ヘスの法則

コア コンセプト

では、ヘスの法則とは何ですか？このチュートリアルでは、ヘスの法則について紹介します 、およびこの概念に沿った方程式。さらに、いくつかの例の問題に取り組むことで、この概念をさらにマスターします。

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ヘスの法則とは?

ロシアの化学者で物理学者の Germain Hess は、熱化学と物理化学の概念を発展させました。彼は、ヘスの定和熱の法則または略してヘスの法則として知られる概念を導入しました。

この法則は、反応における正味のエンタルピーに関係しています。全体として、反応の全エンタルピー変化は、反応のステップ数または段階数に関係なく、すべての変化の合計であると述べています (つまり、正味のエンタルピーと反応のステップ数は互いに独立しています)。この法則の考え方は、エネルギー保存の原理や熱力学の第一法則、エンタルピーが状態関数であるという声明など、科学全体で見られます。

ヘスの法則を使用するには、反応が従わなければならない要件がいくつかあります。たとえば、反応に複数のステップがある場合、各方程式のバランスを正しく取らなければなりません。また、反応条件を一定に保つために、反応のすべてのステップは一定の温度と圧力で開始および終了する必要があります。

ヘスの法則の方程式

この定義を数学用語で表すと、ヘスの法則の式は次のとおりです。

ΔH_net =∑ΔH_r

正味のエンタルピー変化 =ΔH_net
すべてのエンタルピー変化ステップの合計 =∆H_r

エンタルピー変化

エンタルピー変化 ΔH は、反応中に吸収または放出される熱の量として定義できます。多段階反応の個々のステップには、開始エンタルピー値と終了エンタルピー値があり、それらの差がエンタルピー変化です。この値は、熱が吸収された場合は負になり、熱が放出された場合は正になります。各反応ステップのすべてのエンタルピー変化を合計すると (ΔH_r ）、最終生成物のエンタルピーと最初の反応物のエンタルピーの差を見つけることによって発見される正味のエンタルピーの変化があります（ΔH_net ）。それがヘスの法則です!

ヘスの法則の例の問題

ヘスの法則の概念と方程式を理解したので、実践問題で知識を広げましょう。これらの単語の問題では、何らかの反応の操作 (つまり、方程式、乗算、除算の方向の変更) が必要になる場合がありますが、一般的な考え方はすべてのヘスの法則の問題で同じです。以下にいくつかの例を見てみましょう!

問題例 1

正味のエンタルピー変化 (ΔH_net )、反応ステップとその ΔH 値が与えられた場合、以下の反応の。

全体的な反応:N₂ H_4(l) +H_2(g) → 2NH3 (g)

(i) N₂ H_4(l) + CH₄ O_(l) → CH₂ O_(g) + N_2(g) + 3H_2(g) ΔH=– 37kJ/モル
(ii) N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g) ΔH=-46kJ/mol
(iii) CH₄ O_(l) → CH₂ O_(g) + H_2(g) ΔH=-65kJ/mol

1.ステップが (a) バランスが取れており、(b) 正しい方向に進んでいること、(c) 全体的な反応が得られていることを確認してください。

与えられたすべてのステップが反応全体に必要であることを確認するには、方程式を追加し、繰り返される化合物をクロスして、全体の方程式を作成します。

しかし、反応をそのままにしてこのステップを行うと、間違った側に化合物があり、余分な化合物があるため、正しい反応にはなりません。このため、ステップの 1 つまたは複数が反対方向に進んでいるかどうかを分析できます。

反応 (i) は、式全体の反応物である N2H4(l) を使用する唯一のものであるため、正しい方向に進んでいると想定されます。次に、反応 (ii) は生成物 2NH を持っています 右辺にあるので、方程式も同じままです。全体の方程式を見つけようとする上記の試みでは、方程式 (i) と (ii) からの水素ガスが互いに打ち消し合います。つまり、反応 (iii) からの水素ガスだけが、全体の方程式に到達するために残っていることを意味します。左に属します。このため、方程式の反応物と生成物を反転して逆方向に進むことができます。ただし、反応が逆方向に進んでいるため、エンタルピーも「逆」になります。 反応の方向を変えると、エンタルピーの逆数が新しいエンタルピーになります。

「新しい」方程式のステップは次のようになります:

(i) N₂ H_4(l) + CH₄ O_(l) → CH₂ O_(g) + N_2(g) + 3H_2(g) ΔH=– 37kJ/モル
(ii) N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g) ΔH=-46kJ/mol
(iii) CH₂ O_(g) + H_2(g) → CH₄ O_(l) ΔH=+65kJ/mol

反応 (iii) を使用すると、すべての方程式を追加する方法が変更され、正しい全体的な反応が得られます。

N₂ H_4(l) +H_2(g) → 2NH3 (g)

2.正味エンタルピー変化を求める

公式のエンタルピー値が得られたので、ヘスの法則の方程式を使用して解くことができます。

ΔH_net =∑ΔH_r =(-37 kJ/mol) + (-46 kJ/mol) + 65 kJ/mol =-18kJ/mol

問題例 2

正味のエンタルピー変化 (ΔH_net )、反応ステップとその ΔH 値が与えられた場合、以下の反応の。

全体的な反応:CS_2(l) + 3O_2(g) → CO_2(g) + 2SO_2(g)

(i) C_(s) + O_2(g) → CO_2(g) ΔH=-395 kJ/mol
(ii) S_(s) + O_2(g) → SO_2(g) ΔH=-295 kJ/mol
(iii) C_(s) + 2S_(s) → CS_2(l) ΔH=+90 kJ/mol

1.ステップが (a) バランスが取れており、(b) 正しい方向に進んでいること、(c) 全体的な反応が得られていることを確認してください。

まず、上記と同じ方法を使用して、すべてのステップ反応が正しい方向に進んでいるかどうかを確認して、正しい反応を行います。反応 (i) は目的の CO_2(g) つまり、変更されないままにすることができます。反応 (iii) は CS_2(l) を持つ 生成物としてですが、反応全体において望ましい反応物です。したがって、この反応を反転させ、逆数の ΔH 値を使用します。

反応(ii)については、Oなので方向は正しい 反応物およびSO_2(g)として 生成物として、両方とも目的の反応で見られます。ただし、式を足し合わせると、1 つの O_2(g) および 1 つの SO_2(g) がありません (余分な S_(s) もあります) キャンセルする必要があります）。これは、反応 (ii) に係数 2 を掛けることで修正できます。これを掛ける (または割る) 場合は、ΔH 値にも同じ係数を掛ける (または割る) 必要があります。

(i) C_(s) + O_2(g) → CO_2(g) ΔH=-395 kJ/mol
(ii) 2S_(s) + 2O_2(g) → 2SO_2(g) ΔH=-590 kJ/mol
(iii) CS_2(l) → C_(s) + 2S_(s) ΔH=-90 kJ/mol

反応 (ii) と (iii) を操作して、すべての方程式を加算する方法により、正しい全体的な反応が得られます。

CS_2(l) + 3O_2(g) → CO_2(g) + 2SO_2(g)

2.正味エンタルピー変化を求める

公式のエンタルピー値が得られたので、ヘスの法則の方程式を使用して解くことができます。

ΔH_net =∑ΔH_r =(-395 kJ/mol) + (-590 kJ/mol) + (-90 kJ/mol) =-1075 kJ/mol

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