Blog

Legge di Hess: esercizi svolti-chimicamo

Legge di Hess: esercizi svolti

  |   Chimica Fisica, Termodinamica

 Secondo la legge guida della termochimica che è la legge di Hess :“Il calore scambiato in una reazione, sotto il vincolo della pressione costante, è indipendente dalle eventuali reazioni intermedie, ma dipende solo dallo stato iniziale e finale del sistema chimico”.

Per molte reazioni, a causa della formazione di composti indesiderati, non è possibile per via calorimetrica diretta, la determinazione sperimentale del calore di reazione.

La risoluzione di un esercizio in cui si applica la legge di Hess è simile alla composizione di un puzzle: ogni reazione deve essere scritta da sinistra a destra o viceversa per fare in modo che le specie ci compaiano come nella reazione di cui si vuole calcolare il ΔH° . Bisogna inoltre moltiplicare per un numero appropriato in modo che compaia lo stesso coefficiente stechiometrico della reazione di cui vuole calcolare il ΔH° . L’obiettivo è quello di ottenere una serie di equazioni tali che, se sommate membro a membro, dopo le opportune semplificazioni, si abbia la reazione di cui vuole calcolare il ΔH° .

Esercizi svolti

1)      Calcolare il valore di ΔH° per la reazione applicando la legge di Hess:

P4O10 (s) + 6 PCl5(g) 10 Cl3PO(g)

Avvalendosi dei seguenti dati:

a)      P4(s) + 6 Cl2(g) 4 PCl3(g)         ΔH° = – 1225.6 kJ

b)     P4(s) + 5 O2(g) P4O10(s)             ΔH° = – 2967.3 kJ

c)      PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)            ΔH° = – 84.2 kJ

d)     PCl3(g) + ½ O2(g) Cl3PO(g)   ΔH° = – 285.7 kJ

 

Sappiamo che P4O10 deve trovarsi a sinistra pertanto consideriamo la reazione (b) da destra a sinistra. Ovviamente il segno della variazione standard di entalpia cambierà di segno:

P4O10(s)  P4(s) + 5 O2(g)    ΔH° = + 2967.3 kJ

Sappiamo inoltre che PCl5 deve trovarsi anch’esso a sinistra pertanto consideriamo la reazione (c) da destra a sinistra. Ovviamente il segno della variazione standard di entalpia cambierà di segno:

PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g)            ΔH° = + 84.2 kJ

Poiché nella reazione di cui dobbiamo calcolare il valore di ΔH° il coefficiente stechiometrico della specie PCl5 è pari a 6 moltiplichiamo la reazione per 6 includendo nel computo anche ΔH°

6 PCl5(g) 6PCl3(g) +6  Cl2(g)            ΔH° = + 505.2 kJ

Il coefficiente della specie Cl3PO è 10 pertanto moltiplichiamo la reazione (d) per 10:

10 PCl3(g) + 5 O2(g) 10 Cl3PO(g)   ΔH° = – 2857 kJ

 

Riscriviamo le quattro equazioni dopo le modifiche apportate:

a)      P4(s) + 6 Cl2(g) 4 PCl3(g)         ΔH° = – 1225.6 kJ

b)     P4O10(s)  P4(s) + 5 O2(g)    ΔH° = + 2967.3 kJ

c)      6 PCl5(g) 6PCl3(g) +6  Cl2(g)            ΔH° = + 505.2 kJ

d)     10 PCl3(g) + 5 O2(g) 10 Cl3PO(g)   ΔH° = – 2857 kJ

 

Sommiamo membro a membro le quattro equazioni così come le rispettive entalpie:

 

P4(s) +6 Cl2(g) P4O10(s) +6 PCl5(g)+10 PCl3(g)+5 O2(g) 4 PCl3(g)+P4(s) +5 O2(g)+6PCl3(g)+6 Cl2(g)+10 Cl3PO(g)  

Semplifichiamo P4(s) a destra e a sinistra così come Cl2(g) e O2(g) e PCl3(g) e otteniamo la reazione:

                  

P4O10 (s) + 6 PCl5(g) 10 Cl3PO(g)  per la quale secondo la legge di Hess ΔH° = – 1225.6 + 2967.3 + 505.2 – 2857 = – 610.1 kJ

 

2)      Calcolare il valore di ΔH° per la reazione applicando la legge di Hess:

2 Al (s) + 3 Cl2(g) 2 AlCl3(s)

Avvalendosi dei seguenti dati:

a)      2 Al(s) + 6 HCl(aq)   2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)  ΔH° = – 1049 kJ

b)     HCl(g) HCl(aq)       ΔH° = – 74.8 kJ

c)      H2(g) + Cl2(g)   2 HCl(g)      ΔH° = – 185 kJ

d)     AlCl3(s) AlCl3(aq)    ΔH° = – 323 kJ

 

Esaminiamo le quattro equazioni:

l’equazione a) rimane invariata in quanto compare 2 Al(s) che è presente nella reazione di cui si vuole calcolare il ΔH°; l’equazione b) deve essere moltiplicata per 6 in modo che si abbia 6 HCl(a):

6 HCl(g) 6 HCl(aq)       ΔH° = – 448.8 kJ

L’equazione c) deve essere moltiplicata per 3 in modo che si abbia 3 Cl2(g) :

3 H2(g) + 3 Cl2(g)   6 HCl(g)      ΔH° = – 555 kJ

l’equazione d) deve essere considerata da destra a sinistra e moltiplicata per 2 in modo che si abbia 2 AlCl3(s) a destra:

2 AlCl3(aq) 2 AlCl3(s)    ΔH° =  + 646 kJ

 

Riscriviamo le quattro equazioni dopo le modifiche apportate:

a)      2 Al(s) + 6 HCl(aq)   2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)  ΔH° = – 1049 kJ

b)     6 HCl(g) 6 HCl(aq)       ΔH° = – 448.8 kJ

c)      3 H2(g) + 3 Cl2(g)   6 HCl(g)      ΔH° = – 555 kJ

d)     2 AlCl3(aq) 2 AlCl3(s)    ΔH° =  + 646 kJ

 

Sommiamo membro a membro le quattro equazioni così come le rispettive entalpie:

2 Al(s) + 6 HCl(aq) + 6 HCl(g) + 3 H2(g) + 3 Cl2(g) + 2 AlCl3(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g) + 6 HCl(aq)  +2 AlCl3(s)    

Semplifichiamo 6 HCl(aq) a destra e a sinistra così come 6 HCl(s) e 2 AlCl3(aq) e otteniamo la reazione:

 

2Al (s) + 3 Cl2(g) 2 AlCl3(s)  per la quale ΔH° = – 1049 – 448.8 + 555 + 646 = – 1406.8 kJ

 

3)      Calcolare il valore di ΔH° per la reazione applicando la legge di Hess:

HCl(g) + NaNO2(g) HNO2(l)  + NaCl(s)

Avvalendosi dei seguenti dati:

a)      2 NaCl(s) + H2O(l) 2 HCl(g) + Na2O(s)    ΔH° = + 507.31 kJ

b)     NO(g) + NO2(g) + Na2O(s)   2 NaNO2(s)  ΔH° = – 427.14 kJ

c)      NO(g) + NO2(g) N2O(g) + O2(g)   ΔH° = – 42.68 kJ

d)     2 HNO2(l)   N2O(g) + O2(g) + H2O(l)  ΔH° = + 34.35 kJ

 

Esaminiamo le quattro equazioni:

L’equazione a) va scritta da destra a sinistra in modo che si abbia NaCl a destra e HCl a sinistra:

2 HCl(g) + Na2O(s)   2 NaCl(s) + H2O(l)   ΔH° = – 507.31 kJ

L’equazione b) va scritta da destra a sinistra in modo che si abbia NaNO2(s) a sinistra:

2 NaNO2(s)   NO(g) + NO2(g) + Na2O(s)   ΔH° = + 427.14 kJ

L’equazione c) deve rimanere invariata:

NO(g) + NO2(g) N2O(g) + O2(g)   ΔH° = – 42.68 kJ

L’equazione d) va scritta da destra a sinistra in modo che si abbia HNO2(l) a destra:

N2O(g) + O2(g) + H2O(l)  2  HNO2(l)  ΔH° = –  34.35 kJ

 

Riscriviamo le quattro equazioni dopo le modifiche apportate:

a)      2 HCl(g) + Na2O(s)   2 NaCl(s) + H2O(l)   ΔH° = – 507.31 kJ

b)     2 NaNO2(s)   NO(g) + NO2(g) + Na2O(s)   ΔH° = + 427.14 kJ

c)      NO(g) + NO2(g) N2O(g) + O2(g)   ΔH° = – 42.68 kJ

d)     N2O(g) + O2(g) + H2O(l)  2  HNO2(l)  ΔH° = –  34.35 kJ

 

Sommiamo membro a membro le quattro equazioni così come le rispettive entalpie

 

2 HCl(g) + Na2O(s) + 2 NaNO2(s) + NO(g) + NO2(g) + N2O(g) + O2(g) + H2O(l) 2 NaCl(s) + H2O(l) + NO(g) + NO2(g) + Na2O(s)   + N2O(g) + O2(g) + 2  HNO2(l)  

 

Semplifichiamo Na2O(s) a destra e a sinistra così come 2 NaNO2(s) , NO(g), NO2(g),  N2O(g), O2(g) e H2O(l)  e otteniamo la reazione:

2HCl(g) + 2NaNO2(g) 2 HNO2(l)  + 2 NaCl(s)  per la quale ΔH° = – 507.31+427.14 –42.68 – 34.35= – 157.2 kJ

Dividiamo per 2 e otteniamo:

HCl(g) + NaNO2(g) HNO2(l)  + NaCl(s)  per la quale ΔH° = – 157.2/2 = – 78.6 kJ

 

Condividi


Gentile Lettrice, Gentile Lettore

Abbiamo rilevato che stai utilizzando un AdBlocker che blocca il caricamento completo delle pagine di Chimicamo.org

Questo sito è per te completamente gratuito e fornisce, si spera, un servizio serio, completo ed utile, pertanto speriamo che tu consideri la possibilità di escluderlo dal blocco delle pubblicità che sono la nostra unica fonte di guadagno per portare avanti quello che vedi.

 

Per piacere aggiungi Chimicamo.org alla tua whitelist oppure disabilita il tuo software mentre navighi su queste pagine.

 

Grazie

Lo staff di Chimicamo.org

Condividi