01 · 反应热与焓变 整理中

热化学方程式

热化学方程式

(1)概念：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。

(2)意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。

在 $25$ ℃、$101$ kPa下，$2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})＋\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})=2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$ $\Delta H＝－571.6$ kJ/mol，其表示在 $25$ ℃、$101$ kPa 下，$2$ mol 气态 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$ 与 $1$ mol 气态 $\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ 完全反应生成 $2$ mol 液态 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ 时放出 $571.6$ kJ 的热量。

书写热化学方程式的注意事项

（1）$\Delta H$ 写在方程式右边并用空格隔开，注意吸热要标注加好，放热要标注减号

（2）需注明反应时的温度和压强。如不注明，即专指 $25$ ℃，$101$ kPa。

（3）不用写加热、加压、催化剂、沉淀、气体等反应条件或符号。但必须注明各物质的状态：固体—$s$，液体—$l$，气体—$g$，溶液—$aq$

（4）热化学方程式中化学计量数可为整数或分数，其表示参加反应的各物质的物质的量，因此 $\Delta H$ 与化学计量数成比例。

（5）若反应逆向进行，则 $\Delta H$ 改变符号，但绝对值不变。

（6）若反应为可逆反应，$\Delta H$ 指的是完全发生反应所吸收或者放出的热量。

燃烧热

1.定义：$101$ kPa时，$1$ mol 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，单位为kJ/mol。

2.熟记常见元素完全燃烧生成的指定产物

元素	C	H	S	N
指定产物及状态	$\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$	$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$	$\mathrm{SO}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$	$\mathrm{N}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$

$\mathrm{CO}(\mathrm{g})+\frac{1}{2}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})=\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$ $∆H＝-283$ kJ/mol

$2\mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})=2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})$ $∆H＝-566$ kJ/mol

3.$25$ ℃、$101$ kPa时甲烷的燃烧热为 $890.3$ kJ/mol，解释其表示的意义：表示 $25$ ℃、$101$ kPa 时， $1$ mol $\mathrm{CH}{\phantom{A}}_4$ 完全燃烧生成 $\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$ 气体和液态 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ 时放出 $890.3$ kJ的热量。

4.燃烧热的热化学方程式 书写燃烧热的热化学方程式时，以燃烧 $1$ mol 可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数，同时可燃物要完全燃烧且生成指定产物。 例如：在 $101$ kPa下，汽油的成分之一辛烷（$\mathrm{C}{\phantom{A}}_8\mathrm{H}{\phantom{A}}_{18}$）燃烧的热化学方程式为 $2\mathrm{C}{\phantom{A}}_8\mathrm{H}{\phantom{A}}_{18}(\mathrm{l})＋25\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})=16\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})＋18\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$ $\Delta H＝－11036$ kJ/mol。则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为 $\mathrm{C}{\phantom{A}}_8\mathrm{H}{\phantom{A}}_{18}(\mathrm{l})＋\frac{25}{2}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})=8\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2(\mathrm{g})＋9\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$ $\Delta H=-5518$ kJ/mol

燃烧热的测量

测定原理：将待测物质放在一个充满氧气的密封金属容器（称为氧弹）内，再将此容器置于盛有一定量水的量热计内筒中，通过点火装置使氧弹中物质燃烧，反应放出的热量会使氧弹外面的水温升高。用温度计测量水温的变化，即可计算出此反应放出的热量。

中和反应反应热的测定实验

请按照下列步骤，用简易量热计 (如图) 测量盐酸与 $\mathrm{NaOH}$ 溶液反应前后的温度

1.反应物温度的测量

​ (1) 用量筒量取 $50$ mL $0.50$ mol/L盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度.用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用

​ (2) 用另一个量筒量取 $50$ mL $0.55$ mol/L $\mathrm{NaOH}$ 溶液，用温度计测量并记录 $\mathrm{NaOH}$ 溶液的温度

​ 2.反应后体系温度的测量打开杯盖，将量筒中的 $\mathrm{NaOH}$ 溶液迅速倒入量热计的内筒，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌.密切关注温度变化，将最高温度记为反应后体系的温度 ($t_2$)

​ 3.重复上述步骤 1 至步骤 2 两次.

【数据处理】

(1) 取盐酸温度和 $\mathrm{NaOH}$ 溶液温度的平均值记为反应前体系的温度 ($t_1$).计算温度差 ($t_2-t_1$)，将数据填入下表

实验次数	反应物的温度 /℃	反应物的温度 /℃	反应前体系的温度	反应后体系的温度	温度差
	盐酸	$\ce{NaOH}$ 溶液	$t_1$/℃	$t_2$/℃	$(t_2-t_1)$/℃
1
2
3

(2) 取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据

(3) 根据温度差和比热容等计算反应热

(4) 实验数据处理

数据处理计算

​ 1.反应原理：$Q=cm∆t$

​ $Q$ 是中和反应放出的热量 $m$ 是反应混合液的质量 $C$ 是反应混合液的比热容 $\Delta t$ 是反应前后溶液温度的差值

​ 2.为了计算简便，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容，

则:① $50$ mL $0.50$ mol/L盐酸的质量 $m_1=50g$，$50$ mL $0.55$ mol/L $\mathrm{NaOH}$ 溶液的质量 $m_2=50g$.

​ ②反应后生成的溶液的比热容 $c=4.18$ J/(g∙℃)

$Q=4.18\times 10-3\times (50+50)\times (t_2-t_1)kJ=0.418(t_2-t_1)kJ$

为了提高测定的准确度，应该采取哪些措施?

1.隔热层、杯盖等的使用是为了减少热量散失，降低实验误差.

2.要使用同一支温度计，避免仪器误差.注意测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干.

3.使用不同的量筒分别量取酸碱溶液

4.正确读取体积和温度，多次试验求平均值时，若有某一组的实验数据有明显偏差，应直接舍去.

5.操作时动作要快，尽量减少热量的散失

6.为了保证盐酸完全被中和，采用稍过量的 $\mathrm{NaOH}$ 溶液.

吸放热反应的判断

依据化学键能量变化：对比反应物断键吸收的能量与生成物成键释放能量的多少（断键吸热 > 成键放热为吸热反应，反之则为放热反应）。

依据物质总能量：反应物总能量 > 生成物总能量为放热反应，反之则为吸热反应。

提示：放热反应与放热过程不同，放热反应有新物质生成（如燃烧），放热过程无新物质生成（如水蒸气液化）。

典型的吸热反应与放热反应

典型吸热反应：绝大多数分解反应、铵盐与碱的反应、$\mathrm{C}$ 与 $\mathrm{CO}₂/\mathrm{CO}/\mathrm{H}₂\mathrm{O}$ 的反应、弱电解质电离及盐类水解过程。

典型放热反应：燃烧与中和反应、绝大多数化合与氧化还原反应、铝热反应、金属与酸 / 水的置换反应、氯酸钾分解、双氧水分解。