Gess qonuni: reaksiyalarni qo'shib ΔH ni topish

Holat funksiyasi nima uchun Gess qonunini ishlatadi

Entalpiya holat funksiyasi: uning qiymati faqat sistemaning hozirgi holatiga bog'liq, sistema unga qanday kelganiga emas. Shuning uchun boshlang'ich va oxirgi holat orasidagi ΔH o'zgarishi ular orasidagi har bir yo'l uchun bir xil. Balandlik ham xuddi shunday ishlaydi. Tepalikka tik yo'ldan chiqasizmi yoki uzun burilishlardan, balandlik o'zgarishingiz bir xil.

Gess qonuni bundan bevosita kelib chiqadi. Agar reaksiyani ikki yoki undan ko'p bosqichning yig'indisi sifatida yozish mumkin bo'lsa, uning ΔH i bosqichlar ΔH qiymatlari yig'indisi. Bosqichlar haqiqatda sodir bo'lishi shart emas; ular faqat entalpiyalari ma'lum bo'lgan to'g'ri kimyoviy tenglamalar bo'lishi kerak. Qonunni kalorimetrda toza o'tkazib bo'lmaydigan reaksiyalar uchun foydali qilgan shu erkinlik.

Termokimyoviy tenglamalar ustida amallarning uchta qoidasi

Har bir qoida ΔH ning ekstensiv holat funksiyasi ekanidan kelib chiqadi. Jarayonni teskari qilish sistemani boshlang'ich holatiga qaytaradi, shuning uchun entalpiya o'zgarishi kattalikda teng va ishorada qarama-qarshi bo'lishi kerak. Reaksiya miqdorini ikki barobar oshirish ishtirok etuvchi energiyani ikki barobar oshiradi.

Biror narsani birlashtirishdan oldin maqsad tenglamani ishingizning tepasiga yozing. So'ng berilgan tenglamalarda faqat bir marta uchraydigan har bir moddani toping. Uning o'rni va koeffitsiyenti o'sha tenglama teskari qilinishi kerakmi va qanday koeffitsiyentga ko'paytirilishi kerakligini aytadi.

• Tenglamani teskari qilsangiz, uning ΔH ining ishorasi o'zgaradi.
• Tenglamani koeffitsiyentga ko'paytirsangiz, uning ΔH ini ham xuddi shu koeffitsiyentga ko'paytirasiz. ½ kabi kasrlarga ruxsat beriladi.
• Tenglamalarni qo'shsangiz, ularning ΔH qiymatlarini qo'shasiz. Yig'indining ikkala tomonida uchraydigan zarrachalar qisqaradi, lekin faqat ularning fizik holatlari mos kelsa.

Yechilgan misol: ikki tenglamani teskari qilish va qo'shish

Grafitni olmosga aylantirish uchun ΔH° ni toping, C(grafit) → C(olmos). Bevosita aylantirish haddan tashqari yuqori bosimni talab qiladi va kalorimetrda o'tkazib bo'lmaydi, lekin uglerodning ikkala shakli ham yonadi. (1) C(grafit) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ va (2) C(olmos) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ dan foydalaning. Birinchi qiymat OpenStax Chemistry 2e G ilovasidan; ikkinchisi o'sha jadvaldan hisoblangan.

Grafit (1) da va maqsadda reagent, shuning uchun (1) ni saqlang. Olmos (2) da reagent, maqsadda esa mahsulot, shuning uchun (2) ni teskari qiling: CO₂(g) → C(olmos) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Ikkalasini qo'shsangiz, O₂ va CO₂ har ikki tomonda bir martadan uchrab qisqaradi va aynan maqsad qoladi. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Javobni sharhlang. Musbat ishora olmos entalpiya jihatidan grafitdan sal yuqoriroq ekanini bildiradi, bu uglerodning etalon shakli olmos emas, grafit ekaniga mos. Sonning kichikligi ikkita katta, deyarli teng qiymatni ayirish ularning noaniqligini kattalashtirishini eslatadi.

Yechilgan misol: uchta tenglama va o'zaro tekshiruv

Gidrogenlash C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) uchun ΔH° ni yonish ma'lumotlaridan toping. (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; va (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ dan foydalaning. Bu yonish qiymatlari ularni o'zingiz takrorlay olishingiz uchun G ilovasidagi hosil bo'lish ma'lumotlaridan hisoblangan.

C₂H₄ va H₂ maqsadda ham, (1) va (2) tenglamalarda ham reagent, shuning uchun ularni yozilganidek saqlang. C₂H₆ maqsadda mahsulot, (3) da esa reagent, shuning uchun (3) ni teskari qiling va ishorasini +1560.5 kJ ga o'zgartiring. Endi hisoblang: kislorod chapda 3 + ½ = 7/2 O₂, o'ngda 7/2 O₂; karbonat angidrid har ikki tomonda 2; suv o'ngda 2 + 1 = 3, chapda 3. Maqsaddan tashqari hammasi qisqaradi. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, bir o'nli xonagacha yoziladi, chunki eng kam aniq qiymatlarda bittadan bor.

Hosil bo'lish entalpiyalari bilan o'zaro tekshiruv: C₂H₆(g) ning ΔH°f i −84.0 kJ/mol, C₂H₄(g) niki +52.4 kJ/mol, H₂(g) niki nol, shuning uchun ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Ikki turli yo'l bir xil javob beradi, holat funksiyasi aynan shuni kafolatlaydi.

Standart hosil bo'lish entalpiyalari va etalon holatlar

Standart hosil bo'lish entalpiyasi ΔH°f — standart sharoitlarda har biri o'z etalon shaklidagi elementlardan bir mol birikma hosil bo'lgandagi entalpiya o'zgarishi. Etalon shakl, kam istisnolar bilan, eng barqaror shakl: fosfor oq P₄(s) dan foydalanadi, G ilovasi uni nolda keltiradi. IUPAC standart bosimni 1 bar deb belgilaydi; ko'plab jadvallar hamon 1 atm dan foydalanadi va farq ko'pchilik entalpiya ishlari uchun ahamiyatsiz. Jadvaldagi qiymatlar odatda 298.15 K uchun beriladi.

Hosil bo'lish tenglamasi har doim aynan bir mol mahsulot hosil qiladi, shuning uchun kasr koeffitsiyentlar normal: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. O₂(g), H₂(g), grafit yoki suyuq brom kabi allaqachon etalon shakldagi element uchun ΔH°f ta'rif bo'yicha nol. Elementning boshqa shakllari nol emas: G ilovasi olmosni grafitga nisbatan +1.89 kJ/mol deb keltiradi.

Hosil bo'lish ma'lumotlaridan ΔH°rxn ni hisoblash

Har qanday reaksiyani ikki bosqich deb tasavvur qilish mumkin: reagentlarni elementlariga parchalash, so'ng mahsulotlarni o'sha elementlardan qurish. Birinchi bosqich reagentlarning hosil bo'lish reaksiyalariga teskari, ikkinchisi mahsulotlarning hosil bo'lish reaksiyalari. Bu ishchi formulani beradi: ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(mahsulotlar) − Σ m ΔH°f(reagentlar), bunda n va m tenglashtirilgan tenglamadagi koeffitsiyentlar.

Yechilgan misol. 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) uchun ΔH° ni toping, ba'zi raketa dvigatellarida ishlatiladigan gidrazin reaksiyasi. G ilovasidan: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol va N₂(g) 0. Mahsulotlar: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Reagentlar: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, bir o'nli xonagacha yoziladi, chunki 11.1 da bittasi bor. Bu har bir mol gidrazin uchun −539.8 kJ.

Suvning holati muhim. Agar tenglama suyuq suv hosil qilganda, −285.83 kJ/mol dan foydalanilsa, javob −1255.7 kJ bo'lardi. Farq bir mol suv bug'i kondensatsiyalanganda ajraladigan entalpiyaning to'rt baravari.

Gess qonuni hisob-kitobini buzadigan xatolar

Bu masalalardagi xatolarning ko'pi hisob xatolari va har bir zarrachaning yozma hisobi deyarli barchasini aniqlaydi. Qisqarish maqsadni aynan takrorlamasa, biror tenglama noto'g'ri teskari qilingan yoki masshtablangan.

Ikkinchi tekshiruv ishorani baholashdir. Yonishlar va ko'pchilik barqaror birikmalarning hosil bo'lishi ekzotermik, shuning uchun yoqilg'i yonishi uchun musbat javob teskari qilingan bosqichni bildiradi.

• Tenglamani uning ΔH ishorasini o'zgartirmasdan teskari qilish.
• Tenglamani 2 yoki ½ ga ko'paytirib, uning ΔH ini o'zgartirmay qoldirish.
• Noto'g'ri tartibda ayirish: formula — mahsulotlar minus reagentlar.
• Hosil bo'lish entalpiyalarini yig'ishda koeffitsiyentlarni unutish.
• Noto'g'ri holat uchun ΔH°f dan foydalanish, masalan tenglamada H₂O(l) bo'lganda H₂O(g).
• Etalon shakldagi elementga noldan farqli ΔH°f berish yoki birikmaga nol berish.