قانون هس در سال 1840 توسط جرمان هنری هس دانشمند سوئیسی – روسی کشف شد.
قانون هس قانونی است که مرتبط با اثر گرمایی در فرآیندهای شیمیایی میباشد. در واقع قانون هس بیان میکند که گرمای جذب شده یا گرمای آزاد شده وابستگی به تعداد مراحل واکنش شیمیایی ندارد و اگر واکنش در هر چند مرحله انجام شود گرمای جذب شده یا آزاده شده یکسان خواهد بود.
وقتی که گرمای یک واکنش را بهطور مستقیم نتوانیم محاسبه کنیم از یک سری واکنشهای دیگر برای برای محاسبه گرمای واکنش استفاده میکنیم که به آن روش قانون هس میگویند.
قانون هس جزو مسائل همیشگی امتحانات پایانی و کنکور میباشد، همین موضوع به خوبی اهمیت موضوع قانون هس و ارزش سؤالات آن را نشان میدهد.
در سؤالات کوتاهتر و کمواکنشتر قانون هس، حل سؤالات آسان به نظر میآید اما به محض زیادشدن واکنشها و یا طولانیبودن واکنشی که H∆ مجهول دارد، حل سؤالات سخت میشود و بعضاً به دلیل زیادبودن تعداد واکنشها فرد دچار سردرگمی میشود.
در این مقاله به شما آموزش میدهیم که چگونه در کوتاهترین زمان و با دقت بالا و بدون سردرگمی به حل سؤالات قانون هس بپردازید.
برای حل سؤالات قانون هس به این روشی که در مقاله گفته میشود، شما نیاز به چند مداد رنگی دارید.
قبل از اینکه مدادرنگیهای خودتان را آماده کنید و به توضیح روش حل قانون هس با مداد رنگی بپردازیم؛ چند نکته مربوط به H∆ را به اختصار توضیح میدهم:
1- اگر واکنشی را برعکس کنیم، H∆ آن واکنش نیز برعکس میشود.
2- اگر واکنش را در عددی، مثلاً n ضرب کنیم، H∆ آن هم n برابر میشود.
3- اگر دو یا چندین واکنش را با یکدیگر جمع کنیم و به واکنش دیگری برسیم،H∆ واکنش کلی، مجموع (جبری) H∆ همۀ واکنشهایی است که آن را تشکیل داده.
مراحل روش رنگیکردن با مداد رنگی برای بدست آوردن H∆:
1- ابتدا واکنشی را که H∆ مجهول دارد را در نظر میگیریم.
2- تعداد موادی که در واکنش مجهول رنگی میکنیم، باید دقیقاً به تعداد واکنشهای با H∆ معلوم باشد.
3- در واکنشی که H∆ معلوم دارد فقط باید یک ماده رنگی شود.
4- اگر مادهای در دو واکنش از از واکنشهای معلوم موجود بود نباید رنگی شود.
مثال 1:
با توجه به واکنش 1 و 2 و 3، H∆ واکنش 4 چقدر است؟
توضیح:
نکته: منظور از واکنش مجهول واکنشی است که H∆ آن مشخص نیست، و منظور از واکنش معلوم، واکنشی است که H∆ آن مشخص است.
ابتدا واکنش 4 که مجهول است را در نظر میگیریم و به تمام مواد موجود در واکنش از سمت چپ با دقت نگاه میکنیم.
سپس اولین ماده را که FeO است را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش در 1 پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که FeO فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس FeO را به رنگ زرد در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ زرد میکشیم.
حالا سراغ میرویم و آن را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش 2 پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس را به رنگ سبز در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ سبز میکشیم.
حالا سراغ میرویم و آن را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش 3 پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس را به رنگ صورتی در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ صورتی میکشیم.
تا این قسمت حل سؤال تعداد موادی که در واکنش مجهول رنگی کردهایم، به تعداد واکنشهای با H∆ معلوم است و مراحل روش رنگیکردن را به درستی انجام دادهایم.
حالا نوبت محاسبه H∆ واکنش مجهول است:
برای محاسبۀ H∆ واکنش مجهول با توجه به نکات مربوط به H∆ که در اوایل مقاله گفته شد عمل میکنیم.
FeO در واکنش مجهول در سمت چپ معادله میباشد و در واکنش معلوم در سمت راست معادله میباشد و همچنین در عدد 2 ضرب شده است؛ پس طبق نکات، H∆ برای واکنش مجهول برعکس میشود یعنی ضرب در 2، تقسیم بر2 و منفی، مثبت میشود.
یعنی:(544+)1⁄2
در واکنش مجهول در سمت چپ معادله قرار دارد و در واکنش معلوم در سمت راست معادله است و همچنین در عدد 2 ضرب شده است؛ پس طبق نکات،H∆ برای واکنش مجهول برعکس میشود یعنی ضرب در 2، تقسیم بر 2 و منفی، مثبت میشود.
یعنی:(1648⁄4)+1⁄2
در واکنش مجهول در سمت راست معادله، و در واکنش معلوم در سمت چپ معادله است؛ پس طبق نکات، H∆ برای واکنش مجهول برعکس میشود؛ یعنی مثبت، منفی میشود.
یعنی: 4/118-
و در آخر H∆های به دست آمده را جمع جبری میکنیم.
مثال 2:
کنکور ریاضی – سال95
با توجه به واکنشهای زیر، برای تولید هر کیلوگرم گاز آب چند کیلوژول انرژی باید صرف شود؟
توضیح:
توجه: پس از موازنه این سؤال نیاز به حل دارد اما چون هدف ما تنها آموزش قانون هس میباشد، در نتیجه فقط به قسمت حل قانون هس آن میپردازیم.
ابتدا واکنش آخر را که مجهول است را در نظر میگیریم و به تمام مواد موجود در واکنش از سمت چپ با دقت نگاه میکنیم.
سپس اولین ماده را که C میباشد در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش اول پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که C فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس C را به رنگ زرد در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ زرد میکشیم.
حالا سراغ میرویم و آن را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش سوم پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس را به رنگ آبی در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ آبی میکشیم.
حالا سراغ CO میرویم و آن را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش دوم پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که CO فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس CO را به رنگ سبز در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ سبز میکشیم.
نکته: طبق نکات گفته شده، دیگر را رنگی نمیکنیم زیرا تعداد موادی که در واکنش مجهول رنگی میکنیم، به تعداد واکنشهای با H∆ معلوم است و در صورتی که ما را رنگی میکردیم، این قانون را رعایت نکرده بودیم.
حالا نوبت محاسبه H∆ واکنش مجهول است:
برای محاسبۀ H∆ واکنش مجهول با توجه به نکات مربوط به H∆ که در اوایل مقاله گفته شد عمل میکنیم.
Cدر واکنش مجهول در سمت چپ معادله، و در واکنش معلوم نیز در سمت چپ معادله قرار دارد و هیچ چیزی در آن ضرب یا تقسیم نشده است در نتیجه H∆ به همان شکل میماند.
یعنی: (394-)
در واکنش مجهول در سمت چپ معادله، و در واکنش معلوم در سمت راست معادله است و همچنین در عدد 2 ضرب شده است؛ پس طبق نکات، H∆ برای واکنش مجهول بر عکس میشود یعنی ضرب در 2، تقسیم بر 2 و منفی، مثبت میشود.
یعنی:(490+)1/2
CO در واکنش مجهول در سمت راست معادله میباشد و در واکنش معلوم در سمت چپ میباشد پس طبق نکات، H∆ برای واکنش مجهول برعکس میشود یعنی مثبت، منفی میشود.
یعنی: 283+
و در آخر H∆های به دست آمده را جمع جبری میکنیم.
مثال 3:
سؤال253 کنکور تجربی 1400
با توجه به واکنشهای گرماشیمیایی زیر:
برابر چند کیلوژول است و با آزاد شدن 210 کیلوژول انرژی گرمایی در این واکنش چند گرم گلوکز به اتانول تبدیل میشود؟
H∆ واکنش برابر چند کیلوژول است و با آزادشدن 210 کیلوژول انرژی گرمایی در این واکنش چند گرم گلوکز به اتانول تبدیل میشود؟
توضیح:
توجه: پس از موازنه این سؤال نیاز به حل دارد اما چون هدف ما تنها آموزش قانون هس میباشد، در نتیجه فقط به قسمت حل قانون هس آن میپردازیم.
ابتدا واکنش آخر را که مجهول است را در نظر میگیریم و به تمام مواد موجود در واکنش از سمت چپ با دقت نگاه میکنیم.
سپس اولین ماده را که میباشد در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش اول پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس را به رنگ زرد در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ زرد میکشیم.
حالا سراغ میرویم و آن را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش دوم پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس را به رنگ آبی در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ آبی میکشیم.
حالا سراغ میرویم و آن را در واکنشهای معلوم جستوجو میکنیم و آن را در واکنش سوم پیدا میکنیم.
دقت میکنیم که فقط یکبار در واکنشهای معلوم آمده است.
پس CO را به رنگ قرمز در میآوریم و جلوی H∆ مجهول یک کادر به رنگ سبز میکشیم.
حالا نوبت محاسبۀ H∆ واکنش مجهول است.
برای محاسبۀ H∆ واکنش مجهول با توجه به نکات مربوط به H∆ که در اوایل مقاله گفته شد عمل میکنیم.
در واکنش مجهول در سمت چپ معادله میباشد و در واکنش معلوم نیز در سمت چپ معادله میباشد و هیچ چیزی در آن ضرب یا تقسیم نشده است در نتیجه H∆ به همان شکل میماند.
یعنی: (kJ 1260+)
در واکنش مجهول در سمت راست معادله میباشد و در واکنش معلوم نیز در سمت راست معادله میباشد و چیزی در آن ضرب یا تقسیم نشده است؛ در نتیجه H∆ به همان شکل میماند.
یعنی: (kJ 278-)
نکته: در واکنش مجهول، در عدد 2 ضرب شده است که به همان صورت میماند و H∆ هم در 2 ضرب میشود زیرا برای واکنش مجهول میباشد.
در واکنش مجهول در سمت راست معادله میباشد و در واکنش معلوم در سمت چپ میباشد پس طبق نکات، H∆ برای واکنش مجهول برعکس میشود یعنی مثبت، منفی میشود.
یعنی: 394-
نکته: در واکنش مجهول، در عدد 2 ضرب شده است که به همان صورت میماند و H∆ هم در 2 ضرب میشود زیرا برای واکنش مجهول میباشد.
و در آخر H∆های به دست آمده را جمع جبری میکنیم.
رعایت نکات گفته شده و داشتن چند مداد یا خودکار رنگی به شما کمک میکند که با این روش به حل مسائل قانون هس به آسانی و با دقت بالا بپردازید.
فراموش نکنید که لازمۀ تسلط بر هر چیزی تمرین و تکرار است، پس همین حالا دست به کار شوید و چند سؤال از قانون هس را با این روش حل کنید.
منبع: جزوۀ استاد کامبیز فرزانه
نویسنده: تیم مشاوره مقدم-ترانه ستوده