14.3 Закон Гесса и его следствия

Как внутренняя энергия, так и энтальпия являются функциями состояния. Таким образом, и в процессе с постоянным объемом, и в процессе с постоянным давлением тепловой эффект реакции измеряется изменением функций состояния, которое не зависит от хода процесса, а определяется лишь начальным и конечным состояниями системы. Отсюда непосредственно следует, что и тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути, по которому протекает реакция.

Это положение было открыто и экспериментально доказано в 1840 г. русским ученым Г. И. Гессом, почему оно и носит название закона Гесса.

Непосредственно из закона Гесса вытекают следующие следствия:

1. Тепловой эффект образования численно равен, но противоположен по знаку тепловому эффекту разложения.

2. Если из двух начальных состояний достигается одно и то же конечное состояние, то разница тепловых эффектов обеих реакций равна тепловому эффекту перехода из одного начального состояния в другое.

3. Если из одного и того же начального состояния достигаются два различных конечных состояния, то разница тепловых эффектов обеих реакций равна тепловому эффекту перехода из одного конечного состояния в другое.

Закон Гесса имеет исключительное значение в различного рода термохимических вычислениях, т. е. в определении тепловых эффектов сложных или неосуществимых реакций с помощью данных, полученных для других реакций, более доступных для непосредственных калориметрических измерений.

Например, реакция полного горения углерода

C+О₂=CО₂+Q

м ожет быть представлена, как показано на рисунке 14.1, в виде последовательности двух реакции: реакции неполного горения углерода

C+0,5О₂ = CO+Q^/

и реакции догорания окиси углерода

С

Рисунок 14.1

Тепловые эффекты первой и третьей реакций легко могут быть найдены экспериментально, вторая же реакция в чистом виде неосуществима. Однако ее тепловой эффект может быть найден на основании 2- го следствия из закона Гесса, согласно которому

.

Закон Гесса позволяет находить неизвестные тепловые эффекты реакций путем алгебраического сложения или вычитания химических уравнений. Так, в разнообразном примере можно поступить следующим образом.

Вычитая почленно уравнение третьей реакции

СО + 0,5 О₂ = СО₂ + Q^//

из уравнения первой реакции

С + О₂ = СО₂+ Q,

получаем

С+О₂ – СО – 0,5 О₂ = Q – Q^// ,

а после приведения подобных членов и перенесения СО вправо –

С + 0,5 О₂ = СО + Q – Q^//.

Сравнивая полученное уравнение с уравнением второй реакции

С + 0,5О₂ = СО + Q^/.

находим окончательно

Q^/ = Q – Q^//.