物理化学
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2.10 几种热效应

2.10.1 标准摩尔反应焓

人们规定在标准压力下,在进行反应的温度时,化学反应由始态到末态所需要的反应焓变,称为该反应的标准摩尔反应焓。用符号(B,相态,T)表示。

如前所述,反应热ΔrH为产物的总焓与反应物总焓之差,即:

ΔrH=(∑H产物-(∑H反应物

已知各种物质(化合物、单质)的焓的绝对值,只要把焓值代入即可方便地计算ΔrH;但是焓的绝对值无法求得(这与内能U一样,H=U+PV),焓同样也包含有分子振动、转动、电子能级、核内能等,其绝对值无法确定。于是可采用一种相对标准来确定焓的相对值。因为热化学通常只关心焓的变化值(如反应热ΔrH)。

如果反应A→B的ΔrH是可测量的,令物质A的焓值HA=0,则ΔrH=HB-HA=HB,即物质B的相对焓值也就确定了。依此类推,在规定了某些物质的相对焓值为零的条件下,可利用各种反应热来求其他物质的相对焓值。进而根据所知物质的相对焓值,来计算任何反应的焓变ΔrH。因此令所有温度下最稳定的单质的焓值为零,引入了生成焓。

2.10.2 标准摩尔生成焓

人们规定在标准压力下,在反应的温度T下,由最稳定状态的单质生成下1mol某种物质B的反应焓变,称为该物质B在该温度T下的标准摩尔生成焓,用符号T)表示。当某些单质有几种稳定存在形态时,选定一个在所有温度下相对最稳定的单质形态的焓值为零。

例如:298K、下反应:

反应生成了1molHCl(g),且反应物是稳定的单质,其反应焓即为HCl(g)在298.15K、下的生成焓:

由生成焓估算反应焓:

例如:(1)

(2)

令(1)-(2)得:

(3)

由赫斯定律:

所以,任意反应的反应热ΔrH等于产物的总生成焓(热)减去反应物的总生成焓。

2.10.3 标准摩尔燃烧焓

对于绝大部分有机化合物来说,不可能由单质(元素)直接化合物而成。绝大部分有机物却可以燃烧,生成稳定的氧化物,并放出热量。

可燃物质B的标准摩尔燃烧焓是指在标准压力下,反应温度T时,1mol的可燃物质被完全氧化为同温下的指定产物时的标准摩尔反应焓变,称为该物质B的标准摩尔燃烧焓。

对于含有碳、氢、氧的有机化合物,其燃烧热均指:碳被氧化成CO2(g),氢被氧化成H2O(l),若还含有S、N等元素,指氧化到SO2(g)、N2(g)。

例如,甲醇的燃烧反应:

上述反应是1molCH3OH(l)燃烧生成稳定氧化物CO2、H2O,所以甲醇的燃烧焓:

(∑ΔcH反应物rH+(∑ΔcH产物

即:  ΔrH=(∑ΔcH反应物-(∑ΔcH产物

所以,任一反应的反应热ΔrH等于反应物的燃烧焓之和减去产物的燃烧焓之和。

2.10.4 键焓

键焓是指拆散气态化合物中某一类键而生成气态原子所需要的能量平均值。

在热化学中所用的键焓与光谱所得的键的分解能在意义上有所不同,后者是指拆散气态化合物中某一个具体的键生成气态原子所需要的能量,而前者则是一个平均值。