• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Закон Гесса

Закон Гесса доводить, що 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 та 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 здійснено різними шляхами:

1 Прямою реакцією перетворення речовин А у речовини В з тепловим ефектом DН₁.

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

3 Сукупністю реакцій з 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 DН_Х реакції С+1/2О₂=СО неможливо обчислити безпосереднім вимірюванням, оскільки одночасно з цією реакцією завжди проходить реакція утворення СО₂. Для визначення DН_Х використовуємо теплові ефекти таких реакцій:

СО + ½ О₂ = СО₂, DН₁ = -284,0 кДж/моль,

С + О₂ = СО₂, DН₂ = -394,0 кДж/моль.

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

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

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

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

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 противному разі вони не можуть бути порівняні. Тобто за такі умови приймають 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) та тиску 101325 Па ( 1 атм ), а для газів – такий їх стан, коли при тиску 101325 Па та 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 з 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) à Н₂О(р), DН = + 5,83 кДж/моль,

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

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

Ми отримуємо значення ентальпій плавлення, випарювання та сублімації води.

2.3 Термохімічні розрахунки

Закон Гесса дозволяє обчислити теплові ефекти процесів, для яких відсутні експериментальні дані. Це стосується не тільки хімічних реакцій, але й процесів розчинення, випарювання, сублімації, кристалізації та ін. При термохімічних розрахунках особливо значимі два види теплових ефектів: ентальпія утворення та ентальпія згоряння сполук.

Ентальпія утворення сполуки є тепловим ефектом реакції утворення одного моля даної сполуки із простих речовин за стандартних умов. Наприклад, стандартна ентальпія утворення D_fН карбонату кальцію – це тепловий ефект реакції

Са(т) + С(графіт) + 1,5О₂(г) = СаСО₃(т), D_fН⁰₂₉₈ = - 1206 кДж.

При цьому ентальпія утворення простих речовин (Н₂, О₂, Са, С та ін.) дорівнює нулю, а ентальпії утворення більшості відомих речовин можна відшукати у довідниках.

За значною кількістю стандартних ентальпій утворення можна обчислити теплові ефекти багатьох хімічних реакцій. При цьому використовують правило, яке випливає із закону Гесса:

тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці суми ентальпій утворювання кінцевих речовин та суми ентальпій утворювання вихідних речовин із урахуванням коефіцієнтів, що подані перед позначенням речовин у рівнянні реакції.

Нехай хімічна реакція проходить відповідно до рівняння

аА + bВ = сС + dD DН - ?

Тут а, b, с, d –коефіцієнти перед речовинами А, В, С, D. Тоді

DН = (сD_fН_С + dD_fН_D) – ( aD_fН_A + bD_fН_B)(2.4)

Для наочності розглянемо конкретний приклад. Реакція горіння етану С₂Н₆ описується рівнянням

С₂Н₆(г) + 3,5О₂(г) = 2СО₂(г)+3Н₂О(ж),

DН₂₉₈ =-1559,87 кДж/моль.

Обчислити ентальпію утворення етану, якщо відомі ентальпії утворення вуглекислого газу та води:

D_fН₂₉₈(СО₂)=-393,51кДж/моль, D_fН₂₉₈(Н₂О)=-285,84кДж/моль (табл.. 2.1).

Відповідно до закону Гесса маємо:

DН₂₉₈ = 2D_fН(СО₂) + 3D_fН(Н₂О) - D_fН(С₂Н₆).

Звідси D_fН₂₉₈(С₂Н₆) = 2D_fН₂₉₈(СО₂) + 3D_fН₂₉₈(Н₂О) - DН₂₉₈ =
=2(-393,51) + 3(-285,84) – ( - 1559,87) = -84,67 кДж/моль.

Ентальпія згоряння сполукице тепловий ефект реакції окислення даної сполуки киснем за стандартних умов з утворенням вищих оксидів елементів, що входять до складу цієї сполуки. Наприклад, стандартна ентальпія згоряння D_СН етилового спирту – це тепловий ефект реакції

С₂Н₅ОН(ж) + 3О₂ = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж).

Продуктами згоряння є СО₂, Н₂О(г) або Н₂О(ж), SO₃ та інші. Якщо серед продуктів реакції крім оксидів, наявні інші речовини (наприклад, N₂, HCl), то це спеціально обумовлюється. Ентальпії згоряння вищих оксидів та інших продуктів згоряння, а також кисню брати за нуль. За допомогою ентальпій згоряння можна також розрахувати теплові ефекти хімічних реакцій, використовуючи таке правило:

тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці суми ентальпій згоряння вихідних речовин та сумі ентальпій згоряння продуктів реакції з урахуванням коефіцієнтів, що подані перед позначенням речовин у рівнянні реакції.

Для наведеної в даному розділі абстрактної реакції

DН = (аD_СН_А + вD_СН_В)-(сD_СН_С + dD_СН_D). (2.5)

Розрахуємо тепловий ефект реакції етерифікації щавлевої кислоти метиловим спиртом, яка проходить за стандартних умов

(СООН)₂(т) + 2СН₃ОН(ж) = (СООСН₃)₂(ж) + 2Н₂О(ж).

У довіднику відшуковуємо значення стандартних ентальпій згоряння речовин:

D_СН[(СООН)₂]= -251,8 кДж/моль,

D_СН[(СН₃ОН)] = -727,6 кДж/моль,

D_СН[(СООСН₃)₂] = -1680,2 кДж/моль,

D_СН(Н₂О) = 0.

Звідси DН₂₉₈ = -251,8 + 2(-727,6) – (-1680,2) = -26,8 кДж/моль.

2.4. Залежність теплового ефекту реакції від

Читайте також:

1. II. Основні закономірності ходу і розгалуження судин великого і малого кіл кровообігу
2. IV. Закони ідеальних газів.
3. IV. Закономірності структурно-функціональної організації спинного мозку
4. Авілум – “син чоловіка” – повноправна людина, охороні його життя, здоров’я, захисту його майнових інтересів присвячена значна частина законника.
5. Аграрне право та законодавство США, Німеччини, Франції, Великої Британії, Ізраїлю, Польщі, Росії
6. Аграрні закони України
7. Адаптація законодавства України до законодавства ЄС - один із важливих інструментів створення в Україні нової правової системи та громадянського суспільства
8. Адаптація законодавства України до законодавства ЄС - один із важливих інструментів створення в Україні нової правової системи та громадянського суспільства
9. Адміністративна відповідальність за порушення аграрного законодавства
10. Адміністративна відповідальність за порушення земельного законодавства
11. Адміністративна відповідальність за порушення податкового законодавства.
12. Адміністративна відповідальність осіб, винних в порушенні податкового законодавства

Переглядів: 1982