Hess s Law - Erhaltung der Energie
Das Prinzip der Erhaltung der Energie
Fähigkeiten zu entwickeln
- Ändern Sie die Reaktionsenthalpie, wenn die Gleichung ändert
- Interpretieren Hess Gesetz
- Wenden Sie das Prinzip der Erhaltung der Energie Gesetz Hess Probleme zu lösen.
- Skizzieren Sie ein Energiediagramm für verwandte Reaktionen und
- Verwenden Sie ein Diagramm Hess Gesetz zu erklären,
Hess Gesetz Energieniveaudiagramm
Chemische Energie und Hess Gesetz
Die Reaktionsenthalpie und Standard-Bildungsenthalpie in chemischer Energie eingeführt sind sehr nützliche chemische Eigenschaften. Wir haben bereits erwähnt, einige grundlegende Regeln in Bezug auf die Mengen dH, dH ° und DHF und ihre vorhergehenden Gleichungen.
Wenn beide Seiten der Gleichungen mit einem Faktor multipliziert werden, um die Anzahl der Mole, dH, dH ° oder DHF für die Gleichung zu verändern, sollte mit dem gleichen Faktor multipliziert werden, da sie Mengen pro Gleichung sind wie folgt geschrieben. So kann für die Gleichung C (Graphit) + 0,5 O 2 -> CO, dH ° = -110 kJ / mol. Wir können sie in einer der folgenden Formen schreiben: 2 C (Graphit) + O2 -> 2 CO, dH ° = -220 kJ / mol (multipliziert mit 2)
6 C (Graphit) + 3 O2 -> 6 CO, dH ° = -660 kJ / mol (multipliziert mit 6)
Für die umgekehrte Reaktion werden die Vorzeichen dieser Mengen geändert (Multiplikation mit -1). Die Gleichung impliziert die folgenden: CO -> C (Graphit) + 0,5 O2. dH ° = 110 kJ / mol
2 CO -> 2 C (Graphit) + O2. dH ° = 220 kJ / mol.
Hess Gesetz besagt, dass Energieänderungen Zustandsfunktionen sind. Die Energiemenge hängt nur von den Zuständen der Reaktanden und dem Zustand der Produkte, aber nicht auf den Zwischenschritten. Energie (Enthalpie) Veränderungen der chemischen Reaktionen sind die gleichen, unabhängig davon, ob die Reaktionen in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Die Gesamtenergieänderung in einer chemischen Reaktion ist die Summe der Energieänderungen in seinen vielen Stufen zur Gesamtreaktion führen.
Zum Beispiel in der unten stehenden Diagramm, betrachten wir die Oxidation von Kohlenstoff zu CO und CO2. Die direkte Oxidation von Kohlenstoff (Graphit) in CO2 ergibt eine Enthalpie von -393 kJ / mol. Wenn Kohlenstoff zu CO oxidiert wird, und dann wird CO zu CO2 oxidiert. die Enthalpien sind -110 und -283 kJ / mol auf. Die Summe der Enthalpie in den beiden Stufen genau -393 kJ / mol, gleiche wie die Ein-Schritt-Reaktion. Die zweistufige Reaktionen sind: C + 1/2 O 2 -> CO, dH ° = -110 kJ / mol
CO + 1/2 O 2 -> CO2. dH ° = -283 kJ / mol. Addiert man die beiden Gleichungen zusammen und heben sich die Zwischen, CO, auf beiden Seiten führt zu C + O2 -> CO2. dH ° = (-110) + (- 283) = -393 kJ / mol. Das eigentliche Verdienst ist eigentlich die Enthalpie der Bildung von CO zu bewerten, wie wir bald sehen werden.
Die Anwendung von Hess Gesetz
Hess Gesetz angewandt werden kann enthalpien Reaktionen zu berechnen, die schwer zu messen. In dem obigen Beispiel ist es sehr schwierig, die Oxidation von Graphit zu steuern reinem CO zu ergeben. Jedoch Enthalpie für die Oxidation von Graphit zu CO2 leicht gemessen werden können. So können die Enthalpie der Oxidation von CO zu CO2. Die Anwendung von Hess Gesetz ermöglicht es uns, die Enthalpie der Bildung von CO zu schätzen Da C + O2 -.> CO2. dH ° = -393 kJ / mol
CO + 1/2 O 2 -> CO2. dH ° = -283 kJ / mol. Subtrahieren der zweiten Gleichung, die aus dem ersten ergibt C + 1/2 O 2 -> CO, dH ° = -393 - (- 283) = -110 kJ / mol
Die Gleichung zeigt die Standard-Enthalpie der Bildung von CO -110 kJ / mol.
Die Anwendung von Hess Gesetz ermöglicht es uns, dH, dH ° und DHF für chemische Reaktionen zu berechnen, die unmöglich zu erbringen zu messen, dass wir alle Daten verwandter Reaktionen.
Einige weitere Beispiele sind im Folgenden erläutern die Anwendungen von Hess Gesetz gegeben.
Beispiel 1 Die Enthalpie der Verbrennungs für H2. C (Graphit) und CH4 sind -285,8, -393,5, -890,4 und kJ / mol auf. Berechnen Sie die Standard-Bildungsenthalpie DHF für CH4.
Lösung:
Hier können Sie die Informationen über Bildungsenthalpie interpretieren, indem sie aus den Gleichungen zu schreiben:
Aus den obigen Gleichungen ableiten
C + 2H2 -> CH4
Diskussion :
Drei enthalpien in diesem Beispiel beteiligten Reaktionen sind Standard-Bildungsenthalpien, und man ist die Enthalpie der Verbrennung. Die Bildung von Methan aus Graphit und Wasserstoff kann nicht leicht erreicht werden kann, und dessen Bildungsenthalpie ist nicht direkt meßbar, aber die Berechnungen, wie dies die Daten bereitzustellen, um in thermodynamischen Daten enthalten sein. Der Wert von -74,4 kJ / mol hat in mehreren Datenquellen aufgeführt.
Aus diesen Daten können wir ein Energieniveaudiagramm für diese chemischen Verbindungen konstruieren, wie folgt:
Beispiel 2 Aus den folgenden Daten, CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2 O dH o = -890 kJ / mol
H2 O (l) -> H 2 O (g) dH o = 44 kJ / mol bei 298 K
Berechnen Sie die Enthalpie der Reaktion CH4 + 2 O 2 (g) -> CO2 (g) + 2 H 2 O (g) dH o =.
Diskussion :
Eine höhere Menge an Energie (890 vs 802 kJ / mol) extrahiert wird, wenn das Abgas zu flüssigem Wasser kondensiert wird. Das Abgas von hohen Effizienz Ofen ist bei einer niedrigeren Temperatur und der Wasserdampf zu Flüssigkeit kondensiert. Allerdings gibt es immer einige in einem Ofenbetrieb verloren.
Beispiel 3 Der Standard Bildungsenthalpien von SO2 und SO3 ist -297 und -396 kJ / mol auf. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie für die Reaktion: SO2 + 02.01 O2 -> SO 3.
Lösung:
Um zu zeigen, wie die chemischen Reaktionen stattfinden, und für eine bessere Würdigung der Technik der Problemlösung, schreiben wir die Gleichungen nach den Daten gegeben: SO2 (g) -> S (s) + O2 (g) dH = 297 kJ
S (s) + 3/2 O2 -> SO3dH = -396 kJ die beiden Gleichungen hinzufügen SO2 ergeben (g) + 02.01 O2 -> SO3dH = -99 kJ
Jetzt bist du dran zu arbeiten:
Skizzieren Sie ein Energieniveaudiagramm für die Kombinationen von Substanzen.
- 2 O (g) -> O2 (g) dH o = -249 kJ / mol
- H2 O (l) -> H 2 O (g) dH o = 44 kJ / mol bei 298 K
- H 2 (g) + O (g) -> H 2 O (g) = -803 dH o kJ / mol
- C (Graphit) + O 2 (g) -> CO2 (g) dH o = -643 kJ / mol
- C (Graphit) + O2 (g) -> CO2 (g) dH o = -394 kJ / mol
- C (Graphit) + 2 H2 (g) -> CH4 (g) dH o = -75 kJ / mol
- H 2 (g) -> H 2 (g) = -436 dH o kJ / mol
- H2 O (l) -> H 2 O (g) dH = 41 kJ / mol bei 373 K, Nicht-Standard-Zustand
Diskussion :
Arbeiten Sie die Details selbst und das Ergebnis überprüfen. Die Berechnung ist ziemlich kompliziert. Lesen wird es nicht die Technik zu beherrschen Lage sein. Die Daten aus den Gleichungen 2, 5 und 8 sind nicht erforderlich. Oft haben Sie geeignete Daten aus einer Tabelle von Standard-Bildungsenthalpie bei der Problemlösung zu wählen.
Vergleichen resultieren aus Beispiel 2 unterscheiden sich diese Resultat leicht, aufgrund eines unterschiedlichen Satzes von Daten verwendet wird. Die Differenz liegt bei 0,2%.
Ein Verfahren ist, um die Schlüssel Gleichungen neu zu schreiben, wie folgt, und füge sie auf beiden Seiten unerwünschte Verbindung aufzuheben. Üben Sie die Löschung der Formel selbst. CH4 (g) -> C (Graphit) + 2 H 2 (g) dH o = 75 kJ / mol
C (Graphit) + O 2 (g) -> CO2 (g) dH o = -643 kJ / mol
2 O 2 (g) -> 4 O (g) dH o = 498 kJ / mol
4 H (g) + O 2 (g) -> 2 H 2 O (g) dH o = -1606 kJ / mol
2 H2 (g) -> 4 H (g) dH o = 872 kJ / mol
fügen Sie alle Gleichungen --------------------------- hinzufügen alle dH s
CH4 + 2 O 2 (g) -> CO2 (g) + 2 H 2 O (g) dH o = -804 kJ / mol