 1 л воды потребуется 44·55,6=2446,40 кДж.
На примере реакции нейтрализации покажем методику экспериментального определения тепловых эффектов химических реакций.
Реакции нейтрализации относится к наиболее распространенным в химии реакциям. Они протекают при взаимодействии кислот с основаниями. Рассмотрим данную реакцию на примере взаимодействия сильной кислоты с сильным основанием:
HCl + NaOH = NaCl + H2O – молекулярная форма,
H+ + Cl– + Na+ + OH– = Na+ + Cl– + H2O – полная ионная форма,
H+ + OH– = Н2O – сокращенная ионная форма.
Термохимическое уравнение данной реакции имеет вид:
H+(p) + OH–(p) = H2O(ж), DН0298 = –57,2 кДж/моль.
Экспериментальное определение теплового эффекта данной реакции проводится на калориметрической установке. В ходе реакции выделяется энергия, которая расходуется на нагрев содержимого калориметра, в результате чего его температура повышается. Вычислив изменение температуры (∆t) и зная теплоемкости всех частей калориметра или постоянную калориметра, можно найти количество выделившейся энергии.
|
|