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; DH1
СаО + СО2 СаСО3; DH2
DH1 = -DH2.
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 + DH1
С ® В + DH2.
Вычтем из первой реакции вторую.
С – С ® А – В + DH1 – DH2,
следовательно,
В ® А + (DH1 – DH2).
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 + DH1
В ® С + DH2.
Вычтем из первой реакции вторую.
А – В ® С – С + (DH1 – DH2).
И окончательно
А ® В + (DH1 – DH2).
4. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и сумм теплот образования исходных веществ
DHреакции = .
Так как в процессе реакции все реагирующие вещества и продукты находятся при одинаковых условиях, то при одних и тех же условиях берутся DHi и DHj. В случае расчета теплового эффекта реакции при стандартных условиях расчет упрощается, так как в этом случае для большинства реакций он ведется по справочным данным.
DH = .
5. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания исходных веществ и сумм теплот сгорания продуктов реакции.
DHреакции = .
Соответственно при стандартных условиях уравнение для расчета принимает вид:
DH = .
Задача 1. С учетом известных значений теплот образования участников реакции Fe2O3(т) + 3СО(г) = 2Fe(т) + 3СО2(г) + DHх вычислить ее тепловой эффект при стандартных условиях, если теплоты образования веществ при 298 К равны:
DH (Fe2O3(т)) = -821,32 кДж/моль;
DH (СО(г)) = -110,5 кДж/моль;
DH (СО2(г)) = -393,51 кДж/моль;
DH (Fe(т)) = 0,00 кДж/моль (простое вещество, термодинамически стабильное при заданных условиях).
Согласно 4-му следствию из закона Гесса, имеем
DHреакции=2DH (Fe(т))+3DH (СО2(г))-DH (Fe2O3(т))-3DH (СО(г))= = -3×393,51 + 821,32 - (-3×110,5);
DHреакции = -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) = СН3СООС2Н5(ж) + Н2О(ж)
DH (C2Н5OH(ж)) = -1366,9 кДж/моль;
DH (СН3СООН(ж)) = -873,8 кДж/моль;
DH (СН3COOC2Н5(ж)) = -2254,2 кДж/моль;
DH (Н2О (ж)) = 0 кДж/моль (вода не горит).
DHреакции = DH (C2Н5OH(ж)) + DH (СН3СООН(ж)) - - DH (СН3COOC2Н5(ж)) - DH (Н2О (ж)) = -1366,9-873,8- (-2254,2) – 0;
DHреакции = 13,5 кДж.
Задачи для самостоятельного решения
Вычислитьтепловые эффекты химических реакций при стандартных условиях по стандартным теплотам образования* участников процесса.
№ задачи
| Уравнение реакции
|
| СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г)
|
| СН3ОН(г) + СО(г) = СН3СООН(г)
|
| С2Н5ОН(ж) = С2Н4(г) + Н2О(ж)
|
| Н2(г) + НСОН(г) = СН3ОН(г)
|
| 2C10H8(т) = С14Н10(т) (фенантрен) + С6Н6(г)
|
| 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.
Вычислитьтеплоты 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 DH и DU 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 DH (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:
2Н2(г) + 2С(т) = С2Н4(г); DH1 = х, (1)
но провести ее непосредственно не удается. Однако, имеем еще три легко проводимых экспериментально реакций:
С(т) + О2(г) = СО2(г); DH2 = -370 кДж/моль (2)
Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(ж); DH3 = -272 кДж/моль (3)
С2Н4(г) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж); DH4 = -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) + 2О2(г) + 2Н2(г) + О2(г) - 2Н2(г) - 2С(т) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж) - С2Н4(г).
Приведя подобные члены, получим:
3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж) - С2Н4(г)
или
С2Н4(г) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж).
Следовательно,
2DH2 + 2DH3 - х = DH4,
то есть
-2 × 370 - 2 × 272 = DH4 + х
-2 × 370 - 2 × 272 + 1405 = х
DH1 = 121 кДж/моль.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2025 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|