的焓是,经受压力具有体积包含在主体(系统)的能量的量的量度,并且是与其环境互换。它由字母H表示。与之关联的物理单位为焦耳(J = kgm2 / s2)。
从数学上讲,它可以表示为:
高= U + PV
哪里:
H =焓
U =系统的内部能量
P =压力
V =音量
如果U和P和V均为状态函数,则H也将为状态函数。这是因为在给定的时刻,可以为系统中要研究的变量提供一些初始条件和最终条件。
形成的焓是多少?
当从其正常聚集状态的元素中生产出1摩尔物质的产品时,它是系统吸收或释放的热量;固体,液体,气体,溶液或处于最稳定的同素异形状态。
碳的最稳定的同素异形态是石墨,除了处于常压1个大气压和25°C的温度条件下。
它表示为ΔH°f。通过这种方式:
ΔH°f = H最终-H初始
△:希腊字母,代表最终状态和初始状态能量的变化或变化。下标f表示化合物的形成以及上标或标准条件。
例
考虑液态水的形成反应
H2(g)+½O2(g)H2O(l)ΔH°f = -285.84 kJ / mol
试剂:氢气和氧气其自然状态为气态。
产品:1摩尔液态水。
应当注意,根据定义,形成的焓是针对所产生的1摩尔化合物,因此,如果可能,必须使用分数系数调整反应,如前面的示例所示。
放热和吸热反应
在化学过程中,如果反应是吸热的,则形成焓可以为正ΔHof> 0,也就是说,它从介质吸收热量,如果反应是放热的,则系统吸收热量则为负ΔHof<0。
放热反应
反应物比产品具有更高的能量。
ΔH°f <0
吸热反应
反应物的能量低于产物。
ΔH°f> 0
为了正确地编写化学方程式,必须在摩尔上进行平衡。为了遵守“物质守恒定律”,它还必须包含有关反应物和产物的物理状态的信息,这称为聚集状态。
还必须考虑到,纯净物质在标准条件下以其最稳定的形式具有零的形成焓。
在有反应物和产物的化学系统中,反应的焓等于标准条件下的形成焓。
ΔH°rxn =ΔH°f
考虑到上述情况,我们必须:
ΔH°rxn = ∑n产品H ∑n反应性产品Hreactive
给出以下虚拟反应
aA + bB cC
其中,a,b,c是平衡化学方程式的系数。
反应焓的表达式为:
ΔH°rxn = cΔH°f C(aΔH°f A + bΔH°f B)
假设:a = 2 mol,b = 1 mol,c = 2 mol。
ΔH°f(A)= 300KJ / mol,ΔH°f(B)=-100KJ / mol,ΔH°f(C)=-30KJ。计算ΔH°rxn
ΔH°rxn = 2mol(-30KJ / mol)-(2mol(300KJ / mol + 1mol(-100KJ / mol))= -60KJ-(600KJ-100KJ)= -560KJ
ΔH°rxn = -560KJ。
然后它对应于放热反应。
在25°C和1 atm压力下某些无机和有机化合物的形成值的焓
练习计算焓
练习1
根据以下反应求NO2(g)的反应焓:
2NO(克)+ O2(克)2NO2(克)
使用反应焓方程,我们得到:
ΔH°rxn = ∑n产品H ∑n反应性产品Hreactive
ΔH°rxn = 2mol(ΔH°f NO2)-(2molΔH°f NO + 1molΔH°f O2)
在上一节的表格中,我们可以看到氧气的形成焓为0 KJ / mol,因为氧气是纯化合物。
ΔH°rxn = 2mol(33.18KJ / mol)-(2mol 90.25 KJ / mol + 1mol 0)
ΔH°rxn = -114.14 KJ
计算化学系统中反应焓的另一种方法是通过HESS法则,该法则由瑞士化学家Germain Henri Hess于1840年提出。
该法则说:“在化学过程中吸收或释放的能量是在一个阶段或多个阶段进行的,在该过程中,反应物转化为产物。”
练习2
将氢加到乙炔中形成乙烷可以一步完成:
C2H2(g)+ 2H2(g)H3CCH3(g)ΔH°f =-311.42 KJ / mol
或者它也可以分为两个阶段:
C2H2(g)+ H2(g)H2C = CH2(g)ΔH°f =-174.47 KJ / mol
H2C = CH2(克)+ H2(克)H3CCH3(克)ΔH°f =-136.95 KJ / mol
用代数法将两个方程式相加,我们得到:
C2H2(g)+ H2(g)H2C = CH2(g)ΔH°f =-174.47 KJ / mol
H2C = CH2(克)+ H2(克)H3CCH3(克)ΔH°f =-136.95 KJ / mol
C2H2(g)+ 2H2(g)H3CCH3(g)ΔH°rxn = 311.42 KJ / mol
练习3
(摘自quimitube.com。练习26.赫斯定律热力学)
从问题陈述中可以看出,仅出现了一些数值数据,但未出现化学反应,因此有必要编写它们。
CH 3 CH 2 OH(l)+ 3O2(g)2CO2(g)+3 H2O(l)ΔH1= -1380 KJ / mol。
写下负焓的值是因为问题表明存在能量释放。我们还必须考虑它们是10克乙醇,因此我们必须计算每摩尔乙醇的能量。为此,请执行以下操作:
寻找乙醇的摩尔质量(原子量的总和),该值等于46 g / mol。
ΔH1= -300 KJ(46克)乙醇=-1380 KJ /摩尔
10克乙醇1摩尔乙醇
对乙酸也是如此:
CH3COOH(l)+ 2O2(g)2CO2(g)+ 2 H2O(l)ΔH2= -840 KJ / mol
ΔH2= -140 KJ(60克乙酸)=-840 KJ / mol
10克乙酸1摩尔乙酸。
在先前的反应中,描述了乙醇和乙酸的燃烧,因此有必要写出问题公式,即随着水的生产乙醇被氧化成乙酸。
这是问题所要求的反应。它已经平衡了。
CH3CH2OH(l)+ O2(g)CH3COOH(l)+ H2O(l)ΔH3=?
赫斯法律适用
为此,我们将热力学方程乘以数值系数,使它们成为代数形式,并能够正确组织每个方程。当一种或多种反应物不在等式的相应侧时,完成此操作。
第一个方程式保持不变,因为问题方程式表明乙醇在反应物一侧。
必须将第二个方程式乘以系数-1,以使作为反应物的乙酸成为产物
CH 3 CH 2 OH(l)+ 3O2(g)2CO2(g)+ 3H2O(l)ΔH1= -1380 KJ / mol。
-CH3COOH(l)-2O2(g)-2CO2(g)-2H2O(l)ΔH2=-(-840 KJ / mol)
CH3CH3OH + 3O2 -2O2-CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2
-2H2O
他们通过代数相加,这就是结果:问题中要求的方程式。
CH3CH3OH(l)+ O2(g)CH3COOH(l)+ H2O(l)
确定反应的焓。
就像每个反应乘以数值系数一样,焓值也必须相乘
ΔH3= 1xΔH1-1xΔH2= 1x(-1380)-1x(-840)
ΔH3= -1380 + 840 =-540 KJ /摩尔
ΔH3 = -540KJ / mol。
在上一个练习中,乙醇有两个反应,燃烧和氧化。
在每个燃烧反应中都会生成CO2和H2O,而在氧化伯醇(如乙醇)时会生成乙酸
参考文献
- 塞德隆,胡安·卡洛斯,维多利亚·兰达,胡安娜·罗伯斯(2011)。普通化学。教材。利马:秘鲁天主教大学。
- 化学。自由文本。热化学。摘自hem.libretexts.org。
- 莱文,物理化学。第二卷