Παράδειγμα προβλήματος του νόμου του Hess

Ο νόμος του Hess για το σταθερό άθροισμα θερμότητας ή ο νόμος του Hess για συντομία είναι μια σχέση που περιγράφει την αλλαγή της ενθαλπίας μιας αντίδρασης. Η συνολική μεταβολή της ενθαλπίας μιας αντίδρασης είναι το άθροισμα των συνολικών ενθαλπιών για κάθε στάδιο της αντίδρασης και είναι ανεξάρτητη από τη σειρά των σταδίων. Βασικά, υπολογίστε τη συνολική ενθαλπία αναλύοντας μια αντίδραση σε απλά βήματα συνιστωσών γνωστών τιμών ενθαλπίας. Αυτό το πρόβλημα του παραδείγματος του νόμου του Hess δείχνει πώς να χειριστείτε τις αντιδράσεις και τις τιμές ενθαλπίας τους για να βρείτε τη συνολική μεταβολή της ενθαλπίας μιας αντίδρασης.

Πρώτον, υπάρχουν μερικές σημειώσεις που πρέπει να κρατήσετε ευθείες πριν ξεκινήσετε.

1. Εάν μια αντίδραση αντιστραφεί, το πρόσημο της αλλαγής στην ενθαλπία (ΔH_f ) αλλαγές.
   Για παράδειγμα:η αντίδραση C(s) + O₂ (ζ) → CO₂ (ζ) έχει ΔH_f από -393,5 kJ/mol.
   Η αντίστροφη αντίδραση CO₂ (ζ) → C(s) + O₂ (ζ) έχει ΔH_f +393,5 kJ/mol.
2. Αν μια αντίδραση πολλαπλασιαστεί με μια σταθερά, η μεταβολή της ενθαλπίας μεταβάλλεται με την ίδια σταθερά.
   Παράδειγμα, για την προηγούμενη αντίδραση, εάν αφεθούν τρεις φορές τα αντιδρώντα να αντιδράσουν, ΔH_f αλλάζει τρεις φορές.
3. Αν ΔH_f είναι θετική, η αντίδραση είναι ενδόθερμη. Αν ΔH_f είναι αρνητική, η αντίδραση είναι εξώθερμη.

Πρόβλημα παραδείγματος του νόμου του Hess

Ερώτηση:Βρείτε τη μεταβολή της ενθαλπίας για την αντίδραση

CS₂ (l) + 3 O₂ (ζ) → CO₂ (ζ) + 2 SO₂ (σολ)
πότε:
C(s) + O₂ (ζ) → CO₂ (σολ); ΔH_f =-393,5 kJ/mol
S(s) + O₂ (ζ) → SO₂ (σολ); ΔH_f =-296,8 kJ/mol
C(s) + 2 S(s) → CS₂ (μεγάλο); ΔH_f =87,9 kJ/mol

Λύση:Τα προβλήματα του νόμου του Hess μπορεί να χρειαστούν λίγη δοκιμή και λάθος για να ξεκινήσετε. Ένα από τα καλύτερα σημεία για να ξεκινήσετε είναι με μια αντίδραση με μόνο ένα mole αντιδραστηρίου ή προϊόντος στην αντίδραση.

Η αντίδρασή μας χρειάζεται ένα CO₂ στο προϊόν και η πρώτη αντίδραση έχει επίσης ένα CO₂ προϊόν.

C(s) + O₂ (ζ) → CO₂ (ζ) ΔH_f =-393,5 kJ/mol

Αυτή η αντίδραση μας δίνει το CO₂ απαιτείται στην πλευρά του προϊόντος και ένα από τα O₂ απαιτείται στην πλευρά του αντιδραστηρίου. Τα άλλα δύο O₂ μπορεί να βρεθεί στη δεύτερη αντίδραση.

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

Επειδή μόνο ένα O₂ είναι στην αντίδραση, πολλαπλασιάστε την αντίδραση επί δύο για να πάρετε το δεύτερο O₂ . Αυτό διπλασιάζει το ΔH_f τιμή.

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

Ο συνδυασμός αυτών των εξισώσεων δίνει

2 S(s) + C(s) + 3 O₂ (ζ) → CO₂ (ζ) + SO₂ (ζ)

Η μεταβολή της ενθαλπίας είναι το άθροισμα των δύο αντιδράσεων:ΔH_f =-393,5 kJ/mol + -593,6 kJ/mol =-987,1 kJ/mol

Αυτή η εξίσωση έχει την πλευρά του προϊόντος που απαιτείται στο πρόβλημα, αλλά περιέχει δύο επιπλέον άτομα S και ένα C στην πλευρά του αντιδραστηρίου. Ευτυχώς, η τρίτη εξίσωση έχει τα ίδια άτομα. Εάν η αντίδραση αντιστραφεί, αυτά τα άτομα βρίσκονται στην πλευρά του προϊόντος. Όταν η αντίδραση αντιστρέφεται, το πρόσημο της αλλαγής στην ενθαλπία αντιστρέφεται.

CS₂ (l) → C(s) + 2 S(s); ΔH_f =-87,9 kJ/mol

Προσθέστε αυτές τις δύο αντιδράσεις μαζί και τα επιπλέον άτομα S και C ακυρωθούν. Η υπόλοιπη αντίδραση είναι η αντίδραση που χρειάζεται στην ερώτηση. Εφόσον οι αντιδράσεις προστέθηκαν μαζί, το ΔH_f τους Οι τιμές προστίθενται μαζί.

ΔH_f =-987,1 kJ/mol + -87,9 kJ/mol
ΔH_f =-1075 kJ/mol

Απάντηση:Η μεταβολή της ενθαλπίας για την αντίδραση

CS₂ (l) + 3 O₂ (ζ) → CO₂ (ζ) + 2 SO₂ (ζ)

είναι ΔH_f =-1075 kJ/mol.

Τα προβλήματα του νόμου του Hess απαιτούν την επανασυναρμολόγηση των συστατικών αντιδράσεων μέχρι να επιτευχθεί η απαιτούμενη αντίδραση. Ενώ ο νόμος του Hess ισχύει για αλλαγές στην ενθαλπία, αυτός ο νόμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλες θερμοδυναμικές εξισώσεις καταστάσεων όπως η ενέργεια και η εντροπία Gibbs.