Следствия из закона Гесса. Методы расчета тепловых эффектов химических реакций

1. Расчет по стандартным теплотам образования

Стандартная теплота образования ( , ) – тепловой эффект химической реакции образования 1 моль вещества из простых веществ при стандартных условиях. Индекс f обозначает «formation – образование». Стандартные условия: Т =25°С = 298К, р = 1атм = 760 мм.рт.ст.= 1,013·10⁵ Па.

Например, образование сульфата алюминия из простых веществ можно теоретически представить в виде следующей реакции:

Численные значения для различных веществ приводятся в справочниках. Для простых веществ (N₂, O₂, H₂, C, Cl₂) стандартные теплоты образования равны нулю.

Первое следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты.

Например, для реакции

,

Тепловой эффект химической реакции можно рассчитать:

2. Расчет по стандартным теплотам сгорания

Стандартная теплота сгорания ( , ) – тепловой эффект химической реакции сгорания 1 моль вещества до конечных продуктов окисления (СO₂, H₂О, SO₂, HCl, N₂). Например, сгорание нитробензола можно теоретически представить в виде следующей реакции:

, ( )=–3091,2кДж/моль. Теплоты сгорания используют для расчетов тепловых эффектов химических реакций, участниками которых являются органические соединения.

Второе следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты.

.

Например, для реакции , тепловой эффект химической реакции можно рассчитать:

3. Метод термохимических уравнений

Методом алгебраического сложения или вычитания термохимических уравнений можно определить тепловой эффект требуемой реакции, если известны тепловые эффекты других реакций получения этого продукта. Термохимические уравнения можно складывать, вычитать, умножать на любой коэффициент, то есть выполнять любые алгебраические действия.

Покажем применение метода термохимических уравнений на примере ряда реакций окисления железа. При окислении железа возможно образование оксида железа (III) по реакции:

Эта же реакция может осуществляться другим путем с образованием промежуточного продукта оксида железа (II):

Проведем алгебраическое сложение уравнений 2 и 3:

После сокращения одинаковых слагаемых получим:

Пример Теплоты образования жидкой воды и газообразного диоксида углерода соответственно равны –285,8 и –393,5 кДж/моль. Теплота сгорания метана при тех же условиях равна –890,3 кДж/моль. Рассчитайте теплоту образования метана из элементов при условиях: 1) р=const; 2) V=const, Т=298 К.

Решение: Термохимическое уравнение образования метана из элементов при (р=const) имеет вид:

Термохимические уравнения образования воды и диоксида углерода и термохимическое уравнение сгорания метана:

Для вычисления необходимо уравнение 2 умножить на 2, прибавить уравнение 3 и вычесть уравнение 4, получается уравнение 1.

Аналогичные алгебраические действия проводят и с тепловыми эффектами:

При V=const: .

Для реакции изменение числа моль газообразных продуктов составит: .