Закон Гесса (1840 г.) представляет собой частный случай закона сохранения энергии. Он позволяет определить тепловой эффект химического взаимодействия, используя данные о состояниях веществ только в начале и в конце процесса. Для этого применяется так называемая формула закона Гесса, оформленная в виде формулировки следствия из него.
Итак, что же из себя представляет закон, о котором идет речь? Как, пользуясь им, можно проводить вычисления?
- Экзотермические и эндотермические реакции
- Закон Гесса как основной закон термохимии и примеры расчетов с его использованием
- Следствие из закона Гесса: вычисление энтальпии реакции
- Энергетика химических процессов. Закон Гесса
- Тепловой эффект процесса
- Термохимические уравнения
- Закон Гесса
- Следствия из закона Гесса
- Стандартные термодинамические величины
- Стандартные энтальпии образования и сгорания
- Примеры решения задач
- Задачи для самостоятельного решения
- Решение задач на закон Гесса
- 🎬 Видео
Видео:Закон Гесса. 10 класс.Скачать
Экзотермические и эндотермические реакции
Основной категорией химического процесса, с которой закон Гесса имеет дело, является тепловой эффект – главный объект термохимии.
Тепловым эффектом Q считают теплоту, либо подающуюся в систему, либо выделяющуюся из нее в ходе химического взаимодействия.
Так, если теплота подается в систему (то есть поглощается из внешней среды), то процесс является эндотермическим. Если теплота, наоборот, уходит из системы в окружающую среду, то процесс является экзотермическим.
Каждая реакция отображается с помощью уравнения. Если в уравнении указан тепловой эффект химического процесса, то такое уравнение называется термохимическим. В нем обязательно записываются либо агрегатные состояния веществ, определяющие общее состояние системы, либо их аллотропные модификации (в случае простых веществ).
Обозначения агрегатных состояний записываются нижним индексом в скобках рядом с химической формулой вещества.
Например, для экзотермического процесса:
И для эндотермического процесса:
Состояния:
— (тв.) – твердое, или (к.) – кристаллическое;
Тепловой эффект Q реакции и изменение энтальпии ΔН имеют одинаковые численные значения, а по знаку противоположны:
В связи с этим приведенные выше уравнения можно записать так:
Видео:Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать
Закон Гесса как основной закон термохимии и примеры расчетов с его использованием
Закон Гесса констатирует:
Рассмотрим классический пример.
При экзотермическом взаимодействии углерода (графита) и кислорода образуется углекислый газ. У этого процесса есть два возможных пути: напрямую или через промежуточную стадию, идущую с образованием угарного газа (оксида углерода (II)):
При прямом процессе, идущем непосредственно с образованием углекислого газа, выделяется 393,5 кДж энергии:
Если процесс взаимодействия графита с кислородом идет в две стадии, то каждая из них также сопровождается выделением энергии:
Просуммируем эти два уравнения:
Получаем то же, что и в первом случае (то есть при прямом взаимодействии графита с кислородом): выделяется 393,5 кДж энергии.
Таким образом, результат реакции совершенно не зависит как от пройденного пути, так и от количества промежуточных стадий. Важными оказываются состояния веществ: начальное и конечное.
Прежде, чем рассмотреть примеры расчетов, в которых используется формула закона Гесса, необходимо сделать некоторые уточнения:
1) результаты термохимических расчетов (и измерений) всегда относят к одному молю вещества, которое образуется в ходе реакции;
2) теплота образования – это количество теплоты, выделяющееся при реакции простых веществ с образованием 1 моля продукта;
3) теплоты образования простых веществ принимают за ноль;
4) если прямой процесс является экзотермическим, то обратный будет эндотермическим, и наоборот.
Пример 1.
Запишем термохимические уравнения реакций, о которых идет речь:
Представим уравнение (2) так, чтобы СО стал конечным продуктом реакции, а не исходным веществом. Для этого запишем уравнение в обратном виде. Теплота сгорания по знаку в таком случае станет противоположной:
Для получения ответа на вопрос задачи (по закону Гесса) просуммируем уравнения (1) и (2):
Таким образом, при сгорании углерода с образованием угарного газа выделяется 110,5 кДж энергии.
Пример 2. 
В реакции, для которой требуется вычислить теплоту:
- участвуют 1 молекула этилена и 6 молекул фтора;
- образуются 2 молекулы тетрафторуглерода и 4 молекулы фтороводорода.
— в первой из данных по условию реакций все коэффициенты и теплоту реакции умножим на 2, чтобы получить 4 молекулы фтороводорода;
— во второй реакции также все коэффициенты и теплоту реакции умножим на 2, чтобы получить 2 молекулы тетрафторуглерода;
— уравнение третьей реакции запишем в обратном виде, чтобы этилен стал исходным веществом, а не продуктом реакции;
— изменим знак теплоты третьей реакции на противоположный, так как ее уравнение записываем в обратном виде.
Просуммируем все уравнения:
Таким образом, теплота реакции этилена с фтором ΔН= -2486,3 кДж.
Видео:Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.Скачать
Следствие из закона Гесса: вычисление энтальпии реакции
Чаще всего в вычислениях применяется не сам закон Гесса, а следствие из него. Оно позволяет вычислить как изменение энтальпии реакции, так и энтальпию образования любого из участников химического взаимодействия.
Следствие утверждает, что
В самом общем виде расчетная формула выглядит так:
А если учесть коэффициенты, то так:
Для вычислений обычно применяют стандартные энтальпии образования, так как именно в стандартных состояниях вещества наиболее устойчивы:
Стандартные теплоты (энтальпии) образования являются табличными величинами.
Задача 1. Используя данные таблицы стандартных термодинамических величин , вычислите изменение энтальпии для реакции: 
Решение:
Задача 2. 
Решение:
Задача 3. 
Решение:
Тепловой эффект в термодинамическом уравнении относят к 1 молю образующегося вещества. С учетом этого запишем уравнение реакции следующим образом:
Следовательно, для данной реакции термохимическое уравнение будет выглядеть так:
В дополнение ко всему сказанному отметим, что некоторые тепловые эффекты реакций, идущих при стандартном давлении, меняются с температурой. Однако эти изменения незначительны. Поэтому при выполнении термодинамических вычислений для нестандартных условий можно использовать стандартные величины теплот образования. Появится в итоге небольшая ошибка, что вполне допускается.
Таким образом, закон Гесса, а также следствие из него позволяют проводить расчеты, в основе которых лежат тепловые явления химических процессов.
Далее будут рассмотрены случаи, в которых используется формула закона Гесса для расчета таких термодинамических величин, как энтропия и энергия Гиббса.
Видео:Закон Гесса и изменение энтальпии реакцииСкачать
Энергетика химических процессов. Закон Гесса
Материалы портала onx.distant.ru
Видео:Все про прямоугольный треугольник. Решаем задачи | Математика | TutorOnlineСкачать
Тепловой эффект процесса
Количество выделенной (или поглощенной) теплоты Q в данном процессе называют тепловым эффектом процесса. Экзотермической является реакция, протекающая с выделением теплоты, а эндотермической – с поглощением теплоты из окружающей среды.
Для лабораторных и промышленных процессов наиболее типичен изобарный режим (Р=const). Поэтому обычно рассматривают тепловой эффект при Р,Т = const, т.е. изменение энтальпии процесса ΔН.
Следует отметить, что абсолютные значения энтальпии Н определить не представляется возможным, так как не известна абсолютная величина внутренней энергии.
Для экзотермической реакции (Q > 0) ΔН 0.
Видео:Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.Скачать
Термохимические уравнения
Химические уравнения, в которых дополнительно указывается величина изменения энтальпии реакции, а также агрегатное состояние веществ и температура, называются термохимическими уравнениями.
В термохимических уравнениях отмечают фазовое состояние и аллотропные модификации реагентов и образующихся веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое; S(ромб), S(монокл), С(графит), С(алмаз) и т.д.
Важно подчеркнуть, что с термохимическими уравнениями можно проводить алгебраические операции сложения, вычитания, деления, умножения.
Видео:Треугольники. Практическая часть - решение задачи. 7 класс.Скачать
Закон Гесса
Изменение энтальпии (внутренней энергии) химической реакции зависит от вида, состояния и количества исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути процесса.
Видео:Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.Скачать
Следствия из закона Гесса
- Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).
- Изменение энтальпии реакции равно сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции (суммирование проводится с учетом стехиометрических коэффициентов).
Видео:Закон Гесса. Энтальпия. ТермохимияСкачать
Стандартные термодинамические величины
Стандартные термодинамические величины – это такие величины, которые относятся к процессам, все ингредиенты которых находятся в стандартных состояниях.
Стандартным состоянием вещества, находящегося в конденсированной фазе (кристаллической или жидкой), является реальное состояние вещества, находящегося при данной температуре и давлении 1 атм.
Следует подчеркнуть, что стандартное состояние может иметь место при любой температуре.
Обычно тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции приводится для температуры 25 о С (298,15 К) и давления 101,325 кПа (1 атм), т.е. указывается стандартная энтальпия ΔН о 298.
Видео:Найдите угол: задача по геометрииСкачать
Стандартные энтальпии образования и сгорания
Стандартная энтальпия образования ΔН о f,298 (или ΔН о обр,298) – это изменение энтальпии в процессе образования данного вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии, из простых веществ, также находящихся в стандартном состоянии, причем простые вещества присутствуют в наиболее термодинамически устойчивых состояниях при данной температуре.
Например , ΔН o f,298(Н2О(ж)) = — 285,83 кДж/моль соответствует изменению энтальпии в процессе
при Т = 298,15 К и Р = 1 атм.
Стандартная энтальпия образования простых веществ равна нулю по определению (для наиболее устойчивых их модификаций при данной температуре).
Стандартной энтальпией сгорания ΔН o сгор,298 называют энтальпию сгорания вещества (обычно 1 моль), находящегося в стандартном состоянии с образованием СО2(г), Н2О(ж) и других веществ, состав которых должен быть специально указан. Все продукты сгорания также должны находиться в стандартном состоянии.
Видео:Задача, которую исключили из экзамена в АмерикеСкачать
Примеры решения задач
Задача 1. Используя справочные термодинамические данные вычислить ΔН o 298 реакции:
Решение. Решим задачу, используя оба следствия из закона Гесса. Ниже для исходных веществ и продуктов реакции приведены значения энтальпий образования и сгорания в кДж/моль (энтальпия сгорания сероводорода до SO2(г) и H2O(ж)):
| Вещество | H2S(г) | O2(г) | SO2(г) | H2O(ж) |
| ΔН o f,298 | -20,60 | 0 | -296,90 | -285,83 |
| ΔН o сгор,298 | -562,10 | 0 | 0 | 0 |
Cогласно первому следствию закона Гесса энтальпия этой реакции ΔН о х.р. равна:
В соответствии со вторым следствием закона Гесса получаем:
ΔН о х.р.,298 = 2ΔН о сгор,298(H2S(г)) = 2(-562,10) = — 1124,20 кДж.
Задача 2. Вычислите ΔН о 298 реакции N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г), используя следующие данные:
Определите стандартную энтальпию образования NH3(г).
Решение. Поскольку с термохимическими уравнениями можно производить все алгебраические действия, то искомое уравнение получится, если:
- разделить на два тепловой эффект первого уравнения и изменить его знак на противоположный, т.е:
- умножить на 3/2 второе уравнение и соответствующую ему величину δН o , изменив ее знак на противоположный:
Таким образом, тепловой эффект реакции N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г) равен:
Δ Н о 298 = (- ΔН о 1/2) + (- 3/2·ΔН о 2) = 765,61 + (- 857,49) = — 91,88 кДж.
Поскольку в рассматриваемой реакции образуется 2 моль NH3(г), то
ΔН о f,298(NH3(г)) = — 91,88/2 = — 45,94 кДж/моль.
Задача 3. Определите энтальпию процесса
если при 298,15 К энтальпия растворения CuSO4(к) в n моль Н2О с образованием раствора CuSO4(р-р, nH2O) равна –40, а энтальпия растворения CuSO4·5H2O(к) с образованием раствора той же концентрации равна +10,5 кДж/моль.
Решение. Составляем цикл Гесса:
ΔН о 1 = ΔН о 2 + ΔН о х (по закону Гесса). Отсюда получаем:
ΔН о х = ΔН о 1 – ΔН о 2 = – 40,0 – 10,5 = -50,5 кДж.
Другой вариант решения.
По закону Гесса: ΔН о 1 = ΔН о х+ ΔН о 3, т.е. при сложении уравнений (2) и (3) получим уравнение (1).
Задача 4. Вычислите энтальпию образования химической связи С= С в молекуле этилена, если его стандартная энтальпия образования равна 52,3 кДж/моль, энтальпия возгонки графита составляет 716,7 кДж/моль, энтальпия атомизации водорода равна +436,0 кДж/моль, энтальпия образования связи С–Н равна –414,0 кДж/моль.
Решение. Составляем цикл Гесса:
ΔН о (С = С) = 52,3 — 2·716,7 — 2·436,0 + 4·414,0 = — 597,1 кДж/моль.
Видео:Свободная энергия Гиббса. 10 класс.Скачать
Задачи для самостоятельного решения
1. Составьте уравнение реакции, для которой ΔН о соответствует стандартной энтальпии образования ВaCl2·2H2O(к).
Видео:Задача на подобие треугольников. А ты сможешь решить? | TutorOnline | МатематикаСкачать
Решение задач на закон Гесса
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Развитие управляющих функций мозга ребёнка: полезные советы и упражнения для педагогов
Сертификат и скидка на обучение каждому участнику
Практическая работа №5
Тема: «Решение задач на закон Гесса»
Цель работы: Практически научиться вычислять тепловой эффект химической реакции, теплоту образования веществ.
Тепловой эффект химической реакции- это теплота выделяемая или поглощаемая системой в результате химической реакции, или фазового превращения. При этом должны соблюдаться следующее условия:
Процесс протекает термодинамически — необратимо.
Давление и объём — постоянные.
Не совершается никакой работы, кроме работы расширения, при постоянном давлении.
Температура продуктов реакции равна температуре исходных веществ.
Тепловой эффект превращения зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от её промежуточных состояний и путей перехода.
В термохимии при написании уравнения химической реакции принято указывать агрегатное состояние вещества и тепловой эффект химической реакции.
Закон Гесса позволяет обращаться с термохимическим уравнением, как с алгебраическим, если только тепловые эффекты относятся к одинаковым условиям.
Закон Гесса позволяет определить тепловые эффекты реакций, которые невозможно изменить экспериментально.
Вычислите тепловой эффект химической реакции восстановления FeO (║) исходя из следующих уравнений:
CO+ 
O 2 →CO 2 ; 
= — 283 кДж .
H 2 + O 2 
H 2 O; 
= — 241, 83 кДж .
= — 13, 19 кДж а) FeO + CO Fe + CO 2
= — 283 кДж б ) CO+ O 2 → CO 2
= — 241, 83 кДж в ) H 2 + O 2 → H 2 O
г = FeO + CO + H 2 + O 2 – CO — O 2 → Fe + CO 2 +
= -13,19 – 241,84+ 283 = 27, 98 кДж.
FeO (т) + H 2(г) → Fe (т) + H 2 O (г) ; = 27, 98 кДж
Ответ: = 27, 98 кДж.
Вычислите теплоту образования гидроксида кальция ( CaO ), исход из следующих уравнений реакций:
Ca + O 2 → CaO; = 633,6 кДж ;
H 2 + O 2 → H 2 O ( ж ) ; = — 285, 84 кДж ;
CaO+ H 2 O ( ж ) →Ca (OH) 2 ; = — 65, 06 кДж ;
= — 633,6 кДж а) Ca + O 2 → CaO
= — 285,84 кДж б) H 2 + O 2 → H 2 O (ж)
= — 65, 06 кДж в) CaO + H 2 O (ж) →Са( OH ) 2
=? г) Ca + O 2 + H 2 →Ca(OH) 2
Ca + O 2 + H 2 + O 2 + CaO + H 2 O→CaO + H 2 O ( ж ) + Ca(OH) 2
= — 633,6 – 285,84 – 65, 06 = — 984,5 кДж
Ca + O 2 + H 2 →Ca(OH) 2 ; = -984,5 кДж .
Ответ: = — 984, 5 кДж.
Вывод: проделав эту работу, я практически научилась вычислять тепловой эффект химической реакции, теплоту образования веществ.
🎬 Видео
7 класс Атанасян. Вся геометрия за 100 минут. Треугольник, окружность, задачи на построениеСкачать
Геометрия 7 класс (Урок№25 - Прямоугольные треугольники.)Скачать
2 2 Закон Гесса, тепловой эффект реакцииСкачать
Сумма углов треугольника. Геометрия 7 класс | МатематикаСкачать
Подобие треугольников. Признаки подобия треугольников (часть 1) | МатематикаСкачать
Геометрия 7 класс (Урок№15 - Решение задач на признаки равенства треугольников.)Скачать
Как за 5 секунд решать такие задачи с треугольникиСкачать
