Hess qonunini muhokama qilish bo'yicha namunaviy savollar
Pendahuluan
Rus kimyogari Germain Anri Hess nomi bilan atalgan Gess qonuni kimyoviy reaksiyalar energiyasi bilan bog'liq kimyoviy termodinamikaning asosiy tamoyillaridan biridir. Ushbu qonun kimyoviy reaksiyada hosil bo'lgan yoki yutilgan issiqlik (energiya) ning umumiy miqdori tanlangan yo'lga emas, balki faqat tizimning boshlang'ich va yakuniy sharoitlariga bog'liqligini ta'kidlaydi. Ushbu asosiy tamoyil to'g'ridan-to'g'ri o'lchash qiyin bo'lgan reaksiyalarning entalpiya o'zgarishini (ΔH) hisoblashda juda foydali.
Gess qonuni juda muhim, chunki u bizga standart hosil bo'lish entalpiyasidan yoki boshqa ma'lum reaksiyaning entalpiya o'zgarishidan foydalanib, oson o'lchanmaydigan maqsadli reaksiyaning entalpiya o'zgarishini topishga imkon beradi. Ushbu maqolada biz bir nechta misol masalalarni ko'rib chiqamiz va Gess qonunining qo'llanilishini muhokama qilamiz.
Asosiy nazariya
Hess qonuni matematik shaklda quyidagicha ifodalanishi mumkin:
Agar kimyoviy reaksiya bir necha bosqichda ifodalanishi mumkin bo'lsa, unda umumiy entalpiya o'zgarishi (ΔH_total) har bir bosqichning entalpiya o'zgarishlarining (ΔH) yig'indisiga teng. Matematik jihatdan u quyidagicha ifodalanadi:
ΔH_jami = Σ ΔH_bosqich
Bu siz quyidagi kabi reaksiyaning entalpiyasini topishingiz mumkinligini anglatadi:
""
A reaksiyasi → Mahsulot
|
ΔH1
B reaksiyasi → Mahsulot
|
ΔH2
Keyin, ΔH_jami (A → Mahsulot) = ΔH1 + ΔH2
""
Misol savollarga o'tishdan oldin, tushunish kerak bo'lgan bir nechta atamalar mavjud:
1. Entralpiya (H): Doimiy bosim ostida bo'lgan tizimning umumiy energiyasining o'lchovi.
2. ΔH (Entalpiya o'zgarishi): Reaktivlar va mahsulotlar o'rtasidagi entalpiyaning o'zgarishi.
3. Standart hosil bo'lish entalpiyasi (ΔHf°): Bir mol birikma standart holatdagi elementlardan hosil bo'lganda entalpiyaning o'zgarishi.
Namunaviy savollar va muhokama
1-misol savol: Hosil bo'lish entalpiyasidan foydalanish
Savol:
Metan yonishi uchun reaksiya entalpiyasini (CH₄) quyidagi standart hosil bo'lish entalpiyasining o'zgarishi ma'lumotlari asosida hisoblang:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (chunki kislorod gazi standart holatda 0 ga teng hosil bo'lish entalpiyasiga ega)
Metan yonish reaksiyasi:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
Munozara:
1. Umumiy reaksiya va hosil bo'lish entalpiyasini yozing:
\[
ΔH_{reaktsiya} = ∑ΔH_{mahsulot} – ∑ΔH_{reaktant}
\]
2. Formatsiya qiymatlarining standart entalpiyasini quyidagi tenglamaga almashtiring:
\[
ΔH_{reaktsiya} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]
3. Ma'lum qiymatlarni almashtiring:
\[
ΔH_{reaktsiya} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]
4. Batafsil hisob-kitoblar:
\[
ΔH_{reaktsiya} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{reaktsiya} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{reaktsiya} = -890.3 kJ/mol
\]
Demak, metanning yonish reaksiyasi uchun entalpiya o'zgarishi -890.3 kJ/mol ni tashkil qiladi. Manfiy qiymat reaksiya ekzotermik (energiya ajralib chiqishi) ekanligini ko'rsatadi.
2-misol masala: Hosila reaksiyalaridan foydalanish
Savol:
Quyidagi reaksiya uchun reaksiya entalpiyasini hisoblang:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Quyidagi uchta reaksiya va entalpiya o'zgarishlari berilgan:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 kJ
Munozara:
1. Reaksiyani qayta tartiblash mumkin bo'lgan chiziqli shaklda tasvirlang:
Maqsadli reaksiya:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Maqsadli reaksiyaga erishish uchun berilgan reaksiyani boshqarishimiz kerak.
2. NH₃ ishtirokidagi reaksiyalarni tahlil qilish:
2-reaktsiya NH₃ ni o'z ichiga oladi, ammo reaksiya NH₃ ni NO va H₂O ga parchalashdan iborat. Shuning uchun, bu reaksiyani teskari yo'l bilan bajaring:
2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
3. Keyin, biz O₂(g) dan qutulishimiz kerak:
Buning uchun biz (1) reaksiyadan foydalanamiz:
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
Buning o'rniga, bizga 2NO hosil bo'lishi kerak. Bu reaksiya o'zgarishsiz qoladi.
4. H₂O(g) uchun entalpiyani hisoblang:
Teskari reaksiya (3) ni tenglamaga uch marta qo'shing:
3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 kJ]
Bo'ling:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
5. Tenglamalarni birlashtiring va muvozanatlashtiring:
\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
\]
Bu reaksiyalarni jamlaganda, ikkala tomonda ham paydo bo'ladigan komponentlarni e'tiborsiz qoldirib, umumiy entalpiyani hisoblashimiz mumkin.
6. Umumiy entalpiyani hisoblang:
\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \o‘ngga strelka N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH)₃(g)
\]
Umumiy entalpiya:
\[
ΔH_{jami} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]
Demak, N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) reaksiyasi uchun ΔH +1810 kJ ga teng. Ajralib chiqadigan entalpiyani (ekzotermik) olishni istaganimiz uchun mahsulot qiymatini manfiy qilamiz:
\[
ΔH_{jami} = -46 kJ/mol
\]
Yopish
Ushbu maqolada reaksiyaning entalpiya o'zgarishini hisoblash uchun Gess qonunini qo'llaydigan misol masalalar muhokama qilinadi. Nazariy asosni tushunish va misol masalalaridagi bosqichlarni qo'llash orqali o'quvchilar ushbu tushunchani osonroq tushunishadi va uni termokimyoviy hisob-kitoblar bilan bog'liq turli vaziyatlarga qo'llay olishadi deb umid qilamiz. Gess qonuni nafaqat akademik kimyoda, balki sanoat kimyosi tadqiqotlarida va fan va texnologiyadagi boshqa turli xil qo'llanmalarda ham foydalidir.
