قانون هس: ما هو ، الأصول والتمارين

يسمح لنا قانون هيس بحساب التغير في المحتوى الحراري ، وهو مقدار الطاقة الموجودة في المواد بعد خضوعها لتفاعلات كيميائية. هذا لأنه من غير الممكن قياس المحتوى الحراري نفسه ، ولكن قياس الاختلاف فيه.

يقوم قانون هيس على دراسة الكيمياء الحرارية.

تم تطوير هذا القانون تجريبيًا بواسطة جيرمان هنري هيس ، الذي أسس:

يعتمد تغيير المحتوى الحراري (ΔH) في تفاعل كيميائي فقط على الحالات الأولية والنهائية للتفاعل ، بغض النظر عن عدد التفاعلات.

كيف يمكن حساب قانون هيس؟

يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري بطرح المحتوى الحراري الأولي (قبل التفاعل) من المحتوى الحراري النهائي (بعد التفاعل):

ΔH = H._F - ح_أنا

هناك طريقة أخرى لحسابها وهي من خلال مجموع المحتوى الحراري في كل تفاعل من التفاعلات الوسيطة. بغض النظر عن عدد ونوع التفاعلات.

ΔH = ΔH₁ + ΔH₂

نظرًا لأن هذا الحساب يأخذ في الاعتبار القيم الأولية والنهائية فقط ، فقد استنتج أن الطاقة الوسيطة لا تؤثر على نتيجة اختلافها.

هذه حالة خاصة من مبدأ حفظ الطاقة، أ القانون الأول للديناميكا الحرارية.

يجب أن تعلم أيضًا أن قانون هيس يمكن حسابه على أنه معادلة رياضية. للقيام بذلك ، يمكنك تنفيذ الإجراءات التالية:

• عكس التفاعل الكيميائي ، وفي هذه الحالة يجب أيضًا عكس علامة ΔH ؛
• بضرب المعادلة ، يجب أيضًا ضرب قيمة ΔH ؛
• قسّم المعادلة ، يجب أيضًا تقسيم قيمة ΔH.

معرفة المزيد عن الطاقة الداخلية الكامنة.

مخطط المحتوى الحراري

يمكن أيضًا تصور قانون هيس من خلال مخططات الطاقة:

يوضح الرسم البياني أعلاه مستويات المحتوى الحراري. في هذه الحالة ، تكون التفاعلات التي تعرضت لها ماصة للحرارة ، أي أن هناك امتصاصًا للطاقة.

ΔH₁ هو التغير في المحتوى الحراري الذي يحدث من أ إلى ب. افترض أنه 122 كيلو جول.
ΔH₂ هو التغير في المحتوى الحراري الذي يحدث من B إلى C. افترض أنه 224 كيلو جول.
ΔH₃ هو التغير في المحتوى الحراري الذي يحدث من A إلى C.

لذلك ، من المهم بالنسبة لنا معرفة قيمة ΔH_3, لأنه يتوافق مع التغيير في المحتوى الحراري للتفاعل من A إلى C.

يمكننا إيجاد قيمة ΔH₃، من مجموع المحتوى الحراري في كل تفاعل:

ΔH₃ = ΔH₁ + ΔH₂
ΔH₃ = 122 كيلو جول + 224 كيلو جول
ΔH₃ = 346 كيلو جول

أو ΔH = H._F - ح_أنا
ΔH = 346 كج - 122 كج
ΔH = 224 كيلو جول

امتحان القبول: حلها خطوة بخطوة

1. (Fuvest-SP) بناءً على اختلافات المحتوى الحراري المرتبطة بالتفاعلات التالية:

ن_{2 (ز)} + 2 س_{2 (ز)} → 2 لا_{2 (ز)} ∆H1 = +67.6 كيلوجول
ن_{2 (ز)} + 2 س_{2 (ز)} → ن₂ا_{4 (ز)} ∆H2 = +9.6 كيلوجول

يمكن توقع أن تباين المحتوى الحراري المرتبط بتفاعل NO dimerization₂ ستكون مساوية لـ:

2 ن_{O2 (ز)} → 1 إن₂ا_{4 (ز)}

أ) -58.0 كيلو جول ب) +58.0 كيلو جول ج) -77.2 كيلو جول) +77.2 كيلو جول · هـ) +648 كيلو جول

القرار:

الخطوة 1: اقلب المعادلة الأولى. هذا لأنه لا_{2 (ز)} يحتاج إلى الانتقال إلى جانب المواد المتفاعلة ، وفقًا للمعادلة العالمية. تذكر أنه عند عكس التفاعل ، فإن ∆H1 يعكس أيضًا الإشارة ويغيرها إلى سلبية.

تم حفظ المعادلة الثانية.

2 لا_{2 (ز)} → ن_{2 (ز)} + 2 س_{2 (ز)} ∆H1 = - 67.6 كيلوجول
ن_{2 (ز)} + 2 س_{2 (ز)} → ن₂ا_{4 (ز)} ∆H2 = +9.6 كيلوجول

الخطوة 2: لاحظ أن N._{2 (ز)} يظهر في المنتجات والكواشف ويحدث نفس الشيء مع 2 مول من O_{2 (ز).}

2 لا_{2 (ز)} → ن_{2 (ز)}+ 2 س_{2 (ز)}∆H1 = - 67.6 كيلوجول
ن_{2 (ز)} + 2 س_{2 (ز)} → ن₂ا_{4 (ز)} ∆H2 = +9.6 كيلوجول

وبالتالي ، يمكن إلغاؤها مما ينتج عنه المعادلة التالية:

2 لا_{2 (ز)} → ن₂ا_{4 (ز)}.

الخطوة 3: يمكنك أن ترى أننا وصلنا إلى المعادلة العالمية. الآن يجب أن نضيف المعادلات.

∆H = H1 + H2
∆H = - 67.6 كيلوجول + 9.6 كيلوجول
∆H = -58 كيلوجول البديل أ
من القيمة السلبية لـ ∆H نعلم أيضًا أنه تفاعل طارد للحرارة ، مع إطلاق الحرارة.

تعرف على المزيد ، اقرأ أيضًا:

• الكيمياء الحرارية
• تمارين في الكيمياء الحرارية
• التفاعلات الماصة للحرارة والطاردة للحرارة
• القانون الثاني للديناميكا الحرارية

تمارين

1. (UDESC-2012) يمكن استخدام غاز الميثان كوقود ، كما هو موضح في المعادلة 1:

CH_{4 (ز)} + 2O_{2 (ز)} → كو_{2 (ز)} + 2 ح₂ا_(ز)

باستخدام المعادلات الحرارية الكيميائية أدناه ، والتي تراها ضرورية ، ومفاهيم قانون هيس ، احصل على قيمة المحتوى الحراري للمعادلة 1.

ج_(س) + ح₂ا_(ز) → كو_(ز) + ح_{2 (ز)} ΔH = 131.3 كيلوجول · مول^-1
كو_(ز) + ½ ملف_{2 (ز)} → كو_{2 (ز)} ΔH = - 283.0 كيلوجول مول^-1
ح_{2 (ز)} + ½ ملف_{2 (ز)} → H.₂ا_(ز) ΔH = - 241.8 كيلوجول · مول^-1
ج_(س) + 2 ح_{2 (ز)} → CH_{4 (ز)} ΔH = - 74.8 كيلوجول · مول^-1

قيمة المحتوى الحراري للمعادلة 1 ، بالكيلوجول ، هي:

أ) - 704.6
ب) - 725.4
ج) - 802.3
د) - 524.8
هـ) - 110.5

انظر للاجابة

ج) - 802.3

2. (UNEMAT-2009) قانون هيس له أهمية أساسية في دراسة الكيمياء الحرارية ويمكن ذكره حيث أن "تباين المحتوى الحراري في تفاعل كيميائي يعتمد فقط على الحالات الأولية والنهائية لـ تفاعل". من نتائج قانون هيس أن المعادلات الحرارية الكيميائية يمكن معالجتها جبريًا.

بالنظر إلى المعادلات:

ج _{(الجرافيت)} + س_{2 (ز)} → كو_{2 (ز)} ΔH₁ = -393.3 كيلوجول
ج _(الماس) + س_{2 (ز)} → كو_{2 (ز)} ΔH₂ = -395.2 كيلوجول

بناءً على المعلومات الواردة أعلاه ، احسب التغير في المحتوى الحراري لكربون الجرافيت إلى كربون الماس وحدد البديل الصحيح.

أ) -788.5 كيلوجول
ب) +1.9 كيلو جول
ج) +788.5 كيلوجول
د) -1.9 كيلو جول
هـ) +98.1 كيلوجول

انظر للاجابة

ب) +1.9 كيلو جول