化學(xué)反應(yīng)中能量變化的有關(guān)概念及計算

xxx公司文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度{{化學(xué)反應(yīng)中能量變化的有關(guān)概念及計算}}一、有關(guān)概念化學(xué)反應(yīng)中的能量變化化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常表現(xiàn)為熱量的變化。探討化學(xué)反應(yīng)放熱、吸熱的本質(zhì)時，要注意四點(diǎn)：①化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)是有新物質(zhì)生成，新物質(zhì)和反應(yīng)物的總能量是不同的，這是因為各物質(zhì)所具有的能量是不同的（化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)就是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵的生成，而舊化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量與新化學(xué)鍵所釋放的能量不同導(dǎo)致發(fā)生了能量的變化）；②反應(yīng)中能量守恒實質(zhì)是生成新化學(xué)鍵所釋放的能量大于舊化學(xué)鍵斷裂的能量而轉(zhuǎn)化成其他能量的形式釋放出來；⑴燃燒熱：在101kPa時，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量。⑵中和熱：在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol水時的反應(yīng)熱。（3）反應(yīng)熱，通常是指：當(dāng)一個化學(xué)反應(yīng)在恒壓以及不作非膨脹功的情況下發(fā)生后，若使生成物的溫度回到反應(yīng)物的起始溫度，這時體系所放出或吸收的熱量稱為反應(yīng)熱。符號ΔH，單位kJ/mol（4）如果反應(yīng)物所具有的總能量高于生成的總能量，則在反應(yīng)中會有一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男问结尫?，這就是放熱反應(yīng)，反之則是吸熱反應(yīng)；（5）蓋斯定律換句話說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)，而這可以看出，蓋斯定律實際上是“內(nèi)能和焓是狀態(tài)函數(shù)”這一結(jié)論的進(jìn)一步體現(xiàn)。利用這一定律可以從已經(jīng)精確測定的反應(yīng)熱效應(yīng)來計算難于測量或不能測量的反應(yīng)的熱效應(yīng)。盡管蓋斯定律出現(xiàn)在熱力學(xué)第一定律提出前，但亦可通過熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)出。由于熱力學(xué)能（U）和焓（H）都是狀態(tài)函數(shù)，所以ΔU和ΔH只與體系的始、末狀態(tài)有關(guān)而與“歷程”無關(guān)。

可見，對于恒容或恒壓化學(xué)反應(yīng)來說，只要反應(yīng)物和產(chǎn)物的狀態(tài)確定了，反應(yīng)的熱效應(yīng)Qv或Qp也就確定了，反應(yīng)是否有中間步驟或有無催化劑介入等均對Qv或Qp數(shù)值沒有影響。使用該定律要注意：1、蓋斯定律只適用于等溫等壓或等溫等容過程，各步反應(yīng)的溫度應(yīng)相同；2、熱效應(yīng)與參與反應(yīng)的各物質(zhì)的本性、聚集狀態(tài)、完成反應(yīng)的物質(zhì)數(shù)量，反應(yīng)進(jìn)行的方式、溫度、壓力等因素均有關(guān)，這就要求涉及的各個反應(yīng)式必須是嚴(yán)格完整的熱化學(xué)方程式。3、各步反應(yīng)均不做非體積功。4、各個涉及的同一物質(zhì)應(yīng)具有相同的聚集狀態(tài)。5、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(△H)只與反應(yīng)體系的始態(tài)或終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)途徑無關(guān)。蓋斯定律的本質(zhì)：方程式按一定系數(shù)比加和時其反應(yīng)熱也按該系數(shù)比加和。蓋斯定律的意義：有些反應(yīng)的反應(yīng)熱通過實驗測定有困難，可以用蓋斯定律間接計算出來Qp=△U+p△V=△U+RT∑vB（g）式中△U≡U終態(tài)-U始態(tài)≡U反應(yīng)產(chǎn)物-U反應(yīng)物，式中∑vB（g）=△n（g）/mol，即發(fā)生1mol反應(yīng)，產(chǎn)物氣體分子總數(shù)與反應(yīng)物氣體分子總數(shù)之差。由該式可見，對于一個具體的化學(xué)反應(yīng)，等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)是否相等，取決于反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)是否發(fā)生變化，若總數(shù)不變，系統(tǒng)與環(huán)境之間不會發(fā)生功交換，于是，Qp=QV；若總數(shù)減小，對于放熱反應(yīng)∣Qp∣>∣QV∣，等壓過程放出熱多于等容過程放出熱，；若反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)增加，對于放熱反應(yīng)，∣Qp∣<∣QV∣，反應(yīng)前后內(nèi)能減少釋放的一部分能量將以做功的形式向環(huán)境傳遞，放出的熱少于等容熱效應(yīng)。同樣的，對于吸熱反應(yīng)也可以類推得到。將上式展開又可得到：Qp=△U+p△V=（U終態(tài)-U始態(tài)）+p（U終態(tài)-U始態(tài)）=（U終態(tài)+pU終態(tài)）-（U始態(tài)+pU始態(tài)）由于U、p、V都是狀態(tài)函數(shù)，因此U+pV也是狀態(tài)函數(shù)，為此，我們定義一個新的狀態(tài)函數(shù)，稱為焓，符號為H，定義式為H≡U+pV，于是：△H=H終態(tài)-H始態(tài)=Qp二、計算1.通過實驗測得根據(jù)比熱容公式進(jìn)行計算：Q=cm△t，再根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式由Q來求反應(yīng)熱。2.反應(yīng)熱與反應(yīng)物各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。3.利用鍵能計算反應(yīng)熱通常人們把拆開1mol某化學(xué)鍵所吸收的能量看成該化學(xué)鍵的鍵能，鍵能通常用E表示，單位為kJ/mol。方法：△H=ΣE（反應(yīng)物）—ΣE（生成物），即反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能總和與生成物鍵能總和之差。如反應(yīng)H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g）；△H=E(H-H)+E(Cl-Cl)-2E(H-Cl)4.由反應(yīng)物和生成物的總能量計算反應(yīng)熱△H=生成物總能量-反應(yīng)物的總能量。5.根據(jù)燃燒熱計算物質(zhì)燃燒放出的熱量Q=n（可燃物）×該物質(zhì)的燃燒熱6.根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計算蓋斯定律：化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的；也就是說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)途徑無關(guān)。即如果一個反應(yīng)可以分幾步進(jìn)行，則各步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和與該反應(yīng)一步完成時的反應(yīng)熱相同。7.根據(jù)反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓來計算對于一定溫度，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的反應(yīng)"0=ΣBVBRB"(這是一種把反應(yīng)物通過移項變號移動到等號右邊的寫法，在這種寫法中，反應(yīng)物的系數(shù)為負(fù)，VB是反應(yīng)物或生成物RB的化學(xué)計量數(shù)，ΣB表示對所有物質(zhì)求和）該反應(yīng)的反應(yīng)熱△rHmθ=ΣBVB△fHmθ(B)（如圖。θ表示標(biāo)準(zhǔn)壓力，為1*10^5Pa。實際上，這一符號并不寫作“西塔”，只是一個圓圈中間一道橫線，比“西塔”稍胖。“m”表示每摩爾反應(yīng)），即反應(yīng)熱等于所有參與反應(yīng)的物質(zhì)在該狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓與該物質(zhì)在化學(xué)方程式中的化學(xué)計量系數(shù)的乘積的代數(shù)和。這是可以利用蓋斯定律和標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的定義來證明的，詳見生成焓。一些工具書中會有各種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，可以通過查閱計算出所需的反應(yīng)熱。例如，對于反應(yīng)CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)△rHmθ在298K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為：△fHmθ[CO(g)]=-110.53kJ/mol△fmθ[H2O(g)]=-241.82kJ/mol△fHmθ[CO2(g)]=-393.51kJ/mol△fHmθ[H2(g)]=0∴△rHmθ=ΣBVB△fHmθ(B)=(-393.51*1+0*1+(-110.53)*(-1)+(241.82*(-1)))kJ/mol=-41.16kJ/mol該反應(yīng)的反應(yīng)熱為-41.16kJ/mol。8．根據(jù)反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓來計算對于很多有機(jī)物來說，直接利用單質(zhì)合成是有困難的，但有機(jī)物大多可以燃燒，因此，標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓更容易得到。對于某一狀態(tài)下的反應(yīng)"0=ΣBVBRB"，該反應(yīng)的反應(yīng)熱還等于△rHmθ=-ΣBVB△cHmθ(B)（如圖），這也是可以利用蓋斯定律和標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓的定義來證明的。即反應(yīng)熱等于所有參與反應(yīng)的物質(zhì)在該狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓與該物質(zhì)在化學(xué)方程式中的化學(xué)計量系數(shù)的乘積的代數(shù)和的相反數(shù)。例如，對于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的反應(yīng)：CH3CHO（l）+H2（g）==C2H5OH（l）△rHmθ△cHmθ[CH3CHO(l)]=-1166.37kJ