Задача N2  Тепловий ефект якої з наведених нижче хімічних реакцій відповідає стандартній теплоті (ентальпії) утворення  вуглекислого газу? 

                             1.     C_алмаз      +     О₂      =  СО₂

                                       2.     С_графіт        +     О₂       =  СО₂  

                             3.     2СО        +     О₂      =  2СО₂   

                             4.     1/2С_графіт  +   ½ О₂   =   ½ СО₂  (відповідь – другої)

Подібна задача. Яка кількість теплоти вилучається чи поглинається з утворенням 1 г води з кисню та водню за стандартних умов? Задачу можна розв’язати, використавши значення стандартної теплоти (ентальпії) утворення води. Стандартною ентальпіею (теплотою) утворення хімічної сполуки називається така кількість теплоти, яка вилучається чи поглинається з утворенням одного моля речовини за стандартних умов з простих речовин, що взяті в стійкій формі. Це одне з основних понять у термодинаміці. Значення стандартної ентальпії утворення наведені в довідниках з термодинамічних властивостей речовин, позначається вона  DH^о  і має розмірність  кДж/моль. Для простих речовин, що взяті в стійкій формі, DH^о = 0.Так, стандартна ентальпія утворення складної речовини, наприклад, сірчаної кислоти (див. рекомендований довідник) має значення  -813,99  кДж/моль. Це означає,  що підчас протікання реакції     Н₂ + S + 2O₂  =  H₂SO₄,  в результаті якої утворюється 1 моль (98г) сірчаної кислоти, вилучається (реакція   екзотермічна  DH^о < 0) 813990 Дж теплоти. Термодинаміка завжди оперує поняттями початковий та кінцевий стан системи. Так, якщо система в початковому стані являла собою суміш простих речовин (Н₂ + S + 2O₂), то в кінцевому стані вона є хімічною сполукою (H₂SO₄). При цьому система вилучила в навколишнє середовище 813990 Дж теплоти. Виходячи з останнього прикладу, зрозуміло, що поняття стандартної ентальпії утворення є  формалізованим, тому що наведена реакція за стандартних  умов протікати не буде. Повертаючись до  запитання в задачі, за допомогою довідника знайдемо, що DH^о  для рідкої води має значення  -285,83 кДж/моль, тобто з утворенням 18 г води вилучається 285830 Дж теплоти, а з утворенням  1г вилучається 15879 Дж  теплоти. (відповідь – вилучається 15879 Дж  теплоти)

Задача N 3   Розрахуйте, яка кількість теплоти вилучається  під час взаємодії  1 м³ метану з киснем за стандартних умов при    р = const   та   v =const. (далі будемо писати скорочено "ст.ум.”, а коли умови не указані, то будемо визнавати їх  стандартними). (відповідь - при  р=const вилучається  2,22×10⁴,  а  при  v=const - 2,20×10⁴   кДж теплоти)

Подібна задача. Розрахуйте, яка кількість теплоти вилучається,  якщо 1 кг оксиду алюмінію прореагує з сірчаним ангідридом при постійному об’ємі  та температурі  298 К за реакцією:

                               Al₂O_3(кр) + 3SO_3(г) = Al₂(SO₄)_3(кр).

Відповідно до закону Гесса розрахуємо  зміну ентальпії  в результаті хімічної реакції (DH_хр,₂₉₈) (тепловий ефект реакції) як різницю між сумою  стандартних ентальпій утворення продуктів реакціі (DH^о_пр)  та  сумою стандартних ентальпій утворення вихідних речовин (DH^о_ком).  Запишемо це у вигляді  рівняння для даної реакції, підставимо в нього значення стандартних ентальпій утворення продуктів та вихідних речовин, скориставшись  довідником, та розрахуємо цю суму ентальпій

 DH_хр,₂₉₈  =  (DH⁰ Al₂(SO₄)₃)  -  (DH⁰ Al₂O₃  +   3DH⁰ SO₃ )    =

               = (-3441,80)        -  (-1675,69  +   3(-395,85))  = 

               =  -578,56 кДж/моль

      Перед розв’язанням задачі  далі прокоментуємо одержаний результат. Значення зміни ентальпії в результаті реакції менше нуля (DH<0), тобто це єкзотермічна хімічна реакція. А ще можна сказати так, що при взаємодії 1 молю Al₂O_3(кр)  (342 г) з  трьома молями SO_3(г)  (80 г) вилучиться   в навколишне середовище 578,56 кДж теплоти. Така кількість теплоти вилучиться, якщо реакція буде протікати при постійному тиску (DH =  Qp ), а нам потрібно знайти   Qv  або  зміну внутрішньої енергії в результаті цієї реакції (нагадаємо, що DU  =  Qv ). Для цього використаємо такий вираз першого закону термодинаміки: DH = DU + DnRT,  де  Dn – зміна числа молів газоподібних речовин в результаті реакції, R – універсальна газова стала (8,31 Дж/(моль . К),  T – температура (К). Це рівняння  установлює зв’язок між зміною внутрішньої енергії та зміною ентальпії в результаті хімічної реакції. У нашому випадку Dn = 0 – 3 = -3. Тепер є можливість розрахувати зміну внутрішньої енергії DU = DH  -  DnRT =  -578560 – (-3) 8,31× 298 = = -571130 Дж/моль . Зверніть увагу на те, що коли  реакція протікала б при постійному об’ємі, а не при постійному тиску, то кількість теплоти, яка вилучається, була б меншою на 7429 Дж. Таким чином,  знайдено, що під час взаємодії 342 г оксиду алюмінію з сірчаним ангідридом при постійному об’ємі вилучається 571,130 кДж теплоти, а для 1 кг це значення буде 1669,97 кДж  (відповідь – вилучиться  1669,97 кДж теплоти)