Закон Гесса
Большое значение для химии имеет одно из следствий первого закона термодинамики, известное под названием «закон Гесса» или «закон аддитивности теплот реакций». Согласно закону Гесса,если реакция проходит в несколько последовательных стадий, то
СН4 (г.) + 2О2 (г.) → СО2 (г.) + 2Н2О (г.) (Прибавить) 2Н2О (г.) → 2Н2О (ж.) СН4(г) + 2О2(г) + 2Н2О(г) → СО2(г) + 2Н2О(ж) + 2Н2О(г.) Исключая из левой и правой частей последнего уравнения одинаковые члены 2Н2О(г.), получим суммарное уравнение: СН4 (г.) + 2О2 (г.) → СО2 (г.) + 2Н2О (ж.) Закон Гесса дает удобный способ вычисления энергетических изменений, которые трудно поддаются непосредственному измерению. Например, прямое измерение теплоты сгорания углерода с превращением в моноксид углерода невозможно. При сгорании 1 моля углерода в присутствии 1/2 моля О2 образуется не только СО, но также и СО2, так что часть углерода остается неиспользованной. Однако теплоту реакции образования СО можно вычислить, как это показано в упражнении 1.3.
УПРАЖНЕНИЕ 1.3 Теплота сгорания углерода С с образованием СО2 равна - 393,5 кДж/моль, а теплота сгорания СО с образованием СО2 равна - 283,0 кДж/моль. Вычислите теплоту сгорания С с образованием СО. Решение:Прежде всего следует составить уравнения обеих реакций сгорания, а затем обратить реакцию сгорания СО, так чтобы СО можно было рассматривать как продукт. После этого следует просуммировать оба уравнения: 2С (тв.) + 2О2 (г.) → 2СО2 (г.) 2СО2 (г.) → 2СО (г.) + О2 (г.) ________________________________________________________________ 2С (тв.) + О2 (г.) → 2СО (г.) Обратите внимание на то, что первое уравнение пришлось умножить на два, чтобы можно было исключить из обеих частей суммарного уравнения одинаковые члены. Поэтому пришлось соответственно удвоить величину
УПРАЖНЕНИЕ 1.4 По указанным ниже уравнениям реакций и соответствующим изменениям энтальпии вычислите С2Н2 (г.) + 5/2О2 (г.) → 2СО2 (г.) + Н2О (ж.) С (тв.) + О2 (г.) → СО2 (г.) Н2 (г.) + 1/2О2 (г.) → Н2О (ж.) Решение:Чтобы получить уравнение, в котором С2Н2 является продуктом, обратим первое уравнение; при этом изменится и знак 2СО2 (г.) + Н2О (ж.) → С2Н2 (г.) + 5/2О2 (г.) 2С (тв.) + 2О2 (г.) → 2СО2 (г.) Н2 (г.) + 1/2О2 (г.) → Н2О (ж.) ________________________________________________________________ 2С (тв.) + Н2 (г.) → С2Н2 (г.) Мы исключили с каждой стороны суммарного уравнения одинаковые члены 2СО2, 5/2О2 и Н2О. Первый закон термодинамики, выраженный в форме закона Гесса, учит, что энергия химической реакции не зависит от способа проведения этой реакции.
Например, вместо прямой реакции горения метана СН4 в кислороде О2с образованием СО2 и Н2О можно представить себе двухстадийную реакцию, в которой сначала образуется СО, а затем происходит его сгорание до СО2. Эти две возможные реакции схематически представлены на рис.1.2. Заметим, что в противном случае открывалась бы возможность непрерывного получения энергии, что противоречит первому закону термодинамики.
|