赫斯定律

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簡介

赫斯定律是由俄羅斯化學家格爾曼·赫斯博士於1840年提出的，他在其中闡述了許多熱化學原理。赫斯定律是熱力學第一定律的結果，但由於其重要性而被單獨列為一條定律。該定律涉及反應熱的計算。

熱力學第一定律指出，特定反應中的焓變等於反應過程中吸收或釋放的能量。赫斯定律也處理化學反應的能量，它指出能量變化不依賴於反應途徑或所涉及的步驟，而是能量變化始終為常數。

什麼是赫斯定律？

赫斯定律指出，化學反應中涉及的焓變或能量變化與其途徑或所涉及的步驟數無關。這意味著能量變化的值始終是恆定的。無論反應是經過3個步驟還是4個步驟，能量變化都將相同。赫斯定律允許計算伴隨化學反應發生的焓變，其中能量變化未知。

焓值將取決於反應中涉及的分子數量，因為焓是一種廣延性質。因此，焓變也將取決於化學反應中涉及的分子數量。因此，即使反應採取不同的途徑或多個步驟，焓變也將相同。只需要知道初始狀態和最終狀態。

能量也以熱量的形式存在。因此，在放熱過程中，能量被釋放。而在吸熱過程中，能量被消耗。向前方向為放熱的反應，在反向方向上必須是吸熱的。透過這種方式，化學反應中的能量值是恆定的。

它也可以定義為任何化學過程的能量等於所有步驟的能量之和，即對於特定的化學反應，能量始終為常數。即總焓變，$\mathrm{\Delta\:H\:=\:\Delta\:H_{1}\:+\:\Delta\:H_{2}\:+\:\Delta\:H_{3}\:+\Delta\:H_{4}\:+\:\Delta\:H_{5}\:+\:\Delta\:H_{6}}$。它可以表示為：

赫斯定律的示例

赫斯定律可以透過舉例子來說明。氫氣產生的化學過程為：

$$\mathrm{C(s)\:+\:2H_{2}O(g)\:\rightarrow\:CO_{2}(g)\:+\:2H_{2}(g)\:,\:\Delta\:H\:=\:90.1\:Kj}$$

此反應可以轉換為不同的步驟，如下所示：

$$\mathrm{C(s)\:+\:O_{2}(g)\:\rightarrow\:CO_{2}(g),\Delta\:H\:=\:-393.5Kj}$$

$$\mathrm{2H_{2}(g)\:+\:O_{2}(g)\:\rightarrow\:2H_{2}O(g)\:,\:\Delta\:H\:=\:-483.6\:Kj}$$

但焓變是恆定的，$\mathrm{\Delta\:H\:=\:90.1\:Kj}$。這可以透過下圖來說明。

赫斯定律示例

涉及從硫生成三氧化硫氣體的反應的焓變可以用赫斯定律來解釋。

$$\mathrm{S\:+\:O_{2}\:\rightarrow\:SO_{2}\:,\:\Delta\:H_{1}\:=\:-70.96\:KCal/mol.}$$

$$\mathrm{SO_{2}\:+\:12O_{2}\:\rightarrow\:SO_{3}\:,\:\Delta\:H_{2}\:=\:-23.49KCal/mol}$$

$$\mathrm{\Delta\:H\:=\:\Delta\:H_{1}\:+\:\Delta\:H_{2}\:=\:-7096\:+\:-23.49\:=\:-94.95KCal/mol}$$

總反應中的焓變為：

$\mathrm{S\:+\:32O_{2}\:\rightarrow\:SO_{3}\:,\:where\:\:,\Delta\:H\:=\:-94.95KCal/mol}$

分步計算的焓變和淨反應中的焓變相同。

赫斯定律的應用

它是計算許多化學反應能量的重要理論。它在化學領域有許多應用。其中一些應用包括：

• 焓變計算 - 它可用於計算化學反應中的焓變，其中焓變未知。並由此我們還可以預測反應是放熱還是吸熱。如果值為負，則為放熱反應，如果為正，則為吸熱反應。

• 生成焓的計算 - 可以藉助赫斯定律計算未知的化學過程的生成焓。透過連續加減已知反應的焓值，我們可以很容易地1. 計算生成焓。例如，在由碳和氫構建苯的過程中，無法用常規方法計算生成焓。但是，藉助赫斯定律可以計算這些不可測量的性質。

• 與物理變化相關的焓變 - 可以計算某些無法計算焓變值的反應，這將是一個假設值。例如，在石墨轉化為金剛石的過程中，即使反應不可能發生，也可以計算焓變。

結論

赫斯定律是熱力學中的一條重要定律。即使它是熱力學第一定律的結果，但由於其特徵重要性而被單獨列為一條定律。根據該定律，無論採取多少步驟或反應完成的途徑如何，焓變始終是恆定的。這是因為焓是一個狀態函式。

赫斯定律有助於計算許多焓變未知的反應的總能量。生成焓也可以藉助赫斯定律確定。另一個重要的應用是計算與物理變化相關的焓變。

常見問題

1. 赫斯定律在什麼情況下不適用？

赫斯定律不能用於計算系統的熵。

2. 赫斯定律在現實生活中是如何應用的？

我們吃的食物透過一系列途徑轉化為能量。我們體記憶體在的碳水化合物轉化為二氧化碳和水。赫斯定律指出能量變化始終是恆定的，這意味著當我們鍛鍊時會釋放相同的能量，並被稱為燃燒卡路里。所以，這是赫斯定律的應用。

3. 什麼是熵？

熵是系統中隨機性或無序程度的量度。熵將評估系統中可用於做功的單位溫度下的熱能量。

4. 哪種型別的反應總是自發的？

自發反應是指焓變∆H為負且熵變∆S為正的反應。遵循此條件的系統被稱為自發反應。

5. 赫斯定律在汽車行業的應用是什麼？

汽車行業的工作基於赫斯定律，因為它們更側重於確定生產發動機所需的不同方法。藉助該定律可以檢查最有效的途徑。例如，汽車公司檢查汽油燃燒時發動機釋放的能量。

6. 哪條熱力學定律是赫斯定律的基礎？

熱力學第一定律是赫斯定律的基礎。

7. “ΔE”是什麼意思？

內能變化，也稱為恆容熱變化，用符號ΔE表示。