1.2. Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса.
1.Что такое термохимия? Что она изучает? Какой закон термохимии называется основным? Каковы следствия из него? Дайте формулировки и приведите примеры их использования на практике.
Раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций и фазовых превращений, называется термохимией.
В ходе химической реакции происходит перестройка энергетических уровней атомов, молекул, изменяется внутренняя энергия и, следовательно, должно наблюдаться поглощение или выделение теплоты - тепловой эффект.
В изохорно-изотермических условиях это Qv= ΔU, а в изобарно-изотермических условиях протекания реакции это Qp = ΔH.
Теплота равная термодинамическим функциям состояния сама является термодинамической функцией состояния и, следовательно, не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы. Этот закон был установлен в 1841 г. русским акад. Г.И. Гессом.
Он лежит в основе термохимии и распространяется на все процессы, сопровождающиеся тепловыми эффектами - фазовые превращения, растворение, испарение, кристаллизация и т.д.
Поскольку в большинстве случаев химические реакции протекают при постоянном давлении, то в дальнейшем будем рассматривать изобарические условия и тепловой эффект будет являться энтальпией реакции Н. Если исходные вещества и продукты реакции находятся в стандартном состоянии, то тепловой эффект реакции называется стандартной энтальпией реакции Н0.
Стандартное состояние веществ не зависит от температуры. Если в ходе реакции теплота выделяется, т.е. энтальпия системы понижается (ΔН < 0), то реакция называется экзотермической. Реакция, протекающая с поглощением теплоты, т.е. с повышением энтальпии системы (ΔН > 0), называется эндотермической.
Тепловой эффект реакции относительно мало зависит от температуры реакции и давления, поэтому в расчетах можно использовать стандартные значения энтальпий реакций (Н0) .
Термохимия оперирует термохимическими уравнениями. В них указывают тепловой эффект, агрегатные состояния веществ и допускаются дробные коэффициенты.
С термохимическими уравнениями можно оперировать, как и с алгебраическими уравнениями.
2. Сформулируйте закон Гесса. Какие следствия из него вытекают? Для каких определений они используются в термохимических расчетах?
Тепловой эффект реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции.
Закон лежит в основе термохимических расчетов. Рассмотрим реакцию сгорания метана:
Эту же реакцию можно провести через стадию образования СО:
Итак, видно, тепловой эффект реакции, протекающей по двум путям, одинаков.
При термохимических расчетах для определения тепловых эффектов применяют следствия из закона Гесса.
. Следствия закона Гесса
1 Следствие
Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммами теплот (энтальпий) образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении.
Тепловой эффект реакции:
bB + dD =lL + mM
рассчитывается по уравнению
ΔН1 = lΔfHL + mΔfHM – dΔfHD - bΔfHB
Для термохимических расчетов используют стандартные энтальпии образования веществ ΔfH0 – это изменение энтальпии в процессе образования 1 моля соединения в стандартном состоянии из простых веществ, тоже находящихся в стандартном состоянии в устойчивых формах и модификациях.
Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях, условно принимаются равными нулю.
Стандартные энтальпии образования веществ приведены в справочниках термодинамических величин и известны примерно для 8000 тысяч веществ, что позволяет расчетным путем установить тепловой эффект любого процесса.