Тепловой эффект реакции. Термохимические уравнения

При химической реакции одни связи рвутся, другие образуются. На разрыв связей энергия затрачивается, при образовании — выделяется. Разность этих величин и есть тепловой эффект реакции \(Q\) — количество теплоты, которое выделяется (или поглощается) при протекании реакции в количествах, указанных коэффициентами. Если новые связи прочнее старых, теплота выделяется, реакция экзотермическая.

Термохимическое уравнение

Термохимическое уравнение — уравнение реакции, в котором указан тепловой эффект и агрегатные состояния веществ (от них зависит величина эффекта: при образовании жидкой воды теплоты выделяется больше, чем пара). Тепловой эффект записывают в правой части со знаком «+» для экзотермической и «−» для эндотермической реакции. Используют и изменение энтальпии \(\Delta H\) — теплоту, которую получает сама система, поэтому \(\Delta H = -Q\):

\[ \ce{2H2(\text{г}) + O2(\text{г}) = 2H2O(\text{ж})} + 572\ \text{кДж}, \qquad \Delta H = -572\ \text{кДж} \]

\[ \ce{CaCO3(\text{тв}) = CaO(\text{тв}) + CO2(\text{г})} - 178\ \text{кДж}, \qquad \Delta H = +178\ \text{кДж} \]

Тепловой эффект относится именно к тем количествам веществ, которые указаны коэффициентами: 572 кДж выделяется при сгорании 2 моль водорода. Поэтому количество теплоты пропорционально количеству вещества: при сгорании 1 моль \(\ce{H2}\) выделится 286 кДж, при сгорании 0,25 моль — 143 кДж.

Какие реакции экзо-, а какие эндотермические

Закон Гесса и теплоты образования

Закон Гесса (Г. И. Гесс, 1840): тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от пути, по которому идёт процесс. Например, углерод можно сжечь сразу до \(\ce{CO2}\), а можно в две стадии — через \(\ce{CO}\); суммарная теплота в обоих случаях одинакова (393,5 кДж на моль углерода).

Из закона следует удобный способ расчёта. Теплота образования вещества — тепловой эффект образования 1 моль вещества из простых веществ; у простых веществ в устойчивом состоянии она равна нулю. Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов минус сумма теплот образования реагентов (с учётом коэффициентов).