Закон Гесса: що це таке, основи та вправи

Закон Гесса дозволяє розрахувати варіацію ентальпії, яка є кількістю енергії, присутньої в речовинах після хімічних реакцій. Це тому, що виміряти не можна саму ентальпію, а її варіацію.

Закон Гесса лежить в основі вивчення термохімії.

Цей закон був експериментально розроблений Жерменом Генрі Гессом, який встановив:

Зміна ентальпії (ΔH) в хімічній реакції залежить лише від початкового та кінцевого станів реакції, незалежно від кількості реакцій.

Як можна розрахувати закон Гесса?

Зміна ентальпії може бути обчислена шляхом віднімання початкової ентальпії (до реакції) від кінцевої ентальпії (після реакції):

ΔH = H_f - Ч._i

Інший спосіб його обчислення - через суму ентальпій у кожній з проміжних реакцій. Незалежно від кількості та типу реакцій.

ΔH = ΔH₁ + ΔH₂

Оскільки цей розрахунок враховує лише початкові та кінцеві значення, робиться висновок, що проміжна енергія не впливає на результат її зміни.

Це приватний випадок Принцип енергозбереження, a Перший закон термодинаміки.

Ви також повинні знати, що закон Гесса можна розрахувати як математичне рівняння. Для цього можна виконати такі дії:

• Змінити хімічну реакцію, у цьому випадку знак ΔH також повинен бути зворотним;
• Помножте рівняння, значення ΔH також потрібно помножити;
• Розділіть рівняння, значення ΔH також потрібно розділити.

знати більше про ентальпія.

Діаграма ентальпії

Закон Гесса можна також візуалізувати за допомогою енергетичних діаграм:

На діаграмі вище показано рівні ентальпії. У цьому випадку зазнані реакції ендотермічні, тобто відбувається поглинання енергії.

ΔH₁ - це зміна ентальпії, яка відбувається від А до В. Припустимо, це 122 кДж.
ΔH₂ - це зміна ентальпії, яка відбувається від B до C. Припустимо, це 224 кДж.
ΔH₃ - зміна ентальпії, що відбувається від А до С.

Отже, нам важливо знати значення ΔH_3, оскільки це відповідає зміні ентальпії реакції від А до С.

Ми можемо знайти значення ΔH₃, із суми ентальпії в кожній з реакцій:

ΔH₃ = ΔH₁ + ΔH₂
ΔH₃ = 122 кДж + 224 кДж
ΔH₃ = 346 кДж

Або ΔH = H_f - Ч._i
ΔH = 346 кДж - 122 кДж
ΔH = 224 кДж

Вступний іспит: вирішується поетапно

1. (Fuvest-SP) На основі варіацій ентальпії, пов'язаних з наступними реакціями:

N_{2 (г)} + 2 O_{2 (г)} → 2 НІ_{2 (г)} ∆H1 = +67,6 кДж
N_{2 (г)} + 2 O_{2 (г)} → N₂О_{4 (г)} ∆H2 = +9,6 кДж

Можна передбачити, що зміна ентальпії пов'язана з реакцією димеризації NO₂ буде дорівнює:

2 н_{O2 (г)} → 1 н₂О_{4 (г)}

а) -58,0 кДж б) +58,0 кДж в) -77,2 кДж г) +77,2 кДж д) +648 кДж

Дозвіл:

Крок 1: Оберніть перше рівняння. Це тому, що НІ_{2 (г)} йому потрібно перейти на сторону реагентів, згідно з глобальним рівнянням. Пам’ятайте, що при зворотній реакції ∆H1 також змінює знак, змінюючи його на негативний.

Друге рівняння збережено.

2 НІ_{2 (г)} → N_{2 (г)} + 2 O_{2 (г)} ∆H1 = - 67,6 кДж
N_{2 (г)} + 2 O_{2 (г)} → N₂О_{4 (г)} ∆H2 = +9,6 кДж

Крок 2: Зверніть увагу, що N_{2 (г)} з’являється у продуктах та реагентах, і те саме відбувається з 2 моль O_{2 (г).}

2 НІ_{2 (г)} → N_{2 (г)}+ 2 O_{2 (г)}∆H1 = - 67,6 кДж
N_{2 (г)} + 2 O_{2 (г)} → N₂О_{4 (г)} ∆H2 = +9,6 кДж

Таким чином, їх можна скасувати, що призведе до наступного рівняння:

2 НІ_{2 (г)} → N₂О_{4 (г)}.

Крок 3: Ви бачите, що ми дійшли до глобального рівняння. Тепер ми повинні скласти рівняння.

∆H = ∆H1 + ∆H2
∆H = - 67,6 кДж + 9,6 кДж
∆H = -58 кДж ⇒ Альтернатива A
З негативного значення ∆H ми також знаємо, що це екзотермічна реакція із виділенням тепла.

Дізнайтеся більше, читайте також:

• термохімія
• Вправи з термохімії
• Ендотермічні та екзотермічні реакції
• Другий закон термодинаміки

Вправи

1. (UDESC-2012) Газ метану можна використовувати як паливо, як показано в рівнянні 1:

СН_{4 (г)} + 2O_{2 (г)} → CO_{2 (г)} + 2Н₂О_(g)

Використовуючи термохімічні рівняння нижче, які ви вважаєте необхідними, та концепції закону Гесса, отримайте значення ентальпії рівняння 1.

Ç_(s) + H₂О_(g) → CO_(g) + H_{2 (г)} ΔH = 131,3 кДж моль^-1
CO_(g) + ½_{2 (г)} → CO_{2 (г)} ΔH = - 283,0 кДж моль^-1
H_{2 (г)} + ½_{2 (г)} → H₂О_(g) ΔH = - 241,8 кДж моль^-1
Ç_(s) + 2Н_{2 (г)} → СН_{4 (г)} ΔH = - 74,8 кДж моль^-1

Значення ентальпії рівняння 1 у кДж становить:

а) - 704,6
б) - 725,4
в) - 802,3
г) - 524,8
д) - 110,5

Див. Відповідь

в) - 802,3

2. (UNEMAT-2009) Закон Гесса має фундаментальне значення у вивченні термохімії і може бути викладеним оскільки «варіація ентальпії в хімічній реакції залежить лише від початкового та кінцевого станів реакція ". Одним із наслідків закону Гесса є те, що термохімічні рівняння можна розглядати алгебраїчно.

Враховуючи рівняння:

Ç _{(графіт)} + O_{2 (г)} → CO_{2 (г)} ΔH₁ = -393,3 кДж
Ç _{(Діамант)} + O_{2 (г)} → CO_{2 (г)} ΔH₂ = -395,2 кДж

На основі наведеної інформації обчисліть зміну ентальпії графітового вуглецю на алмазний вуглець і встановіть правильну альтернативу.

а) -788,5 кДж
б) +1,9 кДж
в) +788,5 кДж
г) -1,9 кДж
д) +98,1 кДж

Див. Відповідь

б) +1,9 кДж