Balaod ni Hess: Pagpangita sa ΔH pinaagi sa Pagdugang sa mga Reaksyon

Nganong ang state function maoy naghimo nga molihok ang balaod ni Hess

Ang enthalpy usa ka state function: ang bili niini nagdepende lamang sa karon nga kahimtang sa system, dili kung giunsa pag-abot sa system didto. Ang kausaban nga ΔH tali sa sinugdang kahimtang ug katapusang kahimtang busa parehas sa matag agianan tali niini. Ingon man ang gitas-on sa yuta. Bisan kung mosaka ka sa bungtod pinaagi sa titip nga dalan o taas nga lingin-lingin nga dalan, parehas ang imong kausaban sa gitas-on.

Ang balaod ni Hess diretsong mosunod. Kung ang reaksyon mahimong isulat isip suma sa duha o labaw pa nga mga lakang, ang ΔH niini mao ang suma sa ΔH nga mga bili sa mga lakang. Ang mga lakang dili kinahanglang mahitabo sa tinuod; kinahanglan lang nga balido sila nga chemical equation nga nahibaloan ang mga enthalpy. Kana nga kagawasan ang naghimo sa balaod nga mapuslanon alang sa mga reaksyon nga dili nimo matagaan sa limpyo sa calorimeter.

Tulo ka lagda sa pagdumala sa mga thermochemical equation

Ang matag lagda mosunod gikan sa kamatuoran nga ang ΔH usa ka extensive nga state function. Ang pagbaliskad sa proseso nagpabalik sa system sa sinugdang kahimtang niini, busa ang kausaban sa enthalpy kinahanglang patas ug sukwahi. Ang pagdoble sa gidaghanon sa reaksyon nagdoble sa enerhiya nga nalambigit.

Sa dili ka pa mag-combine og bisan unsa, isulat ang target nga equation sa ibabaw sa imong buhat. Dayon pangitaa, sa gihatag nga mga equation, ang matag substansiya nga makita kausa lang. Ang posisyon ug coefficient niini nagsulti kanimo kung ang maong equation kinahanglang baliskaron ug sa unsang factor kini kinahanglang padaghanon.

• Baliskara ang equation ug usbon nimo ang timaan sa ΔH niini.
• Padaghana ang equation sa factor ug imong padaghan ang ΔH niini sa parehas nga factor. Gitugotan ang mga fraction sama sa ½.
• Idugang ang mga equation ug imong idugang ang ilang ΔH nga mga bili. Ang mga species nga makita sa duha ka kilid sa suma mokansela, apan kung motugma lang ang ilang pisikal nga kahimtang.

Nasulbad nga ehemplo: pagbaliskad ug pagdugang sa duha ka equation

Pangitaa ang ΔH° sa pag-convert sa graphite ngadto sa diamond, C(graphite) → C(diamond). Ang direktang pag-convert nanginahanglan og labihan nga pressure ug dili matagaan sa calorimeter, apan ang duha ka porma sa carbon nasunog. Gamita ang (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, ug (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ. Ang unang bili gikan sa OpenStax Chemistry 2e Appendix G; ang ikaduha gikalkulo gikan sa parehas nga lamesa.

Ang graphite usa ka reactant sa (1) ug sa target, busa tipigi ang (1). Ang diamond usa ka reactant sa (2) apan usa ka produkto sa target, busa baliskara ang (2): CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Sa pagdugang sa duha, ang O₂ ug CO₂ makita kausa sa matag kilid ug mokansela, nga mobilin sa eksakto nga target. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Hubara ang tubag. Ang positibo nga timaan nagpasabot nga ang diamond medyo mas taas ang enthalpy kaysa graphite, nga motugma sa graphite, dili diamond, isip reference nga porma sa carbon. Ang gamay nga gidak-on sa numero usa ka pahinumdom nga ang pagkuha sa duha ka dako, halos patas nga bili nagpadako sa kawalay-kasiguruhan niini.

Nasulbad nga ehemplo: tulo ka equation ug cross-check

Pangitaa ang ΔH° sa hydrogenation nga C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) gikan sa datos sa combustion. Gamita ang (1) C₂H₄(g) + 3 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l), ΔH° = −1411.1 kJ; (2) H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(l), ΔH° = −285.83 kJ; ug (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ. Kini nga mga bili sa combustion gikalkulo gikan sa datos sa formation sa Appendix G aron mahimo nimong mapatungha kini.

Ang C₂H₄ ug H₂ mga reactant sa target ug sa mga equation (1) ug (2), busa tipigi kini sumala sa pagkasulat. Ang C₂H₆ usa ka produkto sa target apan usa ka reactant sa (3), busa baliskara ang (3) ug usba ang timaan niini ngadto sa +1560.5 kJ. Karon i-tally: ang oxygen 3 + ½ = 7/2 O₂ sa wala ug 7/2 O₂ sa tuo; ang carbon dioxide 2 sa matag kilid; ang tubig 2 + 1 = 3 sa tuo ug 3 sa wala. Ang tanan mokansela gawas sa target. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, gireport hangtod sa usa ka decimal place tungod kay ang labing dili tukma nga mga bili adunay usa.

Cross-check gamit ang formation enthalpies: ang ΔH°f sa C₂H₆(g) −84.0 kJ/mol ug sa C₂H₄(g) +52.4 kJ/mol, ug ang H₂(g) zero, busa ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Duha ka lain-laing agianan ang naghatag sa parehas nga tubag, nga mao gayud ang gigarantiya sa state function.

Standard enthalpies of formation ug mga reference state

Ang standard enthalpy of formation, ΔH°f, mao ang kausaban sa enthalpy kung ang usa ka mole sa compound maporma gikan sa mga elemento niini, ang matag usa sa reference nga porma niini, ilalom sa standard nga mga kondisyon. Ang reference nga porma mao ang labing lig-on nga porma gawas sa talagsaong mga eksepsyon: ang phosphorus naggamit sa puti nga P₄(s), nga gilista sa Appendix G sa zero. Gitakda sa IUPAC ang standard pressure sa 1 bar; daghang lamesa naggamit gihapon sa 1 atm, ug ang kalainan dili hinungdanon alang sa kadaghanang buhat sa enthalpy. Ang gitabulate nga mga bili kasagarang gihatag sa 298.15 K.

Ang formation equation kanunay naghimo sa eksakto nga usa ka mole sa produkto, busa normal ang fractional nga mga coefficient: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Alang sa elemento nga anaa na sa reference nga porma niini, sama sa O₂(g), H₂(g), graphite, o likido nga bromine, ang ΔH°f zero pinaagi sa kahulugan. Ang ubang mga porma sa elemento dili zero: gilista sa Appendix G ang diamond sa +1.89 kJ/mol relatibo sa graphite.

Pagkalkulo sa ΔH°rxn gikan sa datos sa formation

Ang bisan unsang reaksyon mahimong hunahunaon isip duha ka lakang: bungkaga ang mga reactant ngadto sa ilang mga elemento, dayon tukora ang mga produkto gikan niadtong mga elemento. Ang unang lakang mao ang sukwahi sa mga formation reaction sa mga reactant ug ang ikaduha mao ang mga formation reaction sa mga produkto. Naghatag kana sa pormula sa buhat nga ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(products) − Σ m ΔH°f(reactants), diin ang n ug m mao ang mga coefficient sa balanse nga equation.

Nasulbad nga ehemplo. Pangitaa ang ΔH° sa 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g), usa ka reaksyon sa hydrazine nga susama sa gigamit sa pipila ka rocket engine. Gikan sa Appendix G: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, ug N₂(g) 0. Mga produkto: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Mga reactant: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, gireport hangtod sa usa ka decimal place tungod kay ang 11.1 adunay usa. Kana −539.8 kJ matag mole sa hydrazine.

Importante ang kahimtang sa tubig. Kung ang equation naghimo og likido nga tubig, gamit ang −285.83 kJ/mol, ang tubag mahimong −1255.7 kJ. Ang kalainan upat ka pilo sa enthalpy nga gipagawas kung ang usa ka mole sa water vapor mag-condense.

Mga sayop nga makabungkag sa kalkulasyon sa balaod ni Hess

Kadaghanan sa mga sayop niining mga problema mga sayop sa pagtala, ug ang gisulat nga tally sa matag species makakuha sa hapit tanan. Kung ang pagkansela dili makapatungha sa eksakto nga target, ang usa ka equation gibaliskad o gi-scale nga sayop.

Ang ikaduhang pagsusi mao ang pagbanabana sa timaan. Ang mga combustion ug ang pagporma sa kadaghanang lig-on nga mga compound exothermic, busa ang positibo nga tubag alang sa pagsunog sa sugnod nagsenyas og baliskad nga lakang.

• Pagbaliskad sa equation nga walay pag-usab sa timaan sa ΔH niini.
• Pagpadaghan sa equation sa 2 o ½ apan wala usba ang ΔH niini.
• Pagkuha sa sayop nga han-ay: ang pormula mao ang mga produkto minus mga reactant.
• Pagkalimot sa mga coefficient kung nagsuma sa formation enthalpies.
• Paggamit sa ΔH°f alang sa sayop nga kahimtang, sama sa H₂O(g) kung ang equation adunay H₂O(l).
• Paghatag sa elemento sa reference nga porma niini og dili-zero nga ΔH°f, o paghatag sa compound og zero.