مفاهیم اصلی

پس قانون هس چیست؟ در این آموزش به شما معرفی می شود قانون هسو همچنین معادله ای که با این مفهوم همراه است. علاوه بر این، با مرور چند نمونه از مسائل، بر این مفهوم تسلط بیشتری خواهید داشت.

موضوعات تحت پوشش در مقالات دیگر

قانون هس چیست؟

شیمیدان و فیزیکدان روسی ژرمن هس مفاهیم ترموشیمی و شیمی فیزیک را توسعه داد. او مفهومی را معرفی کرد که با نام قانون هس گرمای ثابت جمع یا به اختصار قانون هس شناخته می شود.

این قانون مربوط به آنتالپی خالص در یک واکنش است. به طور کلی، بیان می کند که کل تغییر آنتالپی یک واکنش، مجموع همه تغییرات است، بدون توجه به تعداد مراحل یا مراحل واکنش (یعنی آنتالپی خالص و تعداد مراحل یک واکنش مستقل از یکدیگر هستند). ایده های این قانون در سراسر علم دیده می شود، مانند اصل بقای انرژی، یا قانون اول ترمودینامیک، و این بیانیه که آنتالپی یک تابع حالت.

برای استفاده از قانون هس الزاماتی وجود دارد که واکنش باید از آنها پیروی کند. به عنوان مثال، اگر چندین مرحله برای واکنش وجود دارد، هر معادله باید به درستی متعادل شود. همچنین تمام مراحل واکنش باید در دما و فشار ثابت شروع و پایان یابد تا شرایط واکنش ثابت بماند.

معادله قانون هس

برای بیان این تعریف در اصطلاحات ریاضی، معادله قانون هس در اینجا آمده است:

∆H_خالص=∑∆H_r

تغییر خالص آنتالپی = ∆H_خالص
مجموع تمام مراحل تغییر آنتالپی = ∆H_r

تغییر آنتالپی

تغییر آنتالپی، ∆H، می تواند به عنوان مقدار گرمای جذب شده یا آزاد شده در طی یک واکنش تعریف شود. در هر مرحله جداگانه از یک واکنش چند مرحله ای، مقدار آنتالپی آغاز و پایان وجود دارد – تفاوت بین آنها تغییر آنتالپی است. اگر گرما جذب شود این مقدار می تواند منفی باشد یا اگر گرما آزاد شود مثبت باشد. اگر تمام تغییرات آنتالپی هر مرحله واکنش را با هم جمع کنید (∆H_r، شما تغییر آنتالپی خالص دارید که با یافتن تفاوت بین آنتالپی محصول نهایی و آنتالپی واکنش دهنده اولیه (∆H) به دست می آید._خالص). این قانون هس است!

مسائل مثال قانون هس

اکنون که مفهوم و معادله قانون هس را فهمیدیم، بیایید دانش خود را با مسائل تمرینی گسترش دهیم. این مسائل کلمه ممکن است برای برخی از دستکاری واکنش ها (یعنی تغییر جهت معادله، ضرب، تقسیم) درخواست کنند، اما ایده کلی برای همه مسائل قانون هس یکسان است. بیایید چند نمونه را در زیر مرور کنیم!

مثال مسئله 1

تغییر خالص آنتالپی را بیابید (∆H_خالص) واکنش زیر، با توجه به مراحل واکنش و مقادیر ∆H آنها.

واکنش کلی: N₂اچ_{4 (l)} +H_{2 (گرم)} → 2NH3 (گرم)

(که در₂اچ_{4 (l)} + CH₄O_(ل) → CH₂O_(g) + ن_{2 (گرم)} + 3 ساعت_{2 (گرم)} ∆H= – 37kJ/mol
(II) N_{2 (گرم)} + 3 ساعت_{2 (گرم)} → 2NH_{3 (گرم)} ∆H= -46kJ/mol
(iii) CH₄O_(ل) → CH₂O_(g) + اچ_{2 (گرم)} ∆H= -65kJ/mol

1. مطمئن شوید که مراحل (الف) متعادل هستند (ب) در جهت درست و (ج) منجر به واکنش کلی می شوند.

برای اطمینان از اینکه تمام مراحل داده شده برای واکنش کلی ضروری هستند، معادلات را اضافه کنید و ترکیبات تکراری را برای ایجاد یک معادله کلی خط بزنید.

با این حال، اگر این مرحله را با واکنش‌ها همانطور که هستند انجام دهیم، به واکنش صحیح نخواهیم رسید، زیرا ترکیباتی در سمت اشتباه و همچنین ترکیبات اضافی داریم. به همین دلیل، می‌توانیم تحلیل کنیم که آیا یک یا بیش از یک مرحله در جهت مخالف پیش می‌رود.

از آنجایی که واکنش (i) تنها واکنش N2H4(l) است که در معادله کلی یک واکنش دهنده است، فرض بر این است که در جهت صحیح حرکت می کند. سپس، واکنش (ii) محصول 2NH را دارد_{3 (گرم)} در سمت راست، به طوری که معادله نیز ثابت می ماند. در تلاش فوق برای یافتن معادله کلی، گاز هیدروژن حاصل از معادلات (i) و (ii) یکدیگر را خنثی می کنند، به این معنی که گاز هیدروژن حاصل از واکنش (iii) تنها گازی است که می تواند به معادله کلی برسد. متعلق به سمت چپ است به همین دلیل، ما می‌توانیم واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌های معادله را به سمت عقب برگردانیم. با این حال، از آنجایی که واکنش در جهت مخالف پیش می رود، آنتالپی نیز به “برعکس” تبدیل می شود. اگر جهت یک واکنش را تغییر دهید، آنتالپی متقابل به آنتالپی جدید تبدیل می شود.

مراحل معادله “جدید” به شکل زیر است:

(که در₂اچ_{4 (l)} + CH₄O_(ل) → CH₂O_(g) + ن_{2 (گرم)} + 3 ساعت_{2 (گرم)} ∆H= – 37kJ/mol
(II) N_{2 (گرم)} + 3 ساعت_{2 (گرم)} → 2NH_{3 (گرم)} ∆H= -46kJ/mol
(iii) CH₂O_(g) + اچ_{2 (گرم)} → CH₄O_(ل) ∆H= +65kJ/mol

با تغییر واکنش (iii) روش جمع کردن تمام معادلات منجر به واکنش کلی صحیح می شود:

ن₂اچ_{4 (l)} +H_{2 (گرم)} → 2NH3 (گرم)

2. تغییر آنتالپی خالص را پیدا کنید

اکنون که مقادیر رسمی آنتالپی را داریم، می‌توانیم از معادله قانون هس برای حل استفاده کنیم.

∆H_خالص=∑∆H_r = (-37 کیلوژول/مول) + (46- کیلوژول/مول) + 65 کیلوژول/مول = -18 کیلوژول بر مول

مثال مسئله 2

تغییر خالص آنتالپی را بیابید (∆H_خالص) واکنش زیر، با توجه به مراحل واکنش و مقادیر ∆H آنها.

واکنش کلی: CS_{2 (l)} + 3O_{2 (گرم)} → CO_{2 (گرم)} + 2SO_{2 (گرم)}

(مدار مجتمع_(ها) + O_{2 (گرم)} → CO_{2 (گرم)} ∆H= -395 kJ/mol
(II) S_(ها) + O_{2 (گرم)} → SO_{2 (گرم)} ∆H= -295 kJ/mol
(iii) ج_(ها) + 2S_(ها) → CS_{2 (l)} ∆H= +90 kJ/mol

1. مطمئن شوید که مراحل (الف) متعادل هستند (ب) در جهت درست و (ج) منجر به واکنش کلی می شوند.

ابتدا با استفاده از روش‌های مشابه بالا، بررسی می‌کنیم که آیا تمام واکنش‌های مرحله‌ای در جهت درستی پیش می‌روند تا واکنش درست انجام شود. واکنش (i) CO مورد نظر را دارد_{2 (گرم)} محصول، به این معنی که می تواند بدون تغییر باقی بماند. واکنش (iii) دارای CS است_{2 (l)} به عنوان یک محصول، اما یک واکنش دهنده مطلوب در واکنش کلی است. بنابراین، این واکنش را برگردانده و از مقدار ΔH متقابل استفاده می کنیم.

در مورد واکنش (ii)، جهت صحیح است زیرا O_{2 (گرم)} به عنوان یک واکنش دهنده و SO_{2 (گرم)} به عنوان یک محصول هر دو در واکنش مورد نظر دیده می شوند. با این حال، هنگام جمع کردن معادلات با هم، یک O_{2 (گرم)} و یک SO_{2 (گرم)} گم شده اند (یک S اضافی نیز وجود دارد_(ها) که باید لغو شود). این را می توان با ضرب واکنش (ii) در ضریب 2 ثابت کرد. اگر این را ضرب (یا تقسیم) کنید، باید مقدار ∆H را نیز در همان ضریب ضرب کنید (یا تقسیم کنید).

(مدار مجتمع_(ها) + O_{2 (گرم)} → CO_{2 (گرم)} ∆H= -395 kJ/mol
(II) 2S_(ها) + 2O_{2 (گرم)} → 2SO_{2 (گرم)} ∆H= -590 kJ/mol
(iii) CS_{2 (l)}→ سی_(ها) + 2S_(ها) ∆H= -90 kJ/mol

با دستکاری واکنش های (ii) و (iii)، روش جمع کردن تمام معادلات منجر به واکنش کلی صحیح می شود:

CS_{2 (l)} + 3O_{2 (گرم)} → CO_{2 (گرم)} + 2SO_{2 (گرم)}

2. تغییر آنتالپی خالص را پیدا کنید

اکنون که مقادیر رسمی آنتالپی را داریم، می‌توانیم از معادله قانون هس برای حل استفاده کنیم.

∆H_خالص=∑∆H_r = (-395 کیلوژول/مول) + (590- کیلوژول/مول) + (90- کیلوژول/مول) = -1075 کیلوژول بر مول

بیشتر خواندن