Định Luật Hess: Giải Thích, ứng Dụng, Ví Dụ - Warbletoncouncil

NộI Dung

• Giải thích định luật Hess
• Tính entanpi của phản ứng
• Entanpi của phản ứng từ entanpi của các thành tạo
• Tổng phản ứng
• Ứng dụng luật Hess
• Ví dụ: bài tập đã giải
• - Ví dụ 1
• Sắp xếp các phương trình
• Tổng phương trình
• - Ví dụ 2
• Sắp xếp các phương trình
• Tổng phương trình
• Phương pháp thay thế
• Người giới thiệu

Các Định luật Hess nó là một biểu hiện khác của định luật bảo toàn năng lượng cho phép xác định, bằng các tổng đại số đơn giản, entanpi của một phản ứng hóa học. Entanpi được hiểu là nhiệt lượng tỏa ra hoặc hấp thụ ở áp suất không đổi, liên quan đến bất kỳ phản ứng hóa học hay hiện tượng hóa học nào.

Các entanpi, ΔH, được xác định bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng nhiệt lượng. Tuy nhiên, có những phản ứng khó nghiên cứu với kỹ thuật này. Khi điều này xảy ra, các phản ứng khác được sử dụng mà đã xác định được entanpi của chúng và có các nguyên tố hoặc hợp chất cần quan tâm.

Bằng cách này, ΔH "chưa biết" của phản ứng có thể được tính toán. Ví dụ, sơ đồ trên giúp hiểu ý tưởng này. Có bốn phản ứng: A-D, A-B, B-C và C-D. Phản ứng A-D là phản ứng có ΔH cao nhất, vì có thể nói những thay đổi hóa học đáng chú ý nhất xảy ra.

Trong khi đó, các phản ứng khác có ΔH nhỏ hơn, vì chúng bao gồm các bước thay thế hoặc phản ứng xen kẽ để tạo ra cùng một sản phẩm D. Do đó, tổng của ΔH1, ΔH2 và ΔH3, sẽ bằng ΔH. Biết được điều này, ΔH, hoặc bất kỳ entanpi nào khác, có thể được tính bằng cách áp dụng các phân cắt đơn giản. Đây là định luật Hess.

Định luật Hess rất hữu ích khi tính toán entanpi phản ứng, cũng như entanpi tạo thành cho các hợp chất khác nhau hoặc các chất trung gian không bền.

Giải thích định luật Hess

Tính entanpi của phản ứng

Lý do tại sao đúng như vậy:

ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

Đó là bởi vì entanpi, hay sự thay đổi entanpi, là một hàm của trạng thái. Điều này có nghĩa là giá trị của chúng không bị thay đổi bởi số bước, giai đoạn hoặc phản ứng trung gian. Ví dụ, ΔH sẽ không đổi ngay cả khi có ΔH10 được xét trong tổng đại số.

Enthalpies có thể được hình dung như những ngọn núi. Cho dù các bậc thang hướng về phía chúng như thế nào, thì độ cao ngăn cách chúng với mực nước biển sẽ không bao giờ thay đổi. Và chính xác độ cao được cộng hoặc trừ để xác định độ cao chưa biết của một ngọn núi gần đó.

Quay lại sơ đồ trước: A là một ngọn núi, D là một ngọn núi khác, v.v. Độ cao chênh lệch giữa đỉnh A và D là lớn nhất. Thêm chiều cao giữa A-B, B-C và C-D, sẽ bằng chiều cao A-D. Đây là những gì được thực hiện với entanpi của các phản ứng hóa học tương ứng của chúng.

Entanpi của phản ứng từ entanpi của các thành tạo

Một trong những hệ quả có giá trị nhất của định luật Hess là nó cho phép xác định entanpi của bất kỳ phản ứng hóa học nào, lấy entanpi tạo thành của tất cả các hợp chất (chất phản ứng và sản phẩm) có liên quan.

Hình ảnh trên minh họa điểm này. Sự hình thành entanpi được hiểu là nhiệt lượng liên kết khi một hợp chất được tạo thành từ các nguyên tố của nó. Entanpi này sẽ là sự khác biệt lớn nhất có thể giữa chất phản ứng và sản phẩm, mà không cần tham khảo các phản ứng hóa học khác; ít nhất, không liên quan đến sự hình thành riêng biệt của các hợp chất.

Bạn đọc sơ đồ lần này như thế nào? Một mẹo nhỏ là luôn thêm entanpi khi đi theo hướng mũi tên và trừ chúng khi mũi tên theo hướng ngược lại. Do đó, ΔHºrxn, entanpi phản ứng chuẩn, được thêm vào ΔHºf (chất phản ứng), entanpi chuẩn của sự hình thành chất phản ứng và ΔHºf (sản phẩm), entanpi chuẩn của sự hình thành sản phẩm được trừ khỏi chúng.

Tổng phản ứng

Sơ đồ có thể rất khó giải thích, đặc biệt là khi có nhiều phản ứng cần xem xét. Vì lý do này, tổng của các phản ứng được sử dụng. Phương pháp này tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho việc tính toán entanpi, và tăng tốc độ hiểu định luật Hess.

Giả sử ví dụ chúng ta muốn xác định ΔHºrxn của phản ứng sau:

A + B + C → ABC

Và chúng tôi cũng có hai phản ứng khác:

A + B → AB (ΔHº1)

AB + C → ABC (ΔHº2)

Điều thú vị là A + B + C ở bên trái (chất phản ứng) và ABC ở bên phải (sản phẩm). Sau đó, chúng tôi chỉ cần tiến hành thêm hai phản ứng cuối cùng:

A + B → AB

AB + C → ABC

A + AB + C → ABC + AB

Vì AB nằm về hai phía nên bị triệt tiêu. Và vì vậy chúng tôi có:

A + B + C → ABC

ΔHºrxn = ΔHº1 + ΔHº2

Thêm các phản ứng, việc sử dụng bất kỳ sơ đồ nào bị bỏ qua.

Ứng dụng luật Hess

Định luật Hess cho phép chúng ta thu được, mà không cần thí nghiệm, các entanpi cho các phản ứng hoặc hiện tượng hóa học khác nhau. Một số trong số họ được liệt kê dưới đây:

- Hình thành entanpi cho các hợp chất hoặc chất trung gian không bền, như thường có trong hóa học hữu cơ.

- Các biểu hiện của sự chuyển pha, trong nghiên cứu chất rắn kết tinh.

-Các dạng chuyển đổi dị hướng, chẳng hạn như sự chuyển đổi xảy ra giữa than chì và kim cương.

Tương tự như vậy, định luật Hess được sử dụng để xác định năng lượng mạng tinh thể của một chất rắn và các ái lực điện tử của một số nguyên tử.

Ví dụ: bài tập đã giải

- Ví dụ 1

Tính ΔHrxn từ phản ứng sau:

2HCl (g) + F2(g) → 2HF (l) + Cl2(g)

Nếu các phản ứng sau và các entanpi tương ứng của chúng có sẵn:

4HCl (g) + O2(g) → 2H2O (l) + 2Cl2(g) (ΔH = -202,4 kJ / mol)

1/2 giờ2(g) + 1 / 2F2(g) → HF (l) (ΔH = -600,0 kJ / mol)

H2(g) + 1 / 2O2(g) → H2O (l) (ΔH = -285,8 kJ / mol)

Sắp xếp các phương trình

Để bắt đầu, chúng ta phải thêm các phản ứng sao cho HCl và F2 ở bên trái và HF và Cl2, Phía bên phải. Nhưng quan trọng hơn, cần lưu ý rằng cả H2 tro2Hoặc chúng không nằm trong phương trình quan tâm. Do đó, chúng ta phải hủy chúng trong tổng, và làm cho các hệ số phân vị trùng với phép nhân:

2HCl (g) + 1 / 2O2(g) → H2O (l) + Cl2(g) (ΔH = -202,4 kJ / mol) * (1/2)

Phương trình này được nhân với 1/2 để có 2HCl thay vì 4HCl

H2(g) + F2(g) → 2HF (l) (ΔH = -600,0 kJ / mol) * (2)

Phương trình này được nhân với 2 để có F2 và không phải 1 / 2F2

H2O (l) → H2(g) + 1 / 2O2(g) (ΔH = -285,8 kJ / mol) * (-1)

Trong khi đó, sau này được nhân với -1 để có thể "lật" nó. Do đó, chúng ta có các phương trình được sắp xếp theo thứ tự và sẵn sàng thêm vào.

Tổng phương trình

Thêm mọi thứ lên cho chúng ta:

2HCl (g) + 1 / 2O2(g) → H2O (l) + Cl2(g) (ΔH = -101,2 kJ / mol)

H2(g) + F2(g) → 2HF (l) ΔH = -1200,0 kJ / mol)

H2O (l) → H2(g) + 1 / 2O2(g) (ΔH = 285,8 kJ / mol)

2HCl (g) + F2(g) → 2HF (l) + Cl2(g)

Lưu ý rằng các điều khoản 1 / 2O2, H2O và H2 chúng hủy bỏ bởi vì chúng nằm ở cả hai phía của mũi tên. Các entanpi cũng cộng lại, tạo ra:

ΔHrx = 285,8 kJ / mol + (-101,2 kJ / mol) + (-1200,0 kJ / mol)

Biểu thức này giống với biểu thức ở phần đầu:

ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

Và do đó, chúng ta có ΔHrx bằng:

ΔHrx = -1015,4 kJ / mol

- Ví dụ 2

Trong ví dụ này, ta sẽ thấy rằng entanpi của các phản ứng xen kẽ tương ứng với entanpi của sự hình thành các hợp chất quan tâm.

Chúng ta muốn xác định ΔHrxn cho phản ứng phân hủy sau:

2SO3(g) → 2SO2(g) + O2(g)

Và entanpi của sự hình thành các hợp chất SO3 Và vì thế2:

S (s) + O2(g) → SO2(g) (ΔH = -296,8 kJ / mol)

S (s) + 3 / 2O2(g) → SO3(g) (ΔH = -395,6 kJ / mol)

Sắp xếp các phương trình

Chúng ta sẽ tiến hành giải bài tập này theo cách tương tự như ví dụ trước. Thật là tiện lợi mà SO3 là ở bên phải, và nhân với 2. Để làm được điều đó, chúng ta phải "lật" phương trình hình thành SO3 nhân nó với -1, và sau đó nhân nó với 2:

2SO3(g) → 2S (s) + 3O2(g) (ΔH = -395,6 kJ / mol) * (-2)

Phương trình hình thành SO2 chúng tôi cũng nhân nó với 2:

2S (s) + 2O2(g) → 2SO2(g) (ΔH = -296,8 kJ / mol) * (2)

Tổng phương trình

Bây giờ chúng ta tiến hành thêm các phương trình:

2SO3(g) → 2S (s) + 3O2(g) (ΔH = 791,2 kJ / mol)

2S (s) + 2O2(g) → 2SO2(g) (ΔH = -593,6 kJ / mol)

2SO3(g) → 2SO2(g) + O2(g)

Lưu ý rằng thuật ngữ 2S bị loại bỏ vì nó nằm ở cả hai bên của mũi tên. Ngoài ra, ở 3O2 2O bị trừ2 đưa ra một O2. Tổng các entanpi, và do đó, giá trị của ΔHrxn sẽ là:

ΔH = ΔHrxn = 791,2 kJ / mol + (-593,6 kJ / mol)

= 197,6 kJ / mol

Giống như bất kỳ phản ứng phân hủy nào, nó thu nhiệt, vì vậy entanpi của nó là dương.

Phương pháp thay thế

Có một phương pháp để đạt được kết quả tương tự này trực tiếp và dễ dàng hơn. Điều này đã được đề cập trong một phần trước.

2SO3(g) → 2SO2(g) + O2(g)

Để xác định ΔHrxn cho phản ứng này, chúng ta phải tính ΔHºf (chất phản ứng) và ΔHºf (sản phẩm). ΔHºf (SO3) bằng -395,6 kJ / mol, trong khi ΔHºf (SO2) bằng -296,8 kJ / mol. ΔHºf (O2) bằng 0, vì oxy nguyên tố tồn tại dưới dạng phân tử O2 và không phải là nguyên tử O tự do.

Vì vậy chúng tôi có:

ΔHrxn = ΔHºf (sản phẩm) - ΔHºf (chất phản ứng)

= [ΔHºf (SO2) + ΔHºf (O2)] - ΔHºf (SO3)

= ΔHºf (SO2) - ΔHºf (SO3)

Tuy nhiên, chúng ta phải nhân cả hai entanpi của sự hình thành với 2, để cân bằng các hệ số phân tích đối với phương trình hóa học:

ΔHrxn = 2ΔHºf (SO2) - 2ΔHºf (SO3)

Và tính toán chúng ta có:

ΔHrxn = 2 (-296,8 kJ / mol) - 2 (-395,6 kJ / mol)

= 197,6 kJ / mol

Trong thực tế, đây là cách mà nó thường được ưu tiên để giải quyết tất cả các bài tập trong đó định luật Hess được áp dụng.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Wikipedia. (Năm 2020). Luật Hess. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Cohen Shelly. (Ngày 18 tháng 5 năm 2020). Luật Hess. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
4. Clark Jim. (2010). Định luật Hess và các tính toán thay đổi Enthalpy. Được khôi phục từ: chemguide.co.uk
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 11 tháng 2 năm 2020). Định nghĩa Luật Hess. Phục hồi từ: thinkco.com
6. Người nuôi dưỡng Laura. (Năm 2020). Định luật Hess: Định nghĩa, Công thức & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
7. QuimiTube. (2014). Lý thuyết 14 Hóa nhiệt: Tính entanpi của một phản ứng theo định luật Hess. Được khôi phục từ: quimitube.com