当前课程知识点:无机化学 > 第2章 化学热力学基础 > 2.3 化学反应热效应计算 > 2.3.1 化学反应热效应计算
同学你好
今天这一小节我们要讲
化学反应热效应计算
在化学热力学的研究过程当中
我们经常要从理论上
去计算一个化学反应的热效应
那么理论计算化学反应热效应
它需要一些基础的
化学热力学的函数值
下面我们先介绍几个
化学热力学的基本概念
标准摩尔生成焓
它的定义我们看一下
一定温度标准态下
由最稳定的纯态单质
生成1摩尔某物质时候的热效应
叫做该物质的标准摩尔生成焓
我们看一下它的符号
符号是ΔfHmθ
那么这个f代表的是生成的意思
那么m代表的是摩尔
生成1摩尔物质时候的热效应
那么这里面还有一个热力学的符号
我们叫做θ
θ的写法大家将来在
写作业的时候要注意这个θ的写法
要是一个圆圈
然后中间有一个横
那么写成这种是错误的
或者是写成这种也是错误的
所以大家要注意这个写法的这个标准性
然后它的单位我们用的是千焦每摩尔
那么这个概念
在化学热力学里面是非常重要的
下面我给大家解释一下它的定义的内容
第一句话
一定温度
这个一定温度
目前我们所能用到的标准
摩尔生成焓的数据都是在298K下的实验数据
第二句话是标准态
热力学的标准态我们看看是怎么定义的
在化学热力学上这个标准态是这么定义的
如果是气体
指的是P等于Pθ
Pθ是多少
是一个大气压
在这里面我们即是认为它等于1θθkPa
在这个压强下的纯的气体
这是气体的标准态
液体和固体
它的标准态指的是P等于Pθ下的
纯液体或者是纯固体
如果是溶液当中的物质
那么它指的是外压P等于Pθ
它的浓度C等于Cθ
Cθ是多少
是一摩尔每升
所以这个θ我们讲了代表热力学的标准态
那么一定温度标准态下
也就是说在这个变化过程当中
这些物质的物理状态
就是在这个热力学标准态下进行的
那么在这个标准态下
我们由最稳定的纯态单子生成
1摩尔某物质受热效应
叫做它的标准摩尔生成焓
那么这些最稳定的纯态单子
他们的标准摩尔生成焓
我们就定义它为θ
你比如说像碳最稳定的纯态单子是石墨
那么它的标准摩尔生成焓是为θ的
对于氢元素来说
它最稳定的就是氢气
那么它的标准摩尔生成焓也是θ的
那么也就是说这些最稳定的纯态单子
我们把它认为是一个热力学的起点
他们的标准摩尔生成焓为θ
这里面有一个元素是例外的
就是磷元素
磷元素我们都知道
最稳定的是红磷
但是我们这个起点用的是谁用的白磷
白磷的标准摩尔生成焓为θ
红磷的标准摩尔生成焓为负值
这个大家在热力学查表的时候可以看到
那么我们看看这些物质
它们的标准摩尔生成焓
这些物质都是我们比较熟悉的
碱金属的氧化物和过渡金属氧化物
氧化钠和氧化银
碱土金属氧化钙和过渡金属氧化汞
这是他们的标准摩尔生成焓
以及它们相应的这个物质的稳定性
通过这四个物质的稳定性
我们看一看标准摩尔生成焓的数值
和物质的稳定性有没有什么对应关系
通过观察我们可以看出来
对于物质来说
它的标准摩尔生成焓大多是负的
而且对于同一个类型物质来说
你比如说氧化钠和氧化银
那么我们会不会发现
它的标准摩尔生成焓带数值越小
那么相应的物质是越稳定的
所以根据标准摩尔生成焓的数据
我们可以大致判断一下
物质的稳定性的大小
那么有了标准摩尔生成焓的数据
我们最终的目的
是要计算一个化学反应的标准焓变
对于任意的一个化学反应
A加B生成C加D
那么它的标准摩尔反应焓变等于什么
这是一个数学表达式
等于∑νi乘以每一个物质的
标准摩尔生成焓
那么这里面这个νi
我们知道它是化学计量数
化学计量数是有正有负的
对于产物来说它是和系数是一致的
是正值
对于反应物来说
它数值和系数是一致的
但是符号是负的
所以按照这数学表达式我们就知道了
对于一个化学反应来说
它的标准摩尔反应焓变等于什么
等于它的生成物的标准摩尔生成焓
乘以相应的系数之和
再减去反应物的标准摩尔生成焓
乘以相应的系数之和
所以这样的话有了标准摩尔生成焓的数据
我们就可以从理论上
计算一个化学反应的标准焓变
那么这部分的计算我们书上有一些例题
大家回去以后可以看一下
除了利用标准摩尔生成焓
来计算一个化学反应的热效应以外
那么我们有的时候比如说
针对有机化合物
我们可能更为方便的
利用的是它的标准摩尔燃烧焓
来计算一个化学反应的热效应
那么下面我们再给大家介绍一下
标准摩尔燃烧焓的定义
它的定义是一定温度标准态下
那么前面的要求和标准摩尔生成焓
都是一样的
但是对应的变化过程变了
它对应的是1摩尔物质完全燃烧过程
这个过程或者说完全氧化过程当中
所放出的能量
把它叫做物质的标准摩尔燃烧焓
它和物质的标准摩尔生成焓
对应的反应过程是不一样的
它对应的是物质的完全燃烧
或者完全氧化过程
那么它对应的符号是ΔcHmθ
它的单位也是千焦每摩尔
那么对于这些物质的完全的燃烧
或者是完全氧化的产物
我们定义它的标准摩尔燃烧焓值为θ
那么不同的元素
它的完全燃烧的产物是这么规定的
碳氢硫磷氮和氯
它们所对应的完全燃烧的产物
分别是二氧化碳气体
液态水 二氧化硫气体
无氧化二磷固体 氮气 氯化氢液体
这是不同的元素它们的完全燃烧的产物
那么这些完全燃烧产物
他们的标准摩尔燃烧焓值
我们认为它为θ
对于任意的一个化学反应来说
它的标准摩尔反应焓变
和各个物质的标准摩尔燃烧焓的关系
就是下面这个公式
一个化学反应的标准摩尔反应焓变
等于负的∑νB乘以每个物质的
标准摩尔燃烧焓
那么这个计算公式
和利用标准摩尔生成焓
计算一个化学反应焓变
它的公式的差别就差了一个符号
差了一个符号
说明什么
说明在利用燃烧焓计算焓变的时候
它是等于反应物的标准摩尔燃烧焓
乘以相应的系数之和减去产物的
标准摩尔燃烧焓乘以相应的系数之和
所以这块计算的时候大家要注意了
除了以上两种用标准摩尔生成焓
和标准摩尔燃烧焓计算化学反应焓变以外
对于气象的反应
我们还可以利用键焓
来计算一个化学反应的焓变
那么怎么利用键焓
来计算化学反应焓变
在介绍之前我们先明确一下键焓的概念
那么我们首先看一看这个键离解能的概念
这个键离解能是怎么定义的
一定温度标准态下
断裂气态多原子分子中
1摩尔的某化学键形成相应的气态的碎片时
所需要的能量叫做该键的键离解能
你比如说我们举个例子
比如说氢气分子
我们知道这里面有一个氢氢键
我们把它段裂变成两个氢气的原子
气态原子
那么这个过程所放出的热量
四百三十六千焦每摩尔
就是氢氢键的键离解能
我们再来看水分子
气态水分子
那么里面有两个氧氢键
我们先断裂其中的一个
就会得到一个汽态的氢原子
加上一个氧氢的气态的原子团
这个过程所需要吸收的能量
是四百九十九千焦每摩尔
然后这个氧氢的原子团
我们继续断裂
变成一个气态的氢原子
和一个气态的氧原子
这个过程所需要吸收的能量
是四百二十九千焦每摩尔
那么也就是说对于水分子里面
这个两个氧氢键
由于它断裂以后形成的碎片的差别
它就有两个键离解能
一个是499
一个是429
那么这个键离解能和键能又是什么关系
键能或者说键焓
那么它指的是什么
我们看看定义
他说一定温度标准态下
1摩尔的气态分子断裂成气态原子的时候
其中1摩尔的某化学键
断裂所需要能量的平均值
所以这样的话对于水分子里面
它这个两个氧氢键的键能
他就是分别是两个键离解能的平均值
所以氧氢键
水分子里面氧氢键的键能
就是四百九十九四百二十九
然后取平均值是四百六十四千焦每摩尔
所以我们查表查键能的时候查到的数据
就是464这个数据
那么键能和键离解能
他俩之间的关系我们可以总结一下
对于双原子分子键能就等于键离解能
它俩是一致的
比如像氢气分子
键能和键离解能是以一个数值
对于多原子分子来说
键能和键离解能就是不等的
键能是同类化学键的
键离解能的平均值
那么有了键能的数据
我们怎么来计算一个化学反应焓变
我们看看它们之间的关系
对一个气相反应来说
它的标准摩尔反应焓变等于
在这个变化过程当中
所有断裂的化学键的键能的总和
减去所有的化学键形成化学键
所对应的键能的总和
换句话说也就等于什么
等于反应物里面含有的所有化学键的键能的总和
减去产物的化学键的键能的总和
那么由于键能的数据对应的是气态条件下的数据
所以这种计算方法只适用于气相反应
那么以上我们介绍了三种
计算化学反应焓变的方法
分别是利用标准摩尔生成焓
标准摩尔燃烧焓以及键能的数据
可以计算一个化学反应的标准焓变
那么我们目前查表能查到的
是298K条件下的数据
那么如果我需要计算
另外一个温度下的一个化学反应的反应热
他和298K条件下的化学反应
这有什么关系
这就是我们给大家介绍一下这个
基尔霍夫定律
这个基尔霍夫定律
指的是一个化学反应在任意温度下的
这个焓变标准摩尔反应焓变
和298K条件下的标准焓变
它们之间的一个计算的定量关系式
那么后面这一项是什么
是这个反应的各个物质的
恒压摩尔热容的差值
然后乘以温度的变化值
那么这个ΔCp等于什么
等于产物的它的恒压摩尔热容之和
减去反应物的恒压摩尔热容之和
所以这样的话
有了这个基尔霍夫定律
我们可以根据298K条件下的反应热
来计算任意温度下的反应的热效应
那么在我们无机化学的计算过程当中
那么由于后面这一项
和前面这一项相比较
它的数值是比较小的
所以我们通常做了一个近似处理
就是我们近似地认为
一个化学反应在
T温度下的焓变近似的等于
他在298K条件下的标准摩尔反应焓变
也就这是一个近似值
我们做了一个近似处理
以上就是这一节知识点的内容
-1.1 物质的聚集状态和分压定律
--第1.1节讨论 应用理想气体状态方程的时候应注意哪些问题
--第1.1节测试 物质的聚集状态和分压定律
-1.2 稀溶液的依数性
--第1.2节讨论 为什么讨论稀溶液的依数性时将溶质限定为难挥发非电解质
--第1.2节测试 稀溶液的依数性
-第1章测试 物质的聚集状态
-2.1 化学热力学基本概念
--第2.1节测试 化学热力学基本概念
-2.2 化学反应热效应
--第2.2节测试 化学反应的热效应
-2.3 化学反应热效应计算
--第2.3节测试 化学反应热效应计算
-2.4 化学反应方向判据
--第2.4节测试 化学反应方向判据
-第2章测试 化学热力学基础
-3.1 影响化学反应速率的因素
--第3.1节测试 影响化学反应速率的因素
-3.2 化学反应速率理论
--第3.2节讨论 有人说根据反应方程式可以直接写出速率方程,这种说法对吗?
--第3.2节测试 化学反应速率理论
-3.3 化学平衡理论
--第3.3节测试 化学平衡理论
-3.4 化学平衡移动
--第3.4节测试 化学平衡移动
-第3章测试 化学反应速率与化学反应平衡
-4.1 酸碱理论
--第4.1节讨论 阿雷尼乌斯电离理论、酸碱质子理论和酸碱电子理论各有什么优缺点?
--第4.1节测试 酸碱理论
-4.2 水的电离平衡
--第4.2节测试 水的电离平衡
-4.3 弱酸弱碱平衡
--第4.3节测试 弱酸弱碱平衡
-4.4 盐水解平衡
--第4.4节测试 盐水解平衡
-4.5 缓冲体系
--第4.5节讨论 人体血浆中有哪些缓冲系统,最重要的是哪一个?
--第4.5节测试 缓冲体系
-第4章测试 酸碱平衡
-5.1 溶度积常数
--第5.1节测试 溶度积常数
-5.2 溶度积常数与溶解度换算关系
--第5.2节测试 溶度积常数与溶解度换算关系
-5.3 溶度积规则
--第5.3节测试 溶度积规则
-5.4 影响沉淀生成因素
--第5.4节测试 影响沉淀生成因素
-5.5 分步沉淀
--第5.5节测试 分步沉淀
-5.6 沉淀溶解
--第5.6节测试 沉淀溶解
-5.7 沉淀转化
--第5.7节测试 沉淀转化
-第5章测试 沉淀-溶解平衡
-6.1 原电池
--第6.1节测试 原电池
-6.2 电极电势
--第6.2节测试 标准电极电势
-6.3 Nernst方程
--第6.3节讨论 电池反应和电极反应的能斯特方程有什么异同点?
--第6.3节测试 电极电势Nernst方程
-6.4 电极电势的应用
--第6.4节讨论 怎么解释单质银不能从盐酸溶液中置换出氢气,但可从氢碘酸中置换出氢气
--第6.4节测试 电极电势应用
-6.5 元素电势图及其应用
--第6.5节测试 元素电势图及其应用
-第6章测试 氧化还原平衡
-7.1 玻尔氢原子模型
--第7.1节测试 玻尔氢原子模型
-7.2 波粒二象性
--第7.2节测试 波粒二象性
-7.3 薛定谔方程
--第7.3节测试 薛定谔方程
-7.4 四个量子数
--第7.4节测试 四个量子数
-7.5 波函数角度分布图
--第7.5节测试 波函数角度分布图
-7.6 多电子原子结构
--第7.6节测试 多电子原子结构
-7.7 元素性质的周期性变化
--第7.7节讨论 说说电离能和电子亲合能的变化趋势,其中有哪些特例
--第7.7节测试 元素性质的周期性变化
-第7章测试 原子结构与元素周期律
-8.1 现代价键理论
--第8.1节测试 现代价键理论
-8.2 杂化轨道理论
--第8.2节讨论 sp、sp2、sp3杂化轨道的成键能力的大小次序?
--第8.2节测试 杂化轨道理论
-8.3 价层电子对互斥理论
--第8.3节测试 价层电子对互斥理论
-8.4 分子轨道理论
--第8.4节测试 分子轨道理论
-第8章讨论 为什么说杂化轨道理论和价层电子对互斥理论存在互补关系
-第8章测试 分子结构
-9.1 晶体结构
--第9.1节测试 晶体结构
-9.2 金属键理论与金属晶体
--第9.2节测试 金属键与金属晶体
-9.3 离子键与离子晶体
--第9.3节测试 离子键与离子晶体
-9.4 离子极化理论
--第9.4节测试 离子极化理论
-9.5 分子间力与分子晶体
--第9.5节测试 分子间力与分子晶体
-9.6 氢键
--第9.6节测试 氢键
-第9章测试 晶体结构
-10.1 配位化合物组成及命名
--第10.1节测试 配位化合物组成和命名
-10.2 配合物解离平衡
--第10.2节测试 配合物解离平衡
-10.3 配合物解离平衡的移动
--第10.3节测试 配合物解离平衡移动
-10.4 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
--第10.4节测试 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
-10.5 配合物的晶体场理论
--第10.5节测试 配合物的晶体场理论
-第10章讨论 为什么大多数金属水合离子有颜色,但是锌离子、银离子无色
-第10章测试 配位化学基础
-第11章测试 氢和稀有气体
-第12章测试 碱金属和碱土金属
-第13章测试 硼族、碳族和氮族元素
-第14章测试 氧族元素和卤素
-第15章测试 过渡元素
-动植物体中微量元素的检测
-趣味实验小视频
--糖球烧焦案.m
--指纹重现江湖
--紫甘蓝汁的传奇