Термохимия — это раздел химической термодинамики, который изучает тепловые эффекты химических реакций и фазовых превращений.

Тепловой эффект химической реакции — количество теплоты, которое выделяется или поглощается в ходе химической реакции при условии, что система не совершает никакой работы, кроме работы расширения.

В зависимости от условий протекания процесса различают изохорный тепловой эффект (Qv) и изобарный тепловой эффект (Qp).

Изохорным тепловым эффектом называют изменение внутренней энергии системы в результате процесса:Qv = ΔU.

Изобарным тепловым эффектом, или теплотой реакции, называют теплоту, которую получает система в изобарном процессе:Qp = ΔH.

Если в ходе реакции теплота выделяется, то реакция называется экзотермической, а если поглощается — эндотермической.

Для того чтобы определить тепловой эффект реакции, используют закон Гесса: тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути перехода.

Закон Гесса позволяет вычислить тепловой эффект реакции по стандартным теплотам образования или сгорания исходных веществ и продуктов реакции.

Стандартная теплота образования — тепловой эффект реакции образования одного моля вещества из простых веществ в стандартных условиях. Стандартные условия — давление 101 325 Па (1 атм), температура 298 К (25 °С).

Стандартную теплоту образования обозначают ΔHf0. Для простых веществ она равна нулю.

Теплота сгорания — тепловой эффект полного сгорания одного моля вещества до CO2, H2O и других устойчивых оксидов. Обозначается ΔHc0.

При расчётах тепловых эффектов химических реакций с использованием закона Гесса следует учитывать следующие правила:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции (закон Лавуазье—Лапласа).
2. Если в результате реакции между сложными веществами образуются аналогичные исходным более простые вещества, то разность тепловых эффектов исходной и конечной реакций равна теплоте превращения исходного вещества.
3. Для двух реакций, имеющих одинаковые исходные, но разные конечные состояния, разность тепловых эффектов представляет собой тепловой эффект перехода из одного конечного состояния в другое.
4. Алгебраическая сумма теплот отдельных стадий реакции равна тепловому эффекту всей реакции. Это правило применимо для последовательных реакций.

Рассмотрим пример решения задачи на использование закона Гесса.

Задача: определите тепловой эффект реакции горения этана C2H6(г) + 7/2 O2(г) = 2CO2(г) + 3H2O(ж), если стандартные теплоты образования CO2(г), H2O(ж) и C2H6(г) равны соответственно -393,5 кДж/моль, -285,8 кДж/моль и +84,7 кДж/моль.

Решение:ΔHр = ΣΔHf(продуктов) – ΣΔHf(исходных веществ)

ΔHр = [2 (-393,5) + 3 (-285,8)] – [(-84,7)] = -1559,8 + 84,7 = -1475,1 кДж/моль

Ответ: тепловой эффект реакции равен -1475,1 кДж/моль. Реакция является экзотермической.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое тепловой эффект химической реакции?
2. Какие виды тепловых эффектов существуют? В чём их различие?
3. Какая реакция называется экзотермической? Эндотермической?
4. Сформулируйте закон Гесса и объясните его значение.
5. Что такое стандартная теплота образования? Как она обозначается?
6. Что такое теплота сгорания? Как она обозначается?
7. Перечислите правила расчёта тепловых эффектов химических реакций по закону Гесса.
8. Приведите пример решения задачи с использованием закона Гесса.