الگوهای نموداری - مثلث

ساخت وبلاگ

قانون هس و محاسبات تغییر آنتالپی

این صفحه قانون هس را توضیح می دهد و از آن برای انجام محاسبات ساده تغییر آنتالپی که شامل تغییرات آنتالپی در واکنش، تشکیل و احتراق است استفاده می کند.

بیان قانون هس

قانون هس مهمترین قانون در این بخش از شیمی است. بیشتر محاسبات از آن ناشی می شود. می گوید ...

 

تغییر آنتالپی همراه با تغییر شیمیایی مستقل از مسیری است که تغییر شیمیایی طی آن رخ می دهد.

توضیح قانون هس

قانون هس می گوید که اگر واکنش دهنده A را به محصول B تبدیل کنید، تغییر کلی آنتالپی دقیقاً یکسان خواهد بود، چه در یک مرحله یا دو مرحله یا هر چند مرحله انجام دهید.

اگر به تغییر در نمودار آنتالپی نگاه کنید، این در واقع کاملاً واضح است.

این تغییرات آنتالپی را برای یک واکنش گرمازا با استفاده از دو روش مختلف برای رسیدن از واکنش دهنده A به محصول B نشان می دهد. در یک مورد، شما یک تبدیل مستقیم انجام می دهید. در دیگری، شما از یک فرآیند دو مرحله‌ای استفاده می‌کنید که شامل برخی واسطه‌ها می‌شود.

در هر صورت، تغییر کلی آنتالپی باید یکسان باشد، زیرا با موقعیت نسبی واکنش دهنده ها و محصولات در نمودار آنتالپی کنترل می شود.

اگر از واسطه‌ها استفاده می‌کنید، برای شروع باید مقداری انرژی گرمایی اضافی وارد کنید، اما در مرحله دوم توالی واکنش دوباره آن را برمی‌گردانید.

هر چقدر هم که واکنش در مراحل زیادی انجام شود، در نهایت تغییر کلی آنتالپی یکسان خواهد بود، زیرا موقعیت واکنش دهنده ها و محصولات در یک نمودار آنتالپی همیشه یکسان خواهد بود.

توجه: احتمالاً گیج کننده است که من بین اصطلاحات آنتالپی و انرژی تغییر می کنم. تغییر آنتالپی صرفاً معیار خاصی از تغییر انرژی است. شما به یاد خواهید داشت که تغییر آنتالپی حرارتی است که در طی واکنشی که در فشار ثابت اتفاق می‌افتد، ایجاد یا جذب می‌شود.

من مقیاس عمودی را در این نمودار خاص به عنوان آنتالپی به جای انرژی برچسب گذاری کرده ام، زیرا ما به طور خاص به تغییرات آنتالپی فکر می کنیم. من فقط می توانستم به اصطلاح کلی تر "انرژی" پایبند باشم، اما ترجیح می دهم دقیق باشم.

شما می توانید محاسبات را با تنظیم آنها به عنوان نمودارهای آنتالپی مانند بالا انجام دهید، اما روش بسیار ساده تری برای انجام آن وجود دارد که عملاً نیازی به تفکر ندارد.

می توانید نمودار فوق را به صورت زیر تنظیم کنید:

قانون هس می گوید که تغییر کلی آنتالپی در این دو مسیر یکسان خواهد بود. این بدان معناست که اگر شما از قبل دو مورد از تغییر آنتالپی را برای سه واکنش جداگانه نشان داده شده در این نمودار (سه فلش سیاه) می دانید ، می توانید به راحتی سوم را محاسبه کنید - همانطور که در زیر مشاهده خواهید کرد.

مزیت بزرگ انجام این کار از این طریق این است که لازم نیست نگران موقعیت های نسبی همه چیز در یک نمودار آنتالپی باشید. کاملاً بی ربط است که آیا یک تغییر خاص آنتالپی مثبت یا منفی است.

هشدارها!

اگرچه بیشتر محاسباتی که با آنها روبرو خواهید شد ، مانند موارد فوق در یک نمودار مثلثی قرار می گیرند ، اما ممکن است موارد کمی پیچیده تر نیز که نیاز به مراحل بیشتری دارند ، پیدا کنید. این کار را سخت تر نمی کند!

شما باید در انتخاب دو مسیر خود مراقبت کنید. این الگوی همیشه مانند مدل فوق به نظر نمی رسد. در مثال های زیر آن را مشاهده خواهید کرد.

محاسبات تغییر آنتالپی با استفاده از چرخه های قانون هس

من فقط می توانم یک مقدمه مختصر را در اینجا ارائه دهم ، زیرا این موضوع با جزئیات دقیق و گام به گام در کتاب محاسبات شیمی من پوشش داده شده است.

کار کردن با تغییر آنتالپی در شکل گیری از تغییرات آنتالپی احتراق

اگر صفحه قبلی را در این بخش خوانده اید ، ممکن است به یاد داشته باشید که من ذکر کردم که تغییر استاندارد آنتالپی تشکیل بنزن به طور مستقیم غیرممکن است. دلیل این امر این است که کربن و هیدروژن برای ساخت بنزن واکنش نشان نمی دهند.

نکته مهم: اگر شما نمی دانید (بدون اینکه بیش از حد به آن فکر کنید) دقیقاً منظور از تغییر استاندارد آنتالپی شکل گیری یا احتراق ، باید اکنون این طبقه بندی را انجام دهید. قبل از اینکه بیشتر بروید ، صفحه را در مورد تعاریف تغییر آنتالپی دوباره بخوانید - و آنها را بیاموزید!

تغییرات آنتالپی استاندارد احتراق ، ΔH °cاندازه گیری نسبتاً آسان است. برای بنزن ، کربن و هیدروژن ، اینها عبارتند از:

 

ΔH °c(KJ mo l-1)
C6H6(ل)-3267
ج (ها)-394
H2(g)-286

ابتدا باید چرخه خود را طراحی کنید.

تغییر آنتالپی را که می خواهید به عنوان یک معادله افقی ساده پیدا کنید ، بنویسید و ΔH را در بالای فلش بنویسید.(در نمودارهایی از این نوع ، ما اغلب برای جلوگیری از درهم و برهمی ، نماد استاندارد را از دست می دهیم.)

سپس اطلاعات دیگری را که دارید روی همان نمودار قرار دهید تا چرخه حقوقی هس را بسازید ، نوشتن آنتالپی شناخته شده را بر روی فلش برای هر یک از تغییرات دیگر نوشت.

سرانجام ، دو مسیر را در اطراف نمودار پیدا کنید ، همیشه با جریان فلش های مختلف بروید. شما هرگز نباید یکی از فلش های مسیر خود را در جهت مخالف یکی از فلش های معادله در زیر آن قرار دهید.

در این حالت ، آنچه ما سعی در یافتن آن داریم ، تغییر استاندارد آنتالپی تشکیل بنزن است ، به طوری که معادله به صورت افقی پیش می رود.

متوجه خواهید شد که من زحمت کشیده ام که اکسیژن را که چیزهای مختلفی در آن می سوزند ، درج کنم. میزان اکسیژن بسیار مهم نیست زیرا شما به هر حال از بیش از حد استفاده می کنید ، و از جمله آن واقعاً نمودار را گیج می کند.

چرا من یک جعبه را در اطراف دی اکسید کربن و آب در پایین چرخه کشیده ام؟من تمایل دارم این کار را انجام دهم اگر نتوانم تمام فلش ها را دقیقاً به موارد درست اشاره کنم. در این حالت ، هیچ روش واضحی برای گرفتن فلش از بنزن وجود ندارد تا به دی اکسید کربن و آب اشاره کند. ترسیم جعبه ضروری نیست - من فقط می فهمم که به من کمک می کند تا ببینم راحت تر چه می گذرد.

توجه کنید که ممکن است مجبور شوید ارقام مورد استفاده خود را ضرب کنید. به عنوان مثال ، تغییرات استاندارد آنتالپی احتراق با 1 مول ماده ای که می سوزانید شروع می شود. در این حالت ، معادلات برای سوزاندن 6 مول کربن و 3 مولکول هیدروژن به شما نیاز دارند. فراموش کردن این کار احتمالاً رایج ترین اشتباهی است که احتمالاً مرتکب شده اید.

چگونه این دو مسیر انتخاب شدند؟به یاد داشته باشید که باید با جریان فلش ها بروید. نقطه شروع خود را به عنوان گوشه ای که فقط فلش از آن خارج می شود انتخاب کنید. نقطه انتهایی خود را به عنوان گوشه ای که فقط فلش را وارد می کند انتخاب کنید.

اکنون محاسبه را انجام دهید:

قانون هس می گوید که تغییرات آنتالپی در دو مسیر یکسان است. این بدان معنی است که:

ΔH-3267 = 6 (-394) + 3 (-286)

تنظیم مجدد و حل:

ΔH = 3267 + 6 (-394) + 3 (-286)

ΔH = +45 kJ mo l-1

توجه: اگر حافظه خوبی دارید ، ممکن است به یاد داشته باشید که من برای تغییر استاندارد آنتالپی تشکیل بنزن در صفحه قبلی در این بخش ، رقم +49 kJ mo l-1 را ارائه دادم. پس چرا این پاسخ متفاوت است؟

مشکل اصلی در اینجا این است که من مقادیر آنتالپی احتراق هیدروژن و کربن را به 3 شکل مهم (که معمولاً در محاسبات در این سطح انجام می شود) گرفته ام. اگر فقط یک بار هر رقم را می گیرید ، خطاهای کوچک را معرفی می کند. با این حال ، در اینجا شما خطای موجود در مقدار کربن را با 6 ضرب می کنید ، و خطا در مقدار هیدروژن توسط 3. اگر علاقه دارید ، می توانید با استفاده از مقدا ر-393. 5 برای کربن و-285. 8 برای هیدروژن ، محاسبه را دوباره انجام دهیدبشراین پاسخی از +48. 6 می دهد.

پس چرا در وهله اول از مقادیر دقیق تر استفاده نکردم؟چون می خواستم این مشکل را نشان دهم! پاسخ شما به سؤالاتی از این دست می رسید. دلیل این امر معمولاً در خطاهای گرد است (مانند این مورد) ، یا این واقعیت که ممکن است داده ها از منبع یا منابع دیگری تهیه شده باشد. تلاش برای به دست آوردن داده های مداوم می تواند کمی کابوس باشد.

کار با تغییر آنتالپی واکنش از تغییرات آنتالپی در شکل گیری

این رایج ترین استفاده از چرخه های ساده قانون هس است که احتمالاً با آن روبرو خواهید شد.

در این حالت ، ما قصد داریم تغییر آنتالپی را برای واکنش بین گازهای کلرید اتی و هیدروژن برای تهیه گاز کلرو اتان از آنتالپی استاندارد مقادیر تشکیل در جدول محاسبه کنیم. اگر قبلاً هرگز به این واکنش نرسیده اید ، هیچ فرقی نمی کند.

توجه: من از ارزش کلروتان خیلی خوشحالم! منابع داده ای که من معمولاً از آنها استفاده می کنم طیف گسترده ای از مقادیر را ارائه می دهد. موردی که من انتخاب کردم یک مقدار متوسط از وب سایت شیمی NIST است. این عدم اطمینان بر نحوه انجام محاسبه به هیچ وجه تأثیر نمی گذارد ، اما پاسخ ممکن است دقیقاً درست نباشد - آن را به عنوان درست نقل نکنید.

در چرخه زیر ، این واکنش به صورت افقی نوشته شده است ، و آنتالپی مقادیر تشکیل اضافه شده برای تکمیل چرخه.

مجدداً ، جعبه کشیده شده در اطراف عناصر را در پایین مشاهده کنید ، زیرا نمی توان تمام عناصر جداگانه را به ترکیباتی که تشکیل می دهند به هر روش مرتب وصل کنید. مراقب باشید تمام اتمهایی را که برای استفاده از آنها استفاده می کنید ، حساب کنید و اطمینان حاصل کنید که آنها در عناصر موجود در حالت استاندارد خود نوشته شده اند. به عنوان مثال نباید هیدروژن ها را به عنوان 5H (g) بنویسید ، زیرا حالت استاندارد هیدروژن H است2.

توجه: در حقیقت ، اگر من خودم این نوع آنتالپی را انجام می دهم (با هیچ کس تماشا نمی کنم!) ، من تمایل دارم که فقط کلمه "عناصر" را در جعبه پایین بنویسم تا زحمت بکشم و دقیقاً چه تعداد از همه چیز را نیاز دارمبشرمن از انجام این کار در امتحان احتیاط می کنم.

و اکنون محاسبه. فقط تمام تغییرات آنتالپی را که دو مسیر را تشکیل می دهند ، بنویسید و آنها را برابر کنید.

+52. 2 - 92. 3 + ΔH = -109

تنظیم مجدد و حل:

ΔH = -52. 2 + 92. 3 - 109

ΔH = -68. 9 kJ mo l-1

توجه: من می ترسم که این به همان اندازه است که احساس می کنم می توانم بدون خطر فروش کتاب خود به شما در مورد این موضوع ارائه دهم ، یا به نقض قرارداد با ناشرانم پایان دهم. متأسفانه ، برای شما کافی نیست که بتوانید هر بار بتوانید این محاسبات را انجام دهید. جدا از هر چیز دیگری ، شما به تمرین زیادی نیاز دارید.

من این را از طریق آرام تر در کتاب ، با نمونه های زیادی صحبت کرده ام. اگر تصمیم گرفتید که از طریق فصل 5 در کتاب کار کنید ، اطمینان خواهید داشت که می توانید هر محاسبه انرژی شیمیایی را که به شما داده شده است انجام دهید.

بدیهی است که من مغرضانه هستم ، اما من اکیداً توصیه می کنم که کتاب را بخرید ، یا از مدرسه یا کالج یا کتابخانه محلی خود نسخه ای را تهیه کنید. فقط حرف من را برای آن نگیرید - بررسی ها را در وب سایت آمازون بخوانید.

س questions الاتی برای آزمایش درک شما

اگر این اولین مجموعه سؤالاتی است که انجام داده اید ، لطفاً قبل از شروع صفحه مقدماتی را بخوانید. برای بازگشت به اینجا به اینجا باید از دکمه پشتی روی مرورگر خود استفاده کنید.< Pan> توجه: من می ترسم که این به همان اندازه که احساس می کنم می توانم بدون خطر فروش کتاب خود به شما در این موضوع ارائه دهم ، یا پایان دادن به نقض قرارداد با ناشرانم. متأسفانه ، برای شما کافی نیست که بتوانید هر بار بتوانید این محاسبات را انجام دهید. جدا از هر چیز دیگری ، شما به تمرین زیادی نیاز دارید.

گزینه های باینری چیست...
ما را در سایت گزینه های باینری چیست دنبال می کنید

برچسب : نویسنده : مهدی امینی‌خواه بازدید : 55 تاريخ : دوشنبه 7 فروردين 1402 ساعت: 16:06