Тепловой эффект химической реакции, не зависит от пути реакции, а определяется только состоянием реагентов и продуктов.
Для визуального восприятия этого правила лучше всего построить энергетический цикл, показывающий два пути реакции. Оба пути будут равны по энергии.
Если реакция по пути, то мы прибавляем ее значение изменения энтальпии. Если же против пути, то вычитаем.
Причины использования закона Гесса заключаются в том, что изменение энтальпии многих реакций по тем или иным причинам напрямую измерить невозможно. Например, если реакция эндотермическая и требует притока энергии из вне, который не измеряется. Или же если реакция имеет продолжение и не останавливается в нужный нам момент. Либо реакция может быть слишком медленной, чтобы успеть провести все измерения без значимых потерь.
Закон Гесса позволяет измерить изменение энтальпии реакции не напрямую, а через изменения энтальпии других реакций или через табличные значения.
Рассмотрим некоторые частные случаи применения закона Гесса.
Вычисление изменения энтальпии реакции по табличным значениям изменения энтальпии образования.
Изменение энтальпии образования - изменение энтальпии реакции при которой 1 моль вещества в его стандартном состоянии образуется из соответствующего количества простых веществ в их стандартном состоянии. Изменение энтальпии образования - зачастую теоретические реакции, содержащиеся в таблицах справочников.
Рассмотрев энергетический цикл подобного рода можно вывести и выучить формулу зависимости изменения энтальпии реакции. Она равна сумме изменений энтальпий образования всех продуктов за минусом суммы энтальпий образования всех реагентов с учетом коэффициентов при каждом веществе. Изменения энтальпий умножаются на соответствующие коэффициенты.
Решите задание
Решение
По прямой записываем сбалансированную реакцию. Снизу записываем все простые вещества и уравниваем под коэффициенты сверху.
Используем полученную формулу для расчетов, не забывая умножать на коэффициенты. Энтальпии образования простых веществ обычно не приводятся, так как известно, что все они равны нулю.
Вычисление изменения энтальпии реакции по табличным значениям изменения энтальпии сгорания.
Изменение энтальпии сгорания соответствует реакции, где сжигается 1 моль вещества в избытке кислорода с образованием оксидов в стандартных состояниях.
Тоже типичное применение закона Гесса. Изменения энтальпии реакции равно сумме изменений энтальпий сгорания всех реагентов за минусом суммы энтальпий сгорания всех продуктов с учетом коэффициентов при каждом веществе.
Задание
Решение
Для составления цикла сначала записывается сбалансированная основная реакция. Снизу записываются оксиды и уравниваются по всем элементам, кроме кислорода. Затем в основную реакцию слева и справа добавляется необходимое и равное количество кислорода.
Для решения записываем уравнение реакции, чтобы правильно учитывать коэффициенты. Энтальпия сгорания кислорода и высших оксидов равна нулю.
Расчет изменения энтальпии гидратации безводной соли.
Изменение энтальпии гидратации безводной соли рассчитывается с помощью закона Гесса, так как нет возможности измерить это изменение напрямую.
Она вычисляется как разность теплоты растворения безводной соли и теплоты растворения кристаллогидрата.
Любые реакции
Энергетический цикл можно составить для любой реакции, если известны данные по другим реакциям, предоставляющим альтернативный путь.
Еще один способ решения подобных задач - без изображения цикла:
Уравнения записывают друг под другом, подбирая направление и умножая коэффициенты таким образом, чтобы при математическом сложении все лишнее взаимно уничтожилось и осталось уравнение искомой реакции.
Останется сложить полученные значения, помноженные при необходимости.
Задание
Решение
В этом примере мы развернули вторую реакцию, поэтому знак поменялся. Все молекулы кислорода и воды хорошо взаимно уничтожились, оставив искомое уравнение. Поэтому умножать ни одно из уравнений не пришлось.