赫斯定律

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简介

赫斯定律是由俄罗斯化学家格尔曼·赫斯博士于1840年提出的，他在其中阐述了许多热化学原理。赫斯定律是热力学第一定律的结果，但由于其重要性而被单独列为一条定律。该定律涉及反应热的计算。

热力学第一定律指出，特定反应中的焓变等于反应过程中吸收或释放的能量。赫斯定律也处理化学反应的能量，它指出能量变化不依赖于反应途径或所涉及的步骤，而是能量变化始终为常数。

什么是赫斯定律？

赫斯定律指出，化学反应中涉及的焓变或能量变化与其途径或所涉及的步骤数无关。这意味着能量变化的值始终是恒定的。无论反应是经过3个步骤还是4个步骤，能量变化都将相同。赫斯定律允许计算伴随化学反应发生的焓变，其中能量变化未知。

焓值将取决于反应中涉及的分子数量，因为焓是一种广延性质。因此，焓变也将取决于化学反应中涉及的分子数量。因此，即使反应采取不同的途径或多个步骤，焓变也将相同。只需要知道初始状态和最终状态。

能量也以热量的形式存在。因此，在放热过程中，能量被释放。而在吸热过程中，能量被消耗。向前方向为放热的反应，在反向方向上必须是吸热的。通过这种方式，化学反应中的能量值是恒定的。

它也可以定义为任何化学过程的能量等于所有步骤的能量之和，即对于特定的化学反应，能量始终为常数。即总焓变，$\mathrm{\Delta\:H\:=\:\Delta\:H_{1}\:+\:\Delta\:H_{2}\:+\:\Delta\:H_{3}\:+\Delta\:H_{4}\:+\:\Delta\:H_{5}\:+\:\Delta\:H_{6}}$。它可以表示为：

赫斯定律的示例

赫斯定律可以通过举例子来说明。氢气产生的化学过程为：

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

此反应可以转换为不同的步骤，如下所示：

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

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

但焓变是恒定的，$\mathrm{\Delta\:H\:=\:90.1\:Kj}$。这可以通过下图来说明。

赫斯定律示例

涉及从硫生成三氧化硫气体的反应的焓变可以用赫斯定律来解释。

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

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

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

总反应中的焓变为：

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

分步计算的焓变和净反应中的焓变相同。

赫斯定律的应用

它是计算许多化学反应能量的重要理论。它在化学领域有许多应用。其中一些应用包括：

• 焓变计算 - 它可用于计算化学反应中的焓变，其中焓变未知。并由此我们还可以预测反应是放热还是吸热。如果值为负，则为放热反应，如果为正，则为吸热反应。

• 生成焓的计算 - 可以借助赫斯定律计算未知的化学过程的生成焓。通过连续加减已知反应的焓值，我们可以很容易地1. 计算生成焓。例如，在由碳和氢构建苯的过程中，无法用常规方法计算生成焓。但是，借助赫斯定律可以计算这些不可测量的性质。

• 与物理变化相关的焓变 - 可以计算某些无法计算焓变值的反应，这将是一个假设值。例如，在石墨转化为金刚石的过程中，即使反应不可能发生，也可以计算焓变。

结论

赫斯定律是热力学中的一条重要定律。即使它是热力学第一定律的结果，但由于其特征重要性而被单独列为一条定律。根据该定律，无论采取多少步骤或反应完成的途径如何，焓变始终是恒定的。这是因为焓是一个状态函数。

赫斯定律有助于计算许多焓变未知的反应的总能量。生成焓也可以借助赫斯定律确定。另一个重要的应用是计算与物理变化相关的焓变。

常见问题

1. 赫斯定律在什么情况下不适用？

赫斯定律不能用于计算系统的熵。

2. 赫斯定律在现实生活中是如何应用的？

我们吃的食物通过一系列途径转化为能量。我们体内存在的碳水化合物转化为二氧化碳和水。赫斯定律指出能量变化始终是恒定的，这意味着当我们锻炼时会释放相同的能量，并被称为燃烧卡路里。所以，这是赫斯定律的应用。

3. 什么是熵？

熵是系统中随机性或无序程度的量度。熵将评估系统中可用于做功的单位温度下的热能量。

4. 哪种类型的反应总是自发的？

自发反应是指焓变∆H为负且熵变∆S为正的反应。遵循此条件的系统被称为自发反应。

5. 赫斯定律在汽车行业的应用是什么？

汽车行业的工作基于赫斯定律，因为它们更侧重于确定生产发动机所需的不同方法。借助该定律可以检查最有效的途径。例如，汽车公司检查汽油燃烧时发动机释放的能量。

6. 哪条热力学定律是赫斯定律的基础？

热力学第一定律是赫斯定律的基础。

7. “ΔE”是什么意思？

内能变化，也称为恒容热变化，用符号ΔE表示。