Номер 2, страница 288 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.2. При каких условиях выполняется закон Гесса?

Закон Гесса является фундаментальным принципом термохимии, который представляет собой следствие первого закона термодинамики. Он гласит, что суммарный тепловой эффект (изменение энтальпии) химической реакции зависит только от начального и конечного состояния реагирующих веществ и не зависит от промежуточных стадий и пути протекания процесса.

Для корректного применения закона Гесса и выполнения его положений необходимо соблюдение ряда условий:

1. Проведение процесса при постоянном давлении ($p = \text{const}$) или постоянном объеме ($V = \text{const}$).

   Закон Гесса чаще всего применяется к изменению энтальпии ($ \Delta H $), что соответствует тепловому эффекту реакции при постоянном давлении ($q_p = \Delta H$). Закон также справедлив и для изменения внутренней энергии ($ \Delta U $), которое равно тепловому эффекту при постоянном объеме ($q_V = \Delta U$). Энтальпия и внутренняя энергия — это функции состояния, поэтому их изменение не зависит от пути процесса. Критически важно, чтобы все реакции в рассматриваемом цикле (и основная, и промежуточные) проводились при одинаковых условиях — либо все изобарно, либо все изохорно.

2. Идентичность начальных и конечных состояний системы.

   Для любого пути реакции, прямого или многостадийного, начальное состояние (состав, количество, агрегатное состояние, температура и давление реагентов) и конечное состояние (состав, количество, агрегатное состояние, температура и давление продуктов) должны быть абсолютно одинаковыми. Нарушение этого условия (например, если в одном случае продукт — вода жидкая, а в другом — пар) приведет к разным тепловым эффектам, так как потребуется учесть теплоту фазового перехода.

3. Отсутствие иных видов работы, кроме работы расширения.

   Тепловой эффект равен изменению энтальпии ($ \Delta H $) или внутренней энергии ($ \Delta U $) только в том случае, если система не совершает и над ней не совершается никакой другой работы (например, электрической, магнитной). Если в процессе совершается полезная работа, то закон Гесса в его классической форме для тепловых эффектов становится неприменимым.

4. Полнота протекания реакции и отсутствие побочных процессов.

   Расчеты по закону Гесса предполагают, что все реакции, включенные в термохимический цикл, протекают до конца в соответствии с их стехиометрическими уравнениями. Наличие побочных реакций или неполное превращение реагентов искажает измеряемый тепловой эффект, и он уже не будет соответствовать энтальпии целевой реакции.

Ответ: Закон Гесса выполняется при следующих ключевых условиях: 1) процесс протекает при постоянном давлении ($p=\text{const}$) или постоянном объеме ($V=\text{const}$); 2) начальное и конечное состояния системы (агрегатное состояние веществ, температура, давление) являются одинаковыми для всех сравниваемых путей реакции; 3) единственным видом работы является работа расширения ($p\Delta V$); 4) реакции протекают до конца и без образования побочных продуктов.