Підготовка до ЗНО з хімії

В основі усіх термохімічних розрахунків лежить закон Гесса, сформульований у 1858 р. російським хіміком В. Гессом:

Тепловий ефект хімічної реакції визначається лише природою і агрегатним станом реагентів і не залежить від шляху проходження процесу (або від кількості проміжних стадій).

Пояснимо це на прикладі.

Добути карбон (ІV) оксид можна двома шляхами (рис. 7.1):

Рис. 7.1. Ентальпійна діаграма утворення СО₂

1. В одну стадію – взаємодією простих речовин вуглецю та кисню у співвідношенні 1 : 1 (І шлях).
2. У дві стадії – взаємодією простих речовин вуглецю та кисню у співвідношенні 2 : 1 (1 стадія) і наступним спалюванням одержаного карбон (ІІ) монооксиду в надлишку кисню (2 стадія) (ІІ шлях):

С_(гр) + О_2(г) = СО_2(г), ΔН_І = – 393,5 кДж/моль – І шлях

2С_(гр) + О_2(г) = СО_(г), ΔН_ІІ(1) = – 110,5 кДж/моль – ІІ шлях (1 стадія)

СО_(г) + ½О_2(г) = СО_2(г), ΔН _ІІ(2) = – 283 кДж/моль – ІІ шлях (2 стадія)

Як видно з рис. 7.1., у результаті реакцій за двома напрямками, кінцевий тепловий ефект однаковий:

ΔН_І = ΔН_ІІ(1) + ΔН_ІІ(2) =  ‑ 110,5 кДж/моль+ (‑ 283 кДж/моль) = ‑ 393,5 кДж/моль

Із закону Гесса випливає кілька наслідків:

1.     Тепловий ефект хімічної реакції рівний різниці між сумами стандартних теплот утворення продуктів реакції і реагентів (І наслідок):

ΔН_х.р. = ΣН_прод. – ΣН_{реагенти.}

2.     Тепловий ефект хімічної реакції рівний різниці між сумами стандартних теплот згоряння реагентів і продуктів реакції (ІІ наслідок):

ΔН_х.р. = ΣН_{згор. регенти.} – ΣН_{згор. прод.}

Стандартна теплота утворення речовини (ΔН_f⁰) (англ. formation – утворення) – тепловий ефект реакції утворення 1 моль сполуки з простих речовин, стійких за стандартних умов:

Н_2(г) +О_2(г) = Н₂О_(г), ΔН _f⁰ = –286 кДж

Стандартні теплоти утворення різних сполук наведені у довідниках. Теплоти утворення простих речовин приймаються рівними нулю (крім алмазу, озону та деяких інших алотропних модифікацій).

Стандартна теплота згоряння (ΔН⁰_згор) – тепловий ефект згоряння 1 моль речовини у достатній кількості кисню О₂:

NH_3(г) + ³/₄O_2(г) = ½N_2(г) + ³/₂H₂O_(г), ΔН⁰_згор = – 383 кДж

Теплоти згоряння вищих оксидів рівні нулю.