Հեսսի օրենքը քննարկող հարցերի օրինակներ

Հեսսի օրենքը քննարկող օրինակելի հարցեր

Պենդահուլուան

Հեսսի օրենքը, որը կոչվել է ռուս քիմիկոս Ժերմեն Անրի Հեսի անունով, քիմիական թերմոդինամիկայի հիմնարար սկզբունքներից մեկն է, որը վերաբերում է քիմիական ռեակցիաների էներգիային: Այս օրենքը նշում է, որ քիմիական ռեակցիայի ընթացքում արտադրված կամ կլանված ջերմության (էներգիայի) ընդհանուր քանակը կախված չէ ընտրած ուղուց, այլ միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական պայմաններից: Այս հիմնական սկզբունքը շատ օգտակար է այն ռեակցիաների էնթալպիայի փոփոխության (ΔH) հաշվարկման համար, որոնք դժվար է ուղղակիորեն չափել:

Հեսսի օրենքը կարևոր է, քանի որ այն թույլ է տալիս օգտագործել առաջացման ստանդարտ էնթալպիան կամ մեկ այլ հայտնի ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը՝ նպատակային ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը գտնելու համար, որը հեշտությամբ չի չափվում: Այս հոդվածում մենք կանդրադառնանք մի քանի օրինակելի խնդիրների և կքննարկենք Հեսսի օրենքի կիրառումը:

Հիմնական տեսություն

Հեսսի օրենքը մաթեմատիկական ձևով կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ.

Եթե ​​քիմիական ռեակցիան կարող է արտահայտվել մի քանի փուլով, ապա ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը (ΔH_total) յուրաքանչյուր փուլի էնթալպիայի փոփոխությունների (ΔH) գումարն է։ Մաթեմատիկորեն այն ձևակերպվում է հետևյալ կերպ՝

ΔH_ընդհանուր = Σ ΔH_փուլ

Սա նշանակում է, որ դուք կարող եք գտնել այսպիսի ռեակցիայի էնթալպիան՝

««
Ռեակցիա A → Արտադրանք
|
ΔH1
Ռեակցիա B → Արտադրանք
|
ΔH2

Այնուհետև, ΔH_ընդհանուր (A → արտադրյալ) = ΔH1 + ΔH2
««

Մինչև օրինակելի հարցերի մեջ մտնելը, կան մի քանի տերմիններ, որոնք պետք է հասկանալ.

1. Էնթալպիա (H): Համակարգի ընդհանուր էներգիայի չափանիշ հաստատուն ճնշման տակ։
2. ΔH (Էնթալպիայի փոփոխություն). Ռեակտիվների և արգասիքների միջև էնթալպիայի փոփոխություն։
3. Ստանդարտ էնթալպիա (ΔHf°): Էնթալպիայի փոփոխությունը, երբ միացության մեկ մոլը առաջանում է դրա տարրերից ստանդարտ վիճակներում:

Հարցերի և քննարկման նմուշներ

Օրինակ՝ հարց 1. Ձևավորման էնթալպիայի կիրառումը

Հարց՝
Հաշվարկեք մեթանի (CH₄) այրման ռեակցիայի էնթալպիան՝ հիմնվելով առաջացման հետևյալ ստանդարտ էնթալպիայի փոփոխության տվյալների վրա.
– ΔHf° (CO₂(գ)) = -393.5 կՋ/մոլ
– ΔHf° (H₂O(լ)) = -285.8 կՋ/մոլ
– ΔHf° (CH₄(գ)) = -74.8 կՋ/մոլ
– ΔHf° (O₂(գ)) = 0 կՋ/մոլ (քանի որ թթվածնի գազը ստանդարտ վիճակում ունի 0 առաջացման էնթալպիա)

Մեթանի այրման ռեակցիա.
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

Քննարկում.

1. Գրեք առաջացման ընդհանուր ռեակցիան և էնթալպիան.

\[
ΔH_{ռեակցիա} = ∑ΔH_{արտադրանք} – ∑ΔH_{ռեակտիվ նյութ}
\]

2. Հավասարման մեջ փոխարինեք ձևավորման արժեքների ստանդարտ էնթալպիան.

\[
ΔH_{ռեակցիա} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf° (CH₄) + 2 ΔHf° (O₂)]
\]

3. Փոխարինեք հայտնի արժեքները՝

\[
ΔH_{ռեակցիա} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]

4. Մանրամասն հաշվարկներ.

\[
ΔH_{ռեակցիա} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{ռեակցիա} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{ռեակցիա} = -890.3 կՋ/մոլ
\]

Այսպիսով, մեթանի այրման ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը -890.3 կՋ/մոլ է: Բացասական արժեքը ցույց է տալիս, որ ռեակցիան էկզոթերմ է (էներգիա է անջատում):

Օրինակ՝ խնդիր 2. Ստացված ռեակցիաների օգտագործումը

Հարց՝
Հաշվարկեք հետևյալ ռեակցիայի էնթալպիան՝
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

Տրված են հետևյալ երեք ռեակցիաները և էնթալպիայի փոփոխությունները.
1. N₂(գ) + O₂(գ) → 2NO(գ), ΔH = 180 կՋ
2. 2NH₃(գ) + O₂(գ) → 2NO(գ) + 3H₂O(գ), ΔH = -904 կՋ
3. H₂(գ) + 1/2 O₂(գ) → H₂O(գ), ΔH = -242 կՋ

Քննարկում.

1. Նկարագրեք ռեակցիան գծային ձևով, որը կարող է վերադասավորվել։

Նպատակային ռեակցիա.
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

Մենք պետք է մանիպուլացնենք տրված ռեակցիան՝ նպատակային ռեակցիային հասնելու համար։

2. NH₃-ի մասնակցությամբ ռեակցիաների վերլուծություն.

Ռեակցիա 2-ը պարունակում է NH₃, սակայն ռեակցիան կայանում է նրանում, որ NH₃-ը քայքայվում է NO-ի և H₂O-ի: Հետևաբար, հակադարձեք այս ռեակցիան.

2NO(գ) + 3H₂O(գ) → 2NH₃(գ) + O₂(գ), ΔH = +904 կՋ

3. Հաջորդը, մենք պետք է ազատվենք O₂(g)-ից։

Դրա համար մենք օգտագործում ենք ռեակցիան (1):

N₂(գ) + O₂(գ) → 2NO(գ), ΔH = 180 կՋ

Դրա փոխարեն մեզ անհրաժեշտ է 2NO առաջացնելու համար։ Այս ռեակցիան մնում է նույնը։

4. Հաշվարկեք H₂O(g)-ի էնթալպիան։

Հավասարման մեջ երեք անգամ ավելացրեք հակադարձ ռեակցիան (3):

3[H₂O(գ) → H₂(գ) + 1/2O₂(գ), ΔH = +242 կՋ]

Դառնալ:
3H₂O(գ) → 3H₂(գ) + 3/2 O₂(գ), ΔH = +726 կՋ

5. Միավորեք և հավասարակշռեք հավասարումները.

\[
N₂(գ) + O₂(գ) → 2NO(գ), ΔH = 180 կՋ

+
2NO(գ) + 3 H₂O(գ) → 2NH₃(գ) + O₂(գ), ΔH = +904 կՋ

+
3H₂O(գ) → 3H₂(գ) + 3/2 O₂(գ), ΔH = +726 կՋ
\]

Այս ռեակցիաները գումարելիս կարող ենք անտեսել երկու կողմերում էլ հայտնվող բաղադրիչները և հաշվարկել ընդհանուր էնթալպիան։

6. Հաշվարկեք ընդհանուր էնթալպիան.

\[
N2(g) + 3 H2O(g) – 3H2(g) – 3/2 O2(g) → 2NH3(g) + O2(g) – O2(g) \աջ սլաք N2(g) + 3H2(g) → 2NH₂
\]

Ընդհանուր էնթալպիա՝
\[
ΔH_{ընդհանուր} = 180 + 904 + 726 = 1810 կՋ/մոլ
\]

Այսպիսով, N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) ռեակցիայի ΔH-ը +1810 կՋ է։ Քանի որ մենք ուզում ենք ստանալ անջատված էնթալպիան (էկզոթերմ), մենք արտադրյալի արժեքը դարձնում ենք բացասական։

\[
ΔH_{ընդհանուր} = -46 կՋ/մոլ
\]

Penutup

Այս հոդվածը քննարկում է օրինակելի խնդիրներ, որոնք կիրառում են Հեսսի օրենքը՝ ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը հաշվարկելու համար: Տեսական հիմքը հասկանալով և օրինակելի խնդիրների քայլերը կիրառելով՝ հույս ունենք, որ ընթերցողները ավելի հեշտությամբ կհասկանան այս հասկացությունը և կկարողանան կիրառել այն ջերմաքիմիական հաշվարկներ ներառող տարբեր իրավիճակներում: Հեսսի օրենքը կարևոր է ոչ միայն ակադեմիական քիմիայում, այլև օգտակար է արդյունաբերական քիմիայի հետազոտություններում և գիտության ու տեխնոլոգիայի տարբեր այլ կիրառություններում: