Nā nīnau hoʻohālike e kūkākūkā ana i ke kānāwai o Hess
Pendahuluan
ʻO ke Kānāwai o Hess, i kapa ʻia ma hope o ke kemika Lūkini ʻo Germain Henri Hess, ʻo ia kekahi o nā kumumanaʻo kumu o ka thermodynamics kemika e pili ana i ka ikehu o nā hopena kemika. Ke ʻōlelo nei kēia kānāwai ʻaʻole hilinaʻi ka nui o ka wela (ikehu) i hana ʻia a i ʻole i omo ʻia i loko o kahi hopena kemika i ke ala i lawe ʻia akā ma nā kūlana mua a me ka hope o ka ʻōnaehana. He mea pono loa kēia kumumanaʻo kumu i ka helu ʻana i ka loli enthalpy (ΔH) o nā hopena i paʻakikī ke ana pololei.
He mea koʻikoʻi ke Kānāwai o Hess no ka mea e hiki ai iā mākou ke hoʻohana i ka enthalpy maʻamau o ka hoʻokumu ʻana a i ʻole ka loli enthalpy o kahi hopena i ʻike ʻia e ʻike i ka loli enthalpy o kahi hopena i manaʻo ʻia ʻaʻole hiki ke ana maʻalahi ʻia. Ma kēia ʻatikala, e nānā mākou i kekahi mau pilikia hoʻohālike a kūkākūkā i ka hoʻopili ʻana o ke Kānāwai o Hess.
Kumumanaʻo kumu
Hiki ke hoʻokumu ʻia ke kānāwai o Hess ma ke ʻano makemakika penei:
Inā hiki ke hōʻike ʻia kahi hopena kemika i kekahi mau pae, a laila ʻo ka loli enthalpy holoʻokoʻa (ΔH_total) ka huina o nā loli enthalpy (ΔH) o kēlā me kēia pae. Ma ke ʻano makemakika, ua hoʻokumu ʻia penei:
ΔH_huina = Σ ΔH_kahua
ʻO ke ʻano kēia hiki iā ʻoe ke loaʻa ka enthalpy o kahi hopena e like me kēia:
".
Hana A → Huahana
|
ΔH1
Hana B → Huahana
|
ΔH2
A laila, ΔH_total (A → Huahana) = ΔH1 + ΔH2
".
Ma mua o ke komo ʻana i nā nīnau hoʻohālike, aia kekahi mau huaʻōlelo e pono e hoʻomaopopo ʻia:
1. Enthalpy (H): He ana o ka ikehu holoʻokoʻa o kahi ʻōnaehana ma lalo o ke kaomi mau.
2. ΔH (Hoʻololi Enthalpy): Hoʻololi i ka enthalpy ma waena o nā mea hana a me nā huahana.
3. Enthalpy Maʻamau o ka Hoʻokumu ʻana (ΔHf°): ʻO ka loli o ka enthalpy ke hoʻokumu ʻia hoʻokahi mole o kahi hui mai kona mau mea i nā kūlana maʻamau.
Nā Nīnau Laʻana a me ke Kūkākūkā
Laʻana Nīnau 1: Hoʻohana ʻana i ka Enthalpy o ke Kūkulu ʻana
Nīnau:
E helu i ka enthalpy hopena no ke kuni ʻana o ka methane (CH₄) ma muli o ka ʻikepili hoʻololi enthalpy maʻamau o ka hoʻokumu ʻana:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (no ka mea, he 0 ka enthalpy o ka hoʻokumu ʻana o ke kinoea oxygen ma kona kūlana maʻamau)
Ka hopena puhi ʻana o ka methane:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
Kūkākūkā:
1. E kākau i ka hopena maʻamau a me ka enthalpy o ka hoʻokumu ʻana:
\[
ΔH_{reaction} = ∑ΔH_{product} – ∑ΔH_{reactant}
\]
2. E hoʻololi i ka enthalpy maʻamau o nā waiwai hoʻokumu i loko o ka hoohalike:
\[
ΔH_{reaction} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]
3. E pani i nā waiwai i ʻike ʻia:
\[
ΔH_{reaction} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]
4. Nā helu kikoʻī:
\[
ΔH_{reaction} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{reaction} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ʻO ka hopena ΔH = -890.3 kJ/mol
\]
No laila, ʻo ka loli enthalpy no ka hopena puhi ʻana o ka methane he -890.3 kJ/mol. Hōʻike ka waiwai maikaʻi ʻole he exothermic ka hopena (hoʻokuʻu i ka ikehu).
Laʻana Pilikia 2: Ke hoʻohana nei i nā hopena i loaʻa
Nīnau:
E helu i ka enthalpy o ka hopena no kēia hopena:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Hāʻawi ʻia ʻekolu mau hopena a me nā loli enthalpy penei:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 kJ
Kūkākūkā:
1. E wehewehe i ka hopena ma ke ʻano linear e hiki ke hoʻonohonoho hou ʻia:
Ka hopena i manaʻo ʻia:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Pono mākou e hoʻoponopono i ka hopena i hāʻawi ʻia e hoʻokō ai i ka hopena i makemake ʻia.
2. Ka nānā ʻana i nā hopena e pili ana i ka NH₃:
Loaʻa iā NH₃ ka hopena 2, akā ʻo ka hopena, ʻo ia ka wāwahi ʻana iā NH₃ i NO a me H₂O. No laila, e hoʻohuli i kēia hopena:
2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
3. A laila, pono mākou e hoʻopau iā O₂(g):
No kēia, hoʻohana mākou i ka hopena (1):
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
Akā, pono mākou i 2NO e hana ʻia. ʻO ia nō kēia hopena.
4. E helu i ka enthalpy no H₂O(g):
E hoʻohui i ka hopena hoʻohuli (3) ʻekolu manawa i loko o ka hoohalike:
3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 kJ]
E lilo:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
5. E hoʻohui a kaulike i nā kaulike:
\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
\]
I ka hōʻuluʻulu ʻana i kēia mau hopena, hiki iā mākou ke hoʻowahāwahā i nā ʻāpana e kū nei ma nā ʻaoʻao ʻelua a helu i ka enthalpy holoʻokoʻa.
6. E helu i ka enthalpy holoʻokoʻa:
\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \arrow N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃
\]
Huina enthalpy:
\[
ΔH_{total} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]
No laila, ʻo ΔH no ka hopena N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) he +1810kJ. No ka mea makemake mākou e hoʻokuʻu ʻia ka enthalpy (exothermic) hana mākou i ka waiwai o ka huahana i maikaʻi ʻole:
\[
ΔH_{huina} = -46 kJ/mol
\]
Pani
Kūkākūkā kēia ʻatikala i nā pilikia hoʻohālike e hoʻopili ana i ke Kānāwai o Hess e helu i ka loli enthalpy o kahi hopena. Ma ka hoʻomaopopo ʻana i ke kumu kumumanaʻo a me ka hoʻopili ʻana i nā ʻanuʻu i nā pilikia hoʻohālike, manaʻolana ʻia e maʻalahi ka poʻe heluhelu e hoʻomaopopo i kēia manaʻo a hiki ke hoʻopili iā ia i nā kūlana like ʻole e pili ana i nā helu thermochemical. ʻAʻole wale ke Kānāwai o Hess he mea nui i ka kemika hoʻonaʻauao akā he mea pono nō hoʻi i ka noiʻi kemika ʻoihana a me nā ʻano hana like ʻole i ka ʻepekema a me ka ʻenehana.
