g9k-3.2· Глава 3: Термохимия· ~13 мин

Стандартная теплота сгорания и закон Гесса

Расчёт теплового эффекта реакции по закону Гесса.

Стандартная теплота сгорания — это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 моль вещества; так как этот процесс экзотермический, ΔH < 0. Закон Гесса — основной закон термохимии: тепловой эффект реакции (ΔH) зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий. Благодаря этому закону ΔH реакций, которые трудно измерить напрямую, можно вычислить, складывая и вычитая другие реакции — как если бы каждое термохимическое уравнение было алгебраическим выражением. Если рассматривать энергию связи: ΔH ≈ Σ(энергия разрываемых связей) − Σ(энергия образующихся связей); разрыв связи поглощает энергию, а образование связи выделяет энергию. Наиболее распространённые ошибки: (1) не масштабировать ΔH реакции пропорционально коэффициенту, (2) путать местами разрыв и образование связей.

📌Пример

Например: если известно, что ΔH реакции CH₄(г) + 2O₂(г) → CO₂(г) + 2H₂O(ж) равно −890 кДж/моль, то при сгорании 2 моль CH₄ выделится теплота 2 × 890 = 1780 кДж.

Графики

Закон Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от пути, ΔH = ΔH₁ + ΔH₂
Закон Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от пути, ΔH = ΔH₁ + ΔH₂

Ключевые термины

Стандартная теплота сгорания — Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 моль вещества; поскольку процесс экзотермический, ΔH<0\Delta H < 0.
Закон Гесса — Тепловой эффект реакции (ΔH\Delta H) зависит только от начального и конечного состояний веществ и не зависит от промежуточных стадий.
Тепловой эффект (ΔH\Delta H) — Количество теплоты, выделяемое или поглощаемое в ходе химической реакции; для экзотермических реакций ΔH<0\Delta H < 0, для эндотермических ΔH>0\Delta H > 0.
Экзотермическая реакция — Реакция, протекающая с выделением теплоты в окружающую среду; энергия продуктов ниже энергии исходных веществ (ΔH<0\Delta H < 0).
Энергия связи — Энергия, необходимая для разрыва химической связи; разрыв связи требует поглощения энергии, а образование связи сопровождается выделением энергии.
Термохимия — Раздел физической химии, изучающий тепловые эффекты химических реакций.
Правила расчёта по закону Гесса
ОперацияВлияние на уравнение реакцииВлияние на ΔH\Delta H
Обратить уравнениеПродукты и реагенты меняются местамиЗнак ΔH\Delta H меняется (+↔−+ \leftrightarrow -)
Умножить уравнение на коэффициентКоличество всех веществ умножается на этот коэффициентΔH\Delta H пропорционально изменяется на этот коэффициент
Сложить уравненияЛевые части складываются отдельно, правые — отдельно; одинаковые вещества сокращаютсяСоответствующие значения ΔH\Delta H складываются

При применении закона Гесса уравнения реакций рассматриваются как алгебраические выражения.

✎Расчёт для нескольких молей на основе теплоты сгорания метана
  1. 1Дано: CH4(г)+2O2(г)→CO2(г)+2H2O(ж)\text{CH}_4(\text{г}) + 2\text{O}_2(\text{г}) \to \text{CO}_2(\text{г}) + 2\text{H}_2\text{O}(\text{ж}); ΔH=−890 кДж/моль\Delta H = -890\ \text{кДж/моль}. Вычислите теплоту, выделяющуюся при сгорании 2 моль CH4\text{CH}_4.
  2. 2Правило умножения на коэффициент: При умножении уравнения на коэффициент 2, ΔH\Delta H также умножается на этот коэффициент: 2×(−890)=−1780 кДж2 \times (-890) = -1780\ \text{кДж}.
  3. 3Ответ: При полном сгорании 2 моль CH4\text{CH}_4 выделяется 1780 кДж1780\ \text{кДж} теплоты (ΔH=−1780 кДж\Delta H = -1780\ \text{кДж}).
🚫Частая ошибка

Забыть умножить ΔH\Delta H на тот же коэффициент при умножении уравнения реакции — это самая распространённая ошибка. Например, при сгорании 2 моль ΔH\Delta H увеличивается вдвое.

⚠️Внимание

Не меняйте местами разрываемые и образующиеся связи в формуле энергии связи: ΔH≈Σ(разрываемые связи)−Σ(образующиеся связи)\Delta H \approx \Sigma(\text{разрываемые связи}) - \Sigma(\text{образующиеся связи}). Разрыв требует поглощения энергии, образование — выделения энергии; нарушение порядка приведёт к неверному знаку ΔH\Delta H.

Правила

  1. 1Стандартная теплота сгорания — это теплота, выделяющаяся при полном сгорании 1 моль вещества; процесс экзотермический (ΔH < 0).
  2. 2По закону Гесса ΔH реакции зависит только от начального и конечного состояния и не зависит от промежуточного пути.
  3. 3При применении закона Гесса термохимические уравнения можно складывать, вычитать и умножать на коэффициент, как алгебраические выражения.
  4. 4Энергия связи: ΔH ≈ Σ(разрываемые связи) − Σ(образующиеся связи); разрыв связи поглощает энергию, образование — выделяет.
  5. 5При изменении коэффициента ΔH меняется пропорционально этому коэффициенту; при обращении уравнения знак ΔH меняется на противоположный.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс