Второе следствие из закона Гесса

В некоторых случаях удобнее вычислять тепловой эффект реакции по теплотам (энтальпиям) сгорания веществ, участвующих в реакции. Теплотой (энтальпией) сгорания соединения называется теплота, выделяющаяся при полном сгорании (т.е. до высших оксидов) одного моля вещества в кислороде. Для органических соединений это будет тепловой эффект полного сгорания одного моля данного соединения до диоксида углерода, воды и высших оксидов других элементов. Например, теплота сгорания метилового спирта – это тепловой эффект следующей реакции:

 

СН₃ОН + 3/2 О₂ = СО₂ + 2Н₂О

 

Теплоты сгорания высших оксидов равны нулю.

Обозначим теплоту сгорания вещества DН_сгор.

В соответствии со вторым следствием из закона Гесса, тепловой эффект химической реакции равен разности между теплотами (энтальпиями) сгорания исходных веществ и продуктов с учетом стехиометрических коэффициентов:

(6)

 

Подстрочные значки i и j относятся соответственно к исходным веществам и продуктам, n - стехиометрические коэффициенты.

Следующая схема на Рис.5. иллюстрирует доказательство этого следствия на основе правила сложения векторов.

Рис.5. Доказательство второго следствия из закона Гесса.

 

 

Пример: Вычислить тепловой эффект реакции:

 

3 С₂Н₂ = С₆Н₆ DН - ?

 

Энтальпии сгорания равны:

для ацетилена (г) DН_а = − 1298, 3 кДж/моль,

для бензола (ж) DН_б = − 3264,2 кДж/моль.

По уравнению (6) находим

 

DН = -3DН_а + DН_б =630,7 кДж

 

 

Зная теплоту сгорания легко определить теплоты образования, и наоборот. Если, например, теплота сгорания метилового спирта равна -729 кДж/моль, то, пользуясь значениями теплот образования СО₂ и Н₂О, можно составить следующие термохимические уравнения:

 

(а) СН₃ОН + 3/2 О₂ = СО₂ + 2Н₂О DН_а = − 729 кДж/моль метилового спирта

 

(б) С + О₂ = СО₂ DН_б = − 395 кДж/моль СО₂

 

(в) Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О DН_с = − 267 кДж/моль Н₂О

 

Умножая уравнение (в) на 2, складывая с уравнением (б) и и вычитая уравнение (а), получим после преобразований реакцию образования метилового спирта:

 

С + 2Н₂ + 1/2О₂ = СН₃ОН

 

Проведя аналогичные преобразования с тепловыми эффектами реакций, получим тепловой эффект образования метилового спиртаDН:

 

DН = 2DН_в + DН_б - DН_а = - 200 кДж/моль

 

Закон Гесса справедлив и для сложных биохимических процессов. Так, количество теплоты, получаемой при окислении углеводов и жиров в живом организме, где эти процессы протекают в несколько стадий, и количество теплоты, выделяемое при сжигании этих веществ в кислороде, оказались равными. Для белков это не так, т.к. конечным продуктом окисления белка в организме является карбамид, в кислороде же окисление белка полное.