загрузка...
 
2.2. Закон Гесса
Повернутись до змісту

2.2. Закон Гесса

Закон Гесса доводить, якщо із даних вихідних речовин можна різними шляхами отримати задані кінцеві продукти, то незалежно від шляху одержання, тобто від кількості та виду проміжних реакцій, сумарний тепловий ефект для всіх шляхів буде той самий.

Іншими словами, тепловий ефект хімічної реакції залежить тільки від виду і стану вихідних речовин та продуктів реакції і не залежить від шляху переходу.

Перевіримо зміст закону Гесса на прикладах. Оскільки найчастіше хімічні реакції проходять при постійному тиску, будемо їх тепловий ефект характеризувати зміною ентальпії DН. Уявимо процес перетворення вихідних речовин А1, А2, А3… у продукти В1, В2, В3…, причому це перетворення може бути здійснене різними шляхами:

1. Прямою реакцією перетворення речовин А в речовини В із тепловим ефектом DН1.

2. Реакцією, яка складається з двох стадій з тепловими ефектами DН2 і DН3.

3. Сукупністю реакцій із тепловими  ефектами DН4, DН5, DН6, DН7.

 

Рисунок 2.1 – Ілюстрація закону Гесса

Закон Гесса стверджує, що ці теплові ефекти зв’язані між собою співвідношенням

DН1 = DН2 + DН3 = DН4 + DН5 + DН6 + DН7.

Практичне значення закону Гесса складається з того, що він дозволяє обчислити теплові ефекти таких реакцій, для яких вони безпосередньо не можуть бути виміряні. Наприклад, тепловий ефект DНХ реакції С+1/2О2=СО неможливо обчислити безпосереднім вимірюванням, оскільки одночасно з цією реакцією завжди проходить реакція утворення СО2. Для визначення DНХ використовуємо теплові ефекти таких реакцій:

СО + ? О2 = СО2,DН1 = -284,0 кДж/моль,

С + О2 = СО2,   DН2 = -394,0 кДж/моль.

Відповідно до закону Гесса DН2=DН1+DНХ або DНХ=DН2-DН1=-394,0–(-284,0)=-110,0 кДж/моль.

Теплові ефекти хімічних реакції можуть бути виміряні й експериментально спеціальними приладами, які називаються калориметрами. Точні калориметричні вимірювання достатньо трудомісткі та потребують багато часу. Тому їх проводять тільки у випадках неможливості використання закону Гесса.

При написанні термохімічних рівнянь зазначають агрегатний стан реагентів і тепловий ефект реакції:

С3Н6О(г) + 4О2(г) = 3СО2(г) + 3Н2О(р),

DН = - 1817, 0 кДж/моль.

Такий запис означає, що в результаті реакції 1 моль газоподібного ацетону С3Н6О з 4 моль газоподібного кисню одержують 3 моль газоподібного СО2 і 3 моль рідкої води. При цьому виділяється 1817,0 кДж теплоти на 1 моль ацетону.

Оскільки теплові ефекти залежать від фізичного стану речовин, що реагують, та умов, за якими проходить реакція, то для виконання термохімічних розрахунків теплові ефекти, обчислювані в термохімічних рівняннях, повинні бути одержані за будь-яких однакових умов, у протилежному разі не можуть бути порівняні. Тобто такими умовами вважаються умови, за яких реакція проходить між речовинами, які перебувають у стандартних станах.

За стандартний стан окремих рідких та твердих речовин беруть їх сталий стан при температурі 298,15 К (250С) і тиску 101325 Па (1 атм ), а для газів – такий їх стан, коли при тиску 101325 Па й температурі 298,15 К вони підпорядковуються рівнянню стану ідеального газу. Тому теплові ефекти реакцій за стандартних умов позначають DН0298.

Із закону Гесса випливають висновки, які мають велике практичне значення.

1. Тепловий ефект прямої реакції DН1 дорівнює за величиною та протилежний за знаком тепловому ефекту зворотної реакції DН2, тобто DН1 = - DН2 (рис. 2.2 а).

2. Якщо здійснюються дві реакції з різними початковими станами, результатом яких є однаковий кінцевий стан, то різниця між їх тепловими ефектами являє собою тепловий ефект переходу з одного початкового стану в інший (рис. 2.2 б).

              а                                б                                      в

 

Рисунок 2.2 - Ілюстрація першого (а), другого (б) та третього(в) висновків із закону Гесса

Розглянемо класичний приклад визначення теплового ефекту перетворення графіту в алмаз за стандартних умов шляхом аналізу реакцій їх горіння:

С(графіт) + О2 = СО2,          DН = - 393,51 кДж/моль,

С(алмаз)  + О2 = СО2,          DН = - 395,34 кДж/моль,

С(графіт)  С(алмаз),DН = + 1,83 кДж,моль.

3. Якщо проходять дві реакції, які призводять із одного початкового стану до різних кінцевих станів, то різниця між їх тепловими ефектами є тепловим ефектом переходу із одного кінцевого стану в інший (рис.2.2 в).

Наприклад, реакція горіння водню з утворенням одного моля води:

Н2 + 1/2О2 = Н2О(г),DН = - 241,83 кДж/моль,

Н2 + 1/2О2 = Н2О(р),DН = - 285,84 кДж/моль,

Н2 + 1/2О2 = Н2О(т),DН = - 291,67 кДж/моль.

Отже,

Н2О(т) ? Н2О(р),DН = + 5,83 кДж/моль,

Н2О(р) ? Н2О(т),DН = + 44,01 кДж/моль,

Н2О(т) ? Н2О(г),DН = + 49,84 кДж/моль.

Ми отримуємо значення ентальпій плавлення, випарювання та сублімації води.



загрузка...