化学反应热效应的计算

化学反应热效应的计算第1页/共16页

化学反应一般为敞口容器，即恒压下反应，故讨论化学反应焓变ΔH很重要。1.2.1利用盖斯定律进行求算

1840年HessG.H.(1802-1850年）根据一系列的实验事实提出了盖斯定律：

不管化学反应是一步完成或是分几步完成，过程中的热效应总是相同的。或者说，总反应的热效应等于各分反应热效应之和。QA+B→G+HQ1↓↑Q2→C+D→下面是一个应用盖斯定律计算热效应的实际例子:第2页/共16页例1-1：在恒压(101.325kPa)和恒温(298.15K)下，求下反应的热效应:C(石墨)+1/2O2(g)=CO

(g)

试问,该反应的热效应是否能用实验测量得到?

采用何办法来测算?根据盖斯定律，我们可以设计如下反应途径：第3页/共16页Q=Q1+Q2Q1=Q-Q2=[(-393.51)-(-282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-1C(s)+O2(g)QCO(g)+O2(g)12Q1Q2CO2(g)测得Q=-393.51kJ·mol-1,Q2

=-282.98kJ·mol-1第4页/共16页1.2.2用标准摩尔生成热求算

标准摩尔生成焓（标准生成热）：在标准态下、298K时，由最稳定的单质生成1mol化合物时的焓变，用ΔｆHｍӨ表示．最稳定的碳是?其中“ｆ”表示生成反应，m表示反应进度为1mol，其单位为kJ·mol–1。

例如，NaCl(s)、CaCO3(s)、NO(g)的标准生成焓

应分别是下述反应的标准焓变：第5页/共16页=–1206.92kJ·mol–1Ca(s)+C(石墨)+3/2O2(g)→CaCO3(s),

1/2N2(g)+1/2O2(g)→NO(g),

=+90.25kJ·mol-1Na(s)+1/2Cl2(g)→NaCl(s),

=–411.12kJ·mol–1●关于生成焓的几点注意：1)

稳定态单质的生成焓ΔHfө

＝02)

生成焓并非一个新概念，而只是一种特定的焓变。3)

物质焓的绝对值H无法测定，生成焓是一种相对值，有些是实验测定的，有些则是间接计算的。当知道了各种物质的生成焓，就可以容易地计算许多化学反应的焓变。第6页/共16页

利用标准摩尔生成热求反应热

ΔfHｍ,2Ө=ΔrHｍӨ

+ΔｆHｍ,1Ө或ΔrHｍӨ

=ΔｆHｍ,2Ө

-ΔｆHｍ,1Ө标准状态,298K,反应物标准状态,298K,产物ΔrHｍӨ标准状态,298K,稳定单质ΔfHｍ,2ӨΔfHｍ,1Ө第7页/共16页例1-2

利用标准生成焓，计算下列反应的标准热效应：

Al2O3(s)+6HCl(g)=2AlCl3(s)+3H2O(g)

解

自附录二中分别查出反应中各物质的标准生成焓（

）；注意各物质的聚集态；代入数值时不要忘记各物质化学式前的计量系数：

第8页/共16页Al2O3(s)+6HCl(g)=2AlCl3(s)+3H2O(g)

kJ/mol -1675.7-92.31-704.2-241.82

热效应为正值，表明该反应吸热；主要原因是生成物H2O为气态，吸收了相当数量的热。=95.73kJ·mol-1kJ·mol-1第9页/共16页

1.2.3用燃烧热求反应热

标准摩尔燃烧热(ΔｃHｍӨ)：在1.013×105Pa下，1mol物质完全燃烧时的热效应。

反应物产物各种燃烧产物(反)(产)（1-6）有机物燃烧时释放出热量，因此可以利用其标准摩尔燃烧热来求算反应热．第10页/共16页例:已知甲醇和甲醛的燃烧热分别为726.64kJmol-1及563.58kJmol-1，求反应

CH3OH(l)+1/2O2(g)→HCHO(g)+H2O(l)的反应热。解：

HCHO(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(l)（1）

rHq1

=563.58kJmol-1CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

（2）

rHq2

=726.64kJmol-1

（2）-（1）得：

CH3OH(l)+1/2O2(g)=HCHO(g)+H2O(l)

rHqm=726.64(563.58)=163.06kJmol-1第11页/共16页例

试利用标准生成热数据计算乙炔的燃烧热解：乙炔燃烧反应：

C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)fHqm/kJmol-1

226.8393.5285.3rHqm=2(393.5)+(285.3)(226.8)=1299.7kJmol-1

该反应rHqm即表示1mol纯乙炔在热力学标准态下完全燃烧所产生的热效应，即乙炔的燃烧热第12页/共16页

1.2.4从键能估算●键焓的概念化学变化过程只涉及参与反应的各原子的部分外层电子之间的结合方式的改变，或者说发生了化学键的改组。化学变化的热效应即来源于此。以此为线索，可提出反映化学键强度属性的键焓的概念，用以计算反应过程的焓变。●键焓的定义(键能)：在温度T与标准压力时，气态分子断开1mol化学键的焓变。通常用缩写符号B.E.代表键焓。

例如：H2O(g)→H(g)+OH(g)ΔrHmө＝+502kJ⋅mol−1这里的键焓通常也叫键能(bondenergy)。因为在此类反应中焓变值是实验平均值，其误差范围较大，ΔH≈ΔE，常常把键焓、键能两词通用，数值也相同。第13页/共16页

某些物质无法用ΔfHｍӨ和ΔcHｍӨ进行计算时，可采用比对反应物和产物键能大小来估算反应热．

将反应物的键能与产物的键能进行比较，若产物的键能强，则产物比反应物稳定，反应放热。第14页/共16页

例：反应：CO+2H2=CH3OH

反应物有1个C-O键，2个H-H键