Номер 3, страница 127 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 18. Определение тепловых эффектов химических реакций. Закон Гесса - номер 3, страница 127.

Условие.

3. Что называют стандартной энтальпией образования вещества? Как определяют эту величину? Чему равна энтальпия образования простых веществ?

Решение.

Решение 2.

Что называют стандартной энтальпией образования вещества?

Стандартной энтальпией образования (или стандартной теплотой образования) сложного вещества называют изменение энтальпии (тепловой эффект) реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ, находящихся в их наиболее устойчивых термодинамических состояниях при стандартных условиях. Стандартные условия — это, как правило, давление 1 бар (100 кПа) и температура 298,15 K (25 °C). Обозначается стандартная энтальпия образования как $ \Delta H_f^\circ $ или $ \Delta_f H_{298}^\circ $. Единица измерения — кДж/моль. Например, стандартная энтальпия образования жидкой воды — это изменение энтальпии в реакции $ H_2(\text{г}) + \frac{1}{2}O_2(\text{г}) \rightarrow H_2O(\text{ж}) $, которое равно $ \Delta H_f^\circ(H_2O, \text{ж}) = -285,8 $ кДж/моль. Отрицательное значение означает, что реакция экзотермическая (теплота выделяется), а положительное — что реакция эндотермическая (теплота поглощается).

Ответ: Стандартная энтальпия образования вещества — это тепловой эффект реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ, находящихся в их наиболее устойчивых состояниях при стандартных условиях (давление 1 бар, температура 298,15 K).

Как определяют эту величину?

Стандартную энтальпию образования определяют как экспериментально, так и с помощью расчетов. Прямое экспериментальное измерение возможно, если реакция образования вещества из простых веществ протекает быстро, полно и без побочных продуктов. В этом случае её тепловой эффект можно измерить напрямую с помощью калориметра. Например, энтальпию образования диоксида углерода $ CO_2 $ измеряют, сжигая графит в избытке кислорода. Однако в большинстве случаев прямое измерение невозможно. Тогда энтальпию образования рассчитывают косвенно, используя закон Гесса, который гласит, что тепловой эффект химической реакции не зависит от пути её протекания, а определяется только начальным и конечным состоянием системы. Чаще всего для расчетов используют энтальпии сгорания. Из следствия закона Гесса тепловой эффект любой реакции можно рассчитать как разность между суммой стандартных энтальпий образования продуктов и суммой стандартных энтальпий образования реагентов, с учётом стехиометрических коэффициентов: $ \Delta H_{\text{реакции}}^\circ = \sum (\nu \cdot \Delta H_f^\circ)_{\text{продуктов}} - \sum (\nu \cdot \Delta H_f^\circ)_{\text{реагентов}} $. Зная тепловой эффект реакции и энтальпии образования всех участников, кроме одного, можно найти неизвестную энтальпию образования.

Ответ: Стандартную энтальпию образования определяют либо прямым калориметрическим измерением (если реакция осуществима), либо, что гораздо чаще, косвенно — расчетами с использованием закона Гесса и его следствий на основе экспериментально измеренных энтальпий других реакций (например, реакций сгорания).

Чему равна энтальпия образования простых веществ?

Стандартная энтальпия образования простых веществ в их наиболее устойчивом аллотропном и агрегатном состоянии при стандартных условиях (1 бар и 298,15 K) условно принята равной нулю. Это соглашение является отправной точкой для термохимических расчетов. Например, для кислорода наиболее устойчивой формой является газообразный дикислород $ O_2(\text{г}) $, поэтому $ \Delta H_f^\circ(O_2, \text{г}) = 0 $ кДж/моль, в то время как энтальпия образования озона $ O_3(\text{г}) $ уже не равна нулю ($ +142,7 $ кДж/моль). Для углерода наиболее устойчивой формой является графит $ C(\text{графит}) $, поэтому $ \Delta H_f^\circ(C, \text{графит}) = 0 $ кДж/моль, а энтальпия образования алмаза $ C(\text{алмаз}) $ положительна ($ +1,9 $ кДж/моль). Аналогично, $ \Delta H_f^\circ(H_2, \text{г}) = 0 $ кДж/моль, $ \Delta H_f^\circ(Fe, \text{тв}) = 0 $ кДж/моль, $ \Delta H_f^\circ(Hg, \text{ж}) = 0 $ кДж/моль (так как ртуть при стандартных условиях является жидкостью).

Ответ: Стандартная энтальпия образования простых веществ в их наиболее устойчивом термодинамическом состоянии (стабильная аллотропная модификация и агрегатное состояние) при стандартных условиях принята равной нулю.