Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода

В термохимических расчетах применяют чаще следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (ΔHх.р.) равен сумме теплот образования ΔHобр продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

ΔH⁰х.р = ΣmΔH⁰прод. – ΣnΔH⁰исх.

П р и м е р 1. Исходя из теплоты образования газообразного диоксида углерода (ΔH0 = -393,5 кДж/моль) и термохимического уравнения реакции:

С(графит) + 2N2O(г) = CO2(г) + 2N2(г); ΔH⁰ = -557,5 кДж (1)

вычислите теплоту образования N2O(г).

Решение: Обозначив искомую величину через х, запишем термохимическое уравнение реакции образования N2O из простых веществ:

N2(г) + 1/2О2(г) = N2O(г); ΔH⁰1 = х кДж. (2)

Запишем также термохимическое уравнение реакции образования CO2(г) из простых веществ:

С(графит) + O2(г) = CO2(г); ΔH⁰2 = -393,5 кДж. (3)

Из уравнений реакций (2) и (3) можно получить уравнение реакции (1). Для этого умножим уравнение (2) на два и вычтем найденное уравнение из уравнения (3). Имеем:

С(графит) + 2N2O(г) = CO2(г) + 2N2(г); ΔH0 = (-393,5 - 2х) кДж. (4)

Сравнивая уравнения (1) и (4), находим: -393,5 -2х = -557,5.

Отсюда х = 82,0 кДж/моль.

П р и м е р 2. Пользуясь данными табл. 4, вычислите ΔH⁰ реакции:

2Mg(к) + СО2(г) = 2МgО(к) + С(графит).

Решение: Стандартные энтальпии образования СО2(г) и МgО(к) равны соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль (стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю). ΔH⁰ реакции находим по 1 следствию закона Гесса:

ΔH⁰ = 2ΔH⁰_MgO - ΔH⁰_CO2 = 2(-601,8) + 393,5 = -810,1 кДж.

П р и м е р 3. Рассчитайте теплоту сгорания метана и количество теплоты, которое выделится при сгорании 100 дм³ этого вещества.

Решение: Под теплотой сгорания вещества подразумевают тепловой эффект реакции окисления одного моля этого соединения. В случае органического соединения продуктами окисления обычно бывают СО2(г) и Н2О(г).

Реакцию сгорания метана можно представить уравнением:

СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г) (1)

Используя следствие закона Гесса и стандартные энтальпии образования веществ (табл. 4), определяем изменение энтальпии при протекании реакций:

ΔH⁰х.р = ΣmΔH⁰прод. – ΣnΔH⁰исх.= ΔH⁰_СО2 + 2ΔH⁰_Н2О - ΔH⁰_СН4 =

= -393,5 + 2(-241,8) - (-74,9) = -402,2 кДж.

ΔΗ⁰ = - Q, следовательно, при сгорании одного моля СН4 выделяется 402,2 кДж теплоты.

n(СН4) = 100 дм³/22,4дм³ = 4,46 моль.

Количество теплоты при сгорании 4,46 моль составит 4,46•402,2 = 1795,5 кДж.

Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.