חוק הס: מהו, יסודות ותרגילים

חוק הס מאפשר לנו לחשב את הווריאציה של האנטלפיה, שהיא כמות האנרגיה הקיימת בחומרים לאחר שעברו תגובות כימיות. הסיבה לכך היא שלא ניתן למדוד את האנטלפיה עצמה, אלא את השונות שלה.

חוק הס עומד בבסיס חקר התרוכימיה.

חוק זה פותח בניסוי על ידי ז'רמן הנרי הס, שהקים:

שינוי האנטלפיה (ΔH) בתגובה כימית תלוי רק במצבים הראשוניים והאחרונים של התגובה, ללא קשר למספר התגובות.

כיצד ניתן לחשב את חוק הס?

ניתן לחשב את שינוי האנטלפיה על ידי הפחתת האנטלפיה הראשונית (לפני התגובה) מהאנטלפיה הסופית (לאחר התגובה):

ΔH = H_f ה_אני

דרך נוספת לחשב אותו היא באמצעות סכום האנטלפיות בכל אחת מתגובות הביניים. ללא קשר למספר וסוג התגובות.

ΔH = ΔH₁ + ΔH₂

מכיוון שחישוב זה מתחשב רק בערכים ההתחלתיים והסופיים, המסקנה היא שאנרגיית הביניים אינה משפיעה על תוצאת השונות שלה.

זהו מקרה מסוים של עקרון שימור אנרגיה, א החוק הראשון של התרמודינמיקה.

עליכם לדעת כי ניתן לחשב את חוק הס כמשוואה מתמטית. לשם כך תוכל לבצע את הפעולות הבאות:

• הפוך את התגובה הכימית, ובמקרה זה יש גם להפוך את סימן ΔH;
• הכפל את המשוואה, יש להכפיל את הערך של ΔH;
• חלקו את המשוואה, יש לחלק את הערך של ΔH.

לדעת יותר על אנלפיה.

תרשים אנתלפיה

ניתן להמחיש את חוק הס גם באמצעות דיאגרמות אנרגיה:

התרשים שלמעלה מציג את רמות האנטלפיה. במקרה זה, התגובות הסובלות הן אנדותרמיות, כלומר יש ספיגת אנרגיה.

ΔH₁ הוא שינוי האנטלפיה שקורה מ- A ל- B. נניח שזה 122 ק"ג.
ΔH₂ הוא שינוי האנטלפיה שקורה מ- B ל- C. נניח שזה 224 kj.
ΔH₃ הוא שינוי האנטלפיה שקורה מ- A ל- C.

לכן, חשוב לנו לדעת את הערך של ΔH_3, מכיוון שהוא תואם את השינוי באנטלפיה של התגובה מ- A ל- C.

אנו יכולים למצוא את הערך של ΔH₃מסכום האנטלפיה בכל אחת מהתגובות:

ΔH₃ = ΔH₁ + ΔH₂
ΔH₃ = 122 ק"ג + 224 ק"ג
ΔH₃ = 346 ק"ג

או ΔH = H_f ה_אני
ΔH = 346 kj - 122 kj
ΔH = 224 kj

בחינת כניסה: נפתרה שלב אחר שלב

1. (Fuvest-SP) בהתבסס על שינויים באנטלפיה הקשורים לתגובות הבאות:

נ_{2 (גרם)} + 2 O_{2 (גרם)} → 2 NO_{2 (גרם)} ∆H1 = +67.6 kJ
נ_{2 (גרם)} + 2 O_{2 (גרם)} → N₂או_{4 (גרם)} ∆H2 = +9.6 kJ

ניתן לחזות כי וריאציית האנטלפיה הקשורה לתגובת ה- NO dimerization₂ יהיה שווה ל:

2 נ_{O2 (גרם)} → 1 נ '₂או_{4 (גרם)}

א) -58.0 kJ ב) +58.0 kJ c) -77.2 kJ d) +77.2 kJ e) +648 kJ

פתרון הבעיה:

שלב 1: הפוך את המשוואה הראשונה. זה בגלל שלא_{2 (גרם)} הוא צריך לעבור לצד המגיבים, על פי המשוואה הגלובלית. זכרו שכאשר הופכים את התגובה, גם ∆H1 הופך את הסימן ומשנה אותו לשלילי.

המשוואה השנייה נשמרת.

2 NO_{2 (גרם)} → N_{2 (גרם)} + 2 O_{2 (גרם)} ∆H1 = - 67.6 kJ
נ_{2 (גרם)} + 2 O_{2 (גרם)} → N₂או_{4 (גרם)} ∆H2 = +9.6 kJ

שלב 2: שים לב ש- N_{2 (גרם)} מופיע במוצרים וריאגנטים וזה קורה עם 2 מול של O_{2 (ז).}

2 NO_{2 (גרם)} → נ_{2 (גרם)}+ 2 O_{2 (גרם)}∆H1 = - 67.6 kJ
נ_{2 (גרם)} + 2 O_{2 (גרם)} → N₂או_{4 (גרם)} ∆H2 = +9.6 kJ

לפיכך, ניתן לבטל אותם וכתוצאה מכך המשוואה הבאה:

2 NO_{2 (גרם)} → N₂או_{4 (גרם)}.

שלב 3: אתה יכול לראות שהגענו למשוואה הגלובלית. עכשיו עלינו להוסיף את המשוואות.

∆H = ∆H1 + ∆H2
∆H = - 67.6 kJ + 9.6 kJ
∆H = -58 kJ ⇒ חלופה A.
מהערך השלילי של ∆H אנו יודעים גם שזו תגובה אקסותרמית, עם שחרור חום.

למידע נוסף, קרא גם:

• תרמו-כימיה
• תרגילים בנושא תרוכימיה
• תגובות אנדותרמיות ואקסותרמיות
• החוק השני של התרמודינמיקה

תרגילים

1. (UDESC-2012) גז מתאן יכול לשמש כדלק, כפי שמוצג במשוואה 1:

CH_{4 (גרם)} + 2O_{2 (גרם)} → CO_{2 (גרם)} + 2H₂או_(ז)

באמצעות המשוואות התרמו-כימיות שלהלן, אשר לדעתך נחוצות, ועם המושגים של חוק הס, מקבלים את ערך האנתלפיה של משוואה 1.

Ç_(ים) + H₂או_(ז) → CO_(ז) + H_{2 (גרם)} ΔH = 131.3 kJ מול^-1
שיתוף_(ז) + ½ ה_{2 (גרם)} → CO_{2 (גרם)} ΔH = - 283.0 kJ מול^-1
ה_{2 (גרם)} + ½ ה_{2 (גרם)} → H₂או_(ז) ΔH = - 241.8 kJ מול^-1
Ç_(ים) + 2H_{2 (גרם)} → CH_{4 (גרם)} ΔH = - 74.8 kJ מול^-1

ערך האנטלפיה של משוואה 1, ב- kJ, הוא:

א) - 704.6
ב) - 725.4
ג) - 802.3
ד) - 524.8
ה) - 110.5

ראה תשובה

ג) - 802.3

2. (UNEMAT-2009) לחוק הס יש חשיבות מהותית בחקר התרמו-כימיה וניתן לקבוע אותו כמו "וריאציה של האנטלפיה בתגובה כימית תלויה רק ​​במצבים הראשוניים והאחרונים של תְגוּבָה". אחת ההשלכות של חוק הס היא שניתן לטפל במשוואות תרמו-כימיות באלגברה.

בהתחשב במשוואות:

Ç _{(גרָפִיט)} + O_{2 (גרם)} → CO_{2 (גרם)} ΔH₁ = -393.3 kj
Ç _(יהלום) + O_{2 (גרם)} → CO_{2 (גרם)} ΔH₂ = -395.2 kj

בהתבסס על המידע שלעיל, חשב את שינוי האנטלפיה של פחמן גרפיט לפחמן יהלום וסמן את החלופה הנכונה.

א) -788.5 ק''ג
ב) +1.9 ק"ג
ג) +788.5 ק''ג
ד) -1.9 ק"ג
ה) +98.1 ק"ג

ראה תשובה

ב) +1.9 ק"ג