Следствия из закона Гесса

1. Тепловой эффект разложения какого-либо химического соединения равен по абсолютной величине и противоположен по знаку тепловому эффекту его образования.

СаСО₃ СаО + СО₂; H₁

СаО + СО₂ СаСО₃; H₂

H₁ = H₂.

2. Если совершаются две реакции, приводящие из различных начальных состояний к одинаковым конечным, то при сформулированных выше для количества теплоты условиях, разница между их тепловыми эффектами представляет собой тепловой эффект перехода из одного конечного состояния в другое.

Пусть протекают две параллельные реакции:

С  А + H₁

С  В + H₂.

Вычтем из первой реакции вторую.

С – С  А – В + H₁ – H₂,

следовательно,

В  А + (H₁ – H₂).

3. Если совершаются две реакции, приводящие из различных начальных состояний к одинаковым конечным, то разница между их тепловыми эффектами представляет собой тепловой эффект перехода из одного начального состояния в другое.

Пусть протекают параллельные реакции:

А  С + H₁

В  С + H₂.

Вычтем из первой реакции вторую.

А – В  С – С + (H₁ – H₂).

И окончательно

А  В + (H₁ – H₂).

4. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и сумм теплот образования исходных веществ

H_{реакции} = .

Так как в процессе реакции все реагирующие вещества и продукты находятся при одинаковых условиях, то при одних и тех же условиях берутся H_iиH_j. В случае расчета теплового эффекта реакции при стандартных условиях расчет упрощается, так как в этом случае для большинства реакций он ведется по справочным данным.

H=.

5. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания исходных веществ и сумм теплот сгорания продуктов реакции.

H_{реакции} = .

Соответственно при стандартных условиях уравнение для расчета принимает вид:

H = .

Задача 1. С учетом известных значений теплот образования участников реакции Fe₂O_3(т) + 3СО_(г) = 2Fe_(т) + 3СО_2(г) + H_х вычислить ее тепловой эффект при стандартных условиях, если теплоты образования веществ при 298 К равны:

H(Fe₂O_3(т)) = 821,32 кДж/моль;

H(СО_(г)) = 110,5 кДж/моль;

H(СО_2(г)) = 393,51 кДж/моль;

H(Fe_(т)) = 0,00 кДж/моль (простое вещество, термодинамически стабильное при заданных условиях).

Согласно 4-му следствию из закона Гесса, имеем

H_{реакции}=2H(Fe_(т))+3H(СО_2(г))H(Fe₂O_3(т))3H(СО_(г))= = 3393,51 + 821,32  (3110,5);

H_{реакции} = 27,71 кДж.

Задача 2. Зная теплоты сгорания участников реакции при стандартных условиях, вычислить тепловой эффект реакции, приведенной ниже, при 298 К.

С₂Н₅ОН_(ж) + СН₃СООН_(ж) = СН₃СООС₂Н_5(ж) + Н₂О_(ж)

H(C₂Н₅OH_(ж)) = 1366,9 кДж/моль;

H(СН₃СООН_(ж)) = 873,8 кДж/моль;

H(СН₃COOC₂Н_5(ж)) = 2254,2 кДж/моль;

H(Н₂О _(ж)) = 0 кДж/моль (вода не горит).

H_{реакции} = H(C₂Н₅OH_(ж)) + H(СН₃СООН_(ж))   H(СН₃COOC₂Н_5(ж))  H(Н₂О _(ж)) = 1366,9873,8 (2254,2) – 0;

H_{реакции} = 13,5 кДж.

Задачи для самостоятельного решения

Вычислить тепловые эффекты химических реакций при стандартных условиях по стандартным теплотам образования* участников процесса.

№ задачи	Уравнение реакции
1	СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г)
2	СН3ОН(г) + СО(г) = СН3СООН(г)
3	С2Н5ОН(ж) = С2Н4(г) + Н2О(ж)
4	Н2(г) + НСОН(г) = СН3ОН(г)
5	2C10H8(т) = С14Н10(т) (фенантрен) + С6Н6(г)
6	СО(г) + 3Н2(г) =СН4(г) + Н2О(г)

* стандартные теплоты образования участников процесса взять в справочнике Равдель А.А., Пономарева А.М. Краткий справочник физико-химических величин. Л.: Химия. 1983. 232 с.

Вычислить теплоты сгорания этана, этилена, ацетилена, бутадиена-1,4 и бензола при стандартных условиях и сопоставить их со справочными данными. Необходимые величины заимствовать в том же справочнике (см. предыдущую задачу).

Закон Гесса широко используется для расчетов величин H и U реакций, которые трудно или по существу невозможно провести на практике. С этой целью выбирается некая группа веществ, которые могут превратиться в группы продуктов реакций, проходя различные ряды промежуточных превращений. При этом промежуточные реакции подбираются таким образом, чтобы в их число входила интересующая исследователя реакция, а все остальные были осуществимы экспериментально. В качестве примера рассмотрим следующую задачу.

Задача. Найти H(С₂Н₄) из простых веществ при 298 К и p = const, если известны теплоты сгорания углерода, водорода и этилена.

Таким образом, интересующая нас реакция имеет вид:

2Н_2(г) + 2С_(т) = С₂Н_4(г); H₁ = х, (1)

но провести ее непосредственно не удается. Однако, имеем еще три легко проводимых экспериментально реакций:

С_(т) + О_2(г) = СО_2(г); H₂ = 370 кДж/моль (2)

Н_2(г) + 1/2О_2(г) = Н₂О_(ж); H₃ = 272 кДж/моль (3)

С₂Н_4(г) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(ж); H₄ = 1405 кДж/моль (4)

Если просуммировать по две реакции (2) и (3) и вычесть из полученной суммы реакцию (1), то получим реакцию (4). Проверим это.

2С_(т) + 2О_2(г) + 2Н_2(г) + О_2(г)  2Н_2(г)  2С_(т) = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(ж)  С₂Н_4(г).

Приведя подобные члены, получим:

3О_2(г) = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(ж)  С₂Н_4(г)

или

С₂Н_4(г) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(ж).

Следовательно,

2H₂ + 2H₃  х = H₄,

то есть

2  370  2  272 = H₄ + х

2  370  2  272 + 1405 = х

H₁ = 121 кДж/моль.