Закон Гесса

2. Застосування закону Гесса для обчислення теплових ефектів реакцій

На підставі закону Гесса з термохімічними рівняннями можна оперувати так само, як і з алгебраїчними.

Термохімічні рівняння реакцій можна

  • додавати і віднімати,
  • множити і ділити на будь-яке число крім нуля,
  • записувати справа наліво, не зважаючи увагу на те, що зворотні реакції іноді не можуть бути здійснені. 

Під час проведення розрахунків треба враховувати перший наслідок із закону Гесса: тепловий ефект прямої реакції точно дорівнює за величиною і протилежний за знаком тепловому ефекту зворотної реакції. Це твердження ще називають законом Лавуазьє - Лапласа.

Розглянемо, як розв'язують задачі на визначення теплових ефектів реакції з використанням закону Гесса.

Теплові ефекти залежать від зовнішніх умов, тому для того, щоб можна було порівнювати теплові ефекти різних процесів і проводити розрахунки, обирають однакові умови – стандартні умови (тиск 101,3 кПа і температура 298,5 K).

Ентальпії реакцій за стандартних умов позначають ΔНо298.

Приклад 1.

Використовуючи термохімічні рівняння
СО(г.) + 1/2О2(г.) = СО2(г.); ΔНо = – 283 кДж, (1)
Сu(тв.) + 1/2О2(г.) = СuО(тв.); ΔНо = – 155 кДж, (2)
обчисліть зміну ентальпії для наступної реакції:   
СuО(тв.) + СО(г.) = Сu(тв.) + СО2(г.); ΔН0 – ? (3)

Розв'язання.

1. З’ясуємо, які алгебраїчні дії треба застосувати до двох наданих рівнянь, щоб отримати рівняння реакції, тепловий ефект якої потрібно визначити.

Для цього порівняємо, у яких частинах цих рівнянь знаходяться формули речовин останньої реакції.

Карбон(ІІ) оксид знаходиться в лівих частинах як першого, так і третього рівнянь, тому перше рівняння залишаємо без зміни:

СО(г.) + 1/2О2(г.) = СО2(г.); ΔНо1 = – 283 кДж,

Купрум(ІІ) оксид знаходиться у різних частинах другого і третього рівнянь (у правій частині в другому рівнянні та у лівій частині в третьому рівнянні). Тому, щоб перемістити СuО вліво треба перевернути друге рівняння справа наліво, тобто записати рівняння зворотної реакції і змінити знак ентальпії на протилежний:

СuО (тв.) = Сu(тв.) + 1/2О2(г.); ΔНо4 = + 155 кДж.                      (4)

2. Додамо рівняння (1) і (4) одне до одного

СО(г.) + 1/2О2(г.) + СuО (тв.) = СО2(г.) + Сu(тв.) + 1/2О2(г.);

Як бачимо, кисень знаходиться у лівій і правій частинах рівняння, тому скоротимо його і отримаємо

СО(г.) +  СuО (тв.) = СО2(г.) + Сu(тв.);

Отже, ентальпія цієї реакції дорівнює сумі ентальпій реакцій (1) і (4)

ΔН03 = ΔН02 + ΔН04 = – 283 кДж + 155 кДж = – 128 кДж.

Відповідь: СuО(тв.) + СО(г.) = Сu(тв.) + СО2(г.); ΔН0 = – 128 кДж.

Приклад 2.

Визначте ентальпію реакції:

 

CS2(р.) + 3O2(г.) = CO2(г.) + 2SO2(г.),

(1)

користуючись термохімічними рівняннями:

 

C(тв.) + O2(г.) = CO2(г.);  ΔH02 = −393,5 кДж,

(2)

S(тв.) + O2(г.) = SO2(г.);  ΔH03 = −296,8 кДж,

(3)

C(тв.) + 2S(тв.) = CS2(р.);  ΔH04 = +87,9 кДж.

(4)

 

Розв’язання.

1. З’ясуємо, які алгебраїчні дії треба застосувати до рівнянь (2) – (4), щоб отримати рівняння реакції (1).

CO2 знаходиться в правих частинах рівнянь (1) і (2), тому рівняння (2) залишаємо без зміни:

C(тв.) + O2(г.) = CO2(г.);  ΔHо = −393,5 кДж,

SO2 знаходиться в правих частинах рівнянь (1) і (3), але в рівнянні (1) перед SО2 стоїть коефіцієнт 2, а в рівнянні (3) – коефіцієнт 1. На підставі цього, рівняння (3) треба помножити на 2, відповідно, у два рази збільшити і ентальпію:

2S(тв.) + 2O2(г.) = 2SO2(г.);  ΔHо = −593,6 кДж.

(5)

CS2 знаходиться у протилежних частинах рівнянь (1) і (4), тому рівняння (4) потрібно перевернути справа наліво і поміняти знак ентальпії:

CS2(р.) = C(тв.) + 2S(тв.);  ΔHо = –87,9 кДж.

(6)

Щоб отримати рівняння (1) необхідно скласти рівняння (2), (5) і (6):

C(тв.) + O2(г.) +2S(тв.) + 2O2(г.) + CS2(р.) = CO2(г.) + 2SO2(г.) + C(тв.) + 2S(тв.).

Скоротимо вуглець і сірку, що знаходяться в протилежних частинах рівняння і отримаємо рівняння (1):

CS2(р.) + 3O2(г.) = CO2(г.) + 2SO2(г.).

Ентальпія цієї реакції дорівнює сумі ентальпій реакцій (2), (5) і (6).

ΔНо1 = ΔНо2 + ΔНо5 + ΔНо6

Враховуючи те, що

ΔНо5 = 2ΔНо3

ΔНо6 = −ΔНо4,

ентальпію реакції (1) можна обчислити за формулою

ΔНо1 = ΔНо2 + 2ΔНо3 – ΔНо4= −393,5 кДж + (−593,6 кДж) – 87,9 кДж = – 1083,1 кДж.

Відповідь: CS2(р.) + 3O2(г.) = CO2(г.) + 2SO2(г.); ΔНо = – 1083,1 кДж.