Hessin laki: mikä se on, perusteet ja harjoitukset

Hessin lain mukaan voimme laskea entalpian vaihtelun, joka on aineissa läsnä olevan energian määrä kemiallisten reaktioiden jälkeen. Tämä johtuu siitä, että itse entalpiaa ei ole mahdollista mitata, mutta sen vaihtelua.

Lämpökemian tutkimuksen taustalla on Hessin laki.

Tämän lain kehitti kokeellisesti Germain Henry Hess, joka perusti:

Entalpian muutos (AH) kemiallisessa reaktiossa riippuu vain reaktion alkutilasta ja lopputilasta reaktioiden lukumäärästä riippumatta.

Kuinka Hessin laki voidaan laskea?

Entalpian muutos voidaan laskea vähentämällä alkuperäinen entalpia (ennen reaktiota) lopullisesta entalpiasta (reaktion jälkeen):

AH = H_f - H_i

Toinen tapa laskea se on kunkin välireaktion entalpioiden summa. Riippumatta reaktioiden lukumäärästä ja tyypistä.

ΔH = ΔH₁ + ΔH₂

Koska tässä laskelmassa otetaan huomioon vain alku- ja loppuarvot, päätellään, että välienergia ei vaikuta sen vaihtelun tulokseen.

Tämä on erityinen tapaus Energiansäästön periaate, a Ensimmäinen termodynamiikan laki.

Sinun tulisi myös tietää, että Hessin laki voidaan laskea matemaattisena yhtälönä. Voit tehdä tämän seuraavasti:

• Käännä kemiallinen reaktio, jolloin myös ΔH-merkki on käännettävä päinvastaiseksi;
• Kerro yhtälö, myös ΔH: n arvo on kerrottava;
• Jaa yhtälö, myös ΔH: n arvo on jaettava.

tietää enemmän entalpia.

Entopian kaavio

Hessin laki voidaan visualisoida myös energiakaavioiden avulla:

Yllä oleva kaavio näyttää entalpian tasot. Tässä tapauksessa kärsivät reaktiot ovat endotermisiä, toisin sanoen energia absorboituu.

ΔH₁ on entalpian muutos, joka tapahtuu A: sta B: ksi. Oletetaan, että se on 122 kj.
ΔH₂ on entalpian muutos, joka tapahtuu B: stä C: ksi. Oletetaan, että se on 224 kj.
ΔH₃ on entalpian muutos, joka tapahtuu A: sta C: ksi.

Joten meille on tärkeää tietää ΔH: n arvo_3, koska se vastaa reaktion entalpian muutosta A: sta C: ksi.

Voimme löytää arvon ΔH₃, kunkin reaktion entalpian summasta:

ΔH₃ = AH₁ + ΔH₂
ΔH₃ = 122 kj + 224 kj
ΔH₃ = 346 kj

Tai ΔH = H_f - H_i
AH = 346 kj - 122 kj
AH = 224 kj

Valintakoe: Ratkaistu vaihe vaiheelta

1. (Fuvest-SP) Perustuu seuraaviin reaktioihin liittyviin entalpian vaihteluihin:

N_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → 2 EI_{2 (g)} ∆H1 = +67,6 kJ
N_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → N₂O_{4 g)} ∆H2 = +9,6 kJ

Voidaan ennustaa, että NO-dimerisointireaktioon liittyvä entalpian vaihtelu₂ on yhtä suuri kuin:

2 N_{O2 (g)} → 1 N₂O_{4 g)}

a) -58,0 kJ b) +58,0 kJ c) -77,2 kJ d) +77,2 kJ e) +648 kJ

Resoluutio:

Vaihe 1: Käännä ensimmäinen yhtälö. Tämä johtuu siitä, että EI_{2 (g)} täytyy siirtyä reagoivien puolelle globaalin yhtälön mukaan. Muista, että reaktiota kääntäen myös ∆H1 kääntää merkin, kääntämällä sen negatiiviseksi.

Toinen yhtälö säilytetään.

2 EI_{2 (g)} → N_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} ∆H1 = - 67,6 kJ
N_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → N₂O_{4 g)} ∆H2 = +9,6 kJ

Vaihe 2: Huomaa, että N_{2 (g)} esiintyy tuotteissa ja reagensseissa ja sama tapahtuu 2 moolin kanssa O: ta_{2 (g).}

2 EI_{2 (g)} → N_{2 (g)}+ 2 O_{2 (g)}∆H1 = - 67,6 kJ
N_{2 (g)} + 2 O_{2 (g)} → N₂O_{4 g)} ∆H2 = +9,6 kJ

Siksi ne voidaan peruuttaa, jolloin saadaan seuraava yhtälö:

2 EI_{2 (g)} → N₂O_{4 g)}.

Vaihe 3: Voit nähdä, että olemme päässeet maailmanlaajuiseen yhtälöön. Nyt meidän on lisättävä yhtälöt.

∆H = ∆H1 + ∆H2
∆H = - 67,6 kJ + 9,6 kJ
∆H = -58 kJ ⇒ Vaihtoehto A
TheH: n negatiivisesta arvosta tiedämme myös, että se on eksoterminen reaktio lämmön vapautuessa.

Lisätietoja, lue myös:

• Lämpökemia
• Lämpökemian harjoitukset
• Endotermiset ja eksotermiset reaktiot
• Toinen termodynamiikan laki

Harjoitukset

1. (UDESC-2012) Metaanikaasua voidaan käyttää polttoaineena, kuten yhtälö 1 osoittaa:

CH_{4 g)} + 2O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} + 2H₂O_(g)

Käytä alla olevia tarpeellisina pitämiäsi termokemiallisia yhtälöitä ja Hessin lain käsitteitä saadaksesi yhtälön 1 entalpian arvon.

Ç_s + H₂O_(g) → CO_(g) + H_{2 (g)} AH = 131,3 kJ mol^-1
CO_(g) + ½_{2 (g)} → CO_{2 (g)} AH = - 283,0 kJ mol^-1
H_{2 (g)} + ½_{2 (g)} → H₂O_(g) AH = - 241,8 kJ mol^-1
Ç_s + 2H_{2 (g)} → CH_{4 g)} AH = - 74,8 kJ mol^-1

Yhtälön 1 entalpian arvo (kJ) on:

a) - 704,6
b) - 725,4
c) - 802,3
d) - 524,8
e) - 110,5

Katso Vastaus

c) - 802,3

2. (UNEMAT-2009) Hessin lailla on perustava merkitys lämpökemian tutkimuksessa, ja se voidaan todeta koska "entalpian vaihtelu kemiallisessa reaktiossa riippuu vain alkion ja lopputilan reaktio ". Yksi Hessin lain seurauksista on, että termokemiallisia yhtälöitä voidaan käsitellä algebrallisesti.

Kun otetaan huomioon yhtälöt:

Ç _(grafiitti) + O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} ΔH₁ = -393,3 kj
Ç _(Timantti) + O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} ΔH₂ = -395,2 kj

Laske yllä olevien tietojen perusteella grafiittihiilen entalpian muutos timanttihiileksi ja valitse oikea vaihtoehto.

a) -788,5 kj
b) +1,9 kj
c) +788,5 kj
d) -1,9 kj
e) +98,1 kj

Katso Vastaus

b) +1,9 kj