الدرس: 1-13-1 طريقة استخدام قانون هيس

طريقة استخدام قانون هيس

قانون هيس:

عند تحويل المتفاعلات إلى نواتج فإن التغير في أنثالبي التفاعل هو نفسه سواء تم التفاعل في خطوة واحدة أو في سلسلة من الخطوات، وفائدته تكمن في إمكانية

قياس أنثالبي التفاعلات التي لا يمكن قياسها بصورة مباشرة لكون حدوثها غير ممكن لبطئها أو لتكوين نواتج جانبية.

لكي نفهم قانون هيس نأخذ المثال التالي: نعتبر أن هناك مركب ABCD يتكون من عناصره الأساسية بطريقتين:

الطريقة المباشرة: $A+B+C+D\to ABCD\mathrm{\Delta }H=?$

الطريقة غير المباشرة:

$\begin{array}{r}A+B\to AB\mathrm{\Delta }{H}_1\\ \\ \mathrm{AB}+\mathrm{C}\to {\mathrm{ABC\Delta H}}_2\\ \\ \mathrm{ABC}\ast \mathrm{D}\to \mathrm{ABCD}\mathrm{△}{\mathrm{H}}_3\\ \end{array}$

$A+B+C+D=ABCD\left(\mathrm{\Delta }{H}_1,\mathrm{\Delta }{H}_2,\mathrm{\Delta }{H}_3\right)$

وطبقا لقانون هيس يجب أن يكون:

$\mathrm{\Delta }H=\mathrm{\Delta }{H}_1+\mathrm{\Delta }{H}_2+\mathrm{\Delta }{H}_3$

هناك العديد من المركبات الكيميائية لا يمكن تصنيعها بشكل مباشر من عناصرها؟

لأن التفاعل قد يسير ببطيء شديد أو تكوّن مركبات جانبية غير مرغوب به.

لماذا يتم اللجوء إلى قياس أنثالبي التفاعل بطريقة غير مباشرة؟

لأن هناك الكثير من المركبات لا يمكن تصنيعها بشكل مباشر.

لا يمكن قياس الحرارة المنبعثة مباشرة عند احتراق الكرافيت مع الأوكسجين لتكوين غاز أحادي أوكسيد الكربون؟

لأن الناتج سيكون خليط من غازي ثنائي أوكسيد الكربون وأحادي أوكسيد الكربون ومن المستحيل منع تكون غاز ثنائي أوكسيد الكربون.

ملاحظة: إن الحقيقة التي يعتمد عليها قانون هيس هو أن أنثالبي التفاعل دالة حالة تعتمد فقط على الحالة الابتدائية والحالة النهائية أي تعتمد على النواتج والمتفاعلات

الخطوات الواجب مراعاتها عند حل المسائل على ضوء قانون هيس:

1. نكتب المعادلة الحرارية المطلوب قياس أنثالبي التكوين أو أنثالبي الاحتراق أو أنثالبي التحول.
2. نجمع المعادلات الحرارية المعطاة في السؤال بحيث يقودنا هذا الجمع إلى المعادلة الحرارية المطلوب قياس الأنثالبي، فقد يستوجب عكس كتابة المعادلة الحرارية أو ضربها بعدد معين أو تقسيمها على عدد معين بحيث يتفق مع معطيات المعادلة الحرارية المطلوب قياس أنثالبيها.

احسب أنثالبي التكوين للمركب CS₂ من عناصره الأساسية وحسب المعادلات التالية:

1……….. C _(graphite) + O_2(g) $\to$ CO_{2 (g)} ΔH_r = - 394 KJ/mol
2.………… S _(rombic) + O_2(g) $\to$ SO_{2(g) )} ΔH_r = - 296 KJ/mol
3..…. CS_2(l) + 3O_2(g) $\to$ CO_2(g) + 2SO_{2(g )} ΔH_r = - 1072 KJ/mol

المعادلة الحرارية المطلوب قياس: C _(graphite) + 2s_(rombic) $\to$ CS_{2 (l)}

نجمع المعادلة رقم 1 مع معادلة رقم 2 بعد ضربها في 2 مع معكوس المعادلة رقم وعلى النحو التالي:

$\begin{array}{r}{\left.{\mathrm{C}}_{\text{(graphite) }}+{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to {\mathrm{CO}}_2\left(\mathrm{g}\right)\right)}_1{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{r}}^{\circ }=-394\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}\\ 2\mathrm{S}\text{ (rombic) }+2{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 2{\mathrm{SO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)},{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{r}}^{\circ }=-592\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}\\ \left.{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+2{\mathrm{SO}}_{2(\mathrm{g}}\right)\to {\mathrm{CS}}_{2\left(\mathrm{l}\right)}+3{\mathrm{O}}_{2(\mathrm{g}}{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{r}}^{\circ }=+1072\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}\end{array}$

${\mathrm{C}}_{\text{(graphite) }}+2{\mathrm{S}}_{\text{(rombic) }}\to {\mathrm{CS}}_2\text{ (I) }{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{r}}^{\circ }={\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{f}}^{\circ }\mathrm{cS}2\left(\mathrm{I}\right)=+86\mathrm{KJ}$

احسب حرارة التكوين القياسية للأستلين C₂H₂ من عناصره الأساسية إذا أعطيت المعادلات الحرارية الآتية:

1............C _(graphite) + O_2(g) $\to$ CO_{2 (g)} ΔH_r = - 394 KJ/mol

2............H_2(g) + 1/2O_{2 (g)} $\to$ H₂O_(l) ΔH_r = - 386 KJ/mol

3............2C₂H_{2 (g)} + 5O_{2 (g)} $\to$4CO_2(g)+ 2H₂O_(l) ΔH_r = - 2599 KJ/mol

المعادلة المطلوب قياس: ?=H 2 + 2 C _graphite$\to$ C₂H₂ ΔH_f

من جمع معادلة رقم واحد بعد ضربها x2 مع معادلة رقم 2 مع معكوس معادلة 3 بعد قسمتها على 2

$\begin{array}{r}2{\mathrm{C}}_{\text{(graphite) }}+2{\mathrm{O}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 2{\mathrm{CO}}_2\left(\mathrm{g}\right){\mathrm{\Delta H}}_{\circ }^{\circ }=-788\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}\\ \\ {\mathrm{H}}_2\left(\mathrm{g}\right)+1/2{\mathrm{O}}_2\left(\mathrm{g}\right)\to {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{r}}^{\circ }=-286\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}\\ \\ 2{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}\to {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2\left(\mathrm{g}\right)+5/2{\mathrm{O}}_2\text{ (g) }{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{r}}^{\circ }=1299.5\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}\end{array}$

${\mathrm{H}}_2+2\mathrm{C}\text{ graphite }\to {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{f}}^{\circ }={\mathrm{\Delta H}}_{\mathrm{o}}^{\circ }=+225.5\mathrm{KJ}/\mathrm{mol}$