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化学热力学

这项研究的能量转移期间因为加热化学反应过程的叫做化学热力学。热化学热力学的一个分支,因为一个反应容器,其内容形式系统,化学反应导致能量的交换系统和环境之间的。因此我们可以使用热法测量能源供应或丢弃作为热量由一个反应,并能鉴别问与变化在内部能量(如果发生反应在体积恒定)或改变焓(如果反应发生在持续的压力)。相反,如果我们知道△U 或△H的反应,我们可以预测的能量(作为热量转移)反应可以产生。我们已经说到,一个过程,释放的能量通过加热周围归类为放热和一个吸收能量来冷却周围列为吸热的。因为释放的能量通过加热环境意味着减少系统的焓(在恒压下),我们现在可以看到,一个放热过程在恒压下对△H < o。相反的,因为通过冷却的吸收能量的环境导致增加,吸热焓过程是在恒压下已经△H > o。

标准焓的变化

焓的变化通常报道的过程发生在一组标准的条件。在我们的大多数讨论中,我们应当考虑标准的焓的变化,Hθ△,焓的变化的过程中,初始的和最终的物质是在他们标准的国家:

标准状态的物质在指定的温度是其纯粹的形式在一巴。

例如,标准状态的液化乙醇在298 K是纯液体乙醇在298 K和我酒吧;标准的国家的固体铁500 K是纯铁在500 K和1酒吧。标准的焓的变化反应或一个物理过程的区别是产品在他们标准的州和反应物在他们标准的国家,都在相同的规定的温度。

作为一个例子,一个标准的焓的变化,标准的焓蒸发,

vapHθ△,就是焓变化每摩尔当一个纯液体在1酒吧,一个气体蒸发

在一个鸡尾酒吧,就像在

H2O(l)→H2O(g)vapHθ△(373 K)= + 40.66 mol-1 kJ

就暗示了这个例子,标准enthalpies可能报告任何温度。然而,传统的温度为报告热力学数据是298.15 K(对应于25.00°C)。除非另有所提到的,所有的热力学数据在这个文本将会把此传统的温度。

(一)Enthalpies物理变化

标准的焓变化伴随物理状态的变化称为标准焓的过渡和用trsHθ△(表2.3)。标准的焓蒸发,△vapHθ-,就是一个例子。另一个是标准的焓融合、△fusHθ-,标准的焓变化伴随转换一个稳固的液体,如在

H2O(s)→H2O(l)

fusHθ△(273 K)= + 6.01 mol-1 kJ

在这种情况下,它有时是方便的知道标准的焓变化转变温度以及传统的温度。

因为焓是态函数,焓的变化是独立于两国之间的路径。这个特性在化学热力学是非常重要的,因为它意味着相同的值的我' 1 H-e——将获得但是改变就是带来同样之间的初始的和最终的状态。例如,我们可以画出一个稳固的转换到一个蒸汽要么是由升华发生(直接转换从固体到蒸汽),

H2O(s)→△subHθH2O(g)

或者是发生在两个步骤,首先融合(融化),然后蒸发产生的液体。

H2O(s)→△fusHθH2O(l)

H2O(l)→△vapHθH2O(g)

总体:水(s)→H2O(g)fusHθ△+△vapHθ

因为的总体结果间接路径一样直接路径,整体焓变化是同样的在每种情况下(1),我们可以得出结论,(对于过程在相同温度下)

subHθ=△fusHθ△+△vapHθ(2.39)

一个直接的结论是,因为所有的enthalpies融合是积极的,的焓升华的物质是大于它的焓蒸发(在给定温度)。

H的另一个后果是态函数,标准的焓

变化过程及其向前反向符号不同(2):

Hθ△(→B)= -△Hθ(B→A)(2.40)

例如,因为水的蒸发,的焓是+ 44 kJ莫尔- 1在298 K,其焓凝结在那个温度是-44 mol-1 kJ。

不同类型的enthalpies化学热力学中遇到列在表2.4中。我们将再次见到这些在不同地点的整个文本。

(b)Enthalpies的化学变化

现在我们考虑焓的变化所伴随的化学反应。有两种方法报告伴随焓的变化的化学反应。一个就是编写热方程,结合化学方程和相应的修改标准焓:

CH4(g)+ 2 O2(g)→二氧化碳(g)+水(左)HθkJ△= -890

△Hθ焓的变化时是在他们的标准态反应物改变产品在他们标准的国家:

纯粹的、单独的反应物在他们标准的州→纯,单独的产品在他们标准的州

除情况在溶液中离子反应,伴随焓的变化和分离混合相比是微不足道的贡献从反应本身。对于燃烧的甲烷,标准的价值是指反应,其中1摩尔CH 4的形式,在纯甲烷气体在我酒吧与2摩尔反应完全O2在形式的纯氧气体生产1摩尔的二氧化碳为纯二氧化碳1酒吧和2摩尔H2O 为纯液体水1酒吧;数值是在298 K的反应。

另外,我们写下化学方程式,然后报告标准的反应

焓,△rHθ。因此,在燃烧的反应,我们写的

CH4(g)+ 2 O2(g)→二氧化碳(g)+ 2 H2O(l)△rHθ= -890 kJ.mol-1

对这部影片的反应

2 + B→

3 C + D

标准的反应焓是

在Hmθ(J)是标准的摩尔焓的物种J在温度的兴趣。要注意的是,“每摩尔的rHθcomes△直接从事实enthalpies臼齿出现在这个表达式。我们把“每摩尔”时,指出了stoichiometic系数在化学方程式。在这种情况下“每摩尔在f1rH¬意味着“每2摩尔一”、“每摩尔B”,“每3摩尔C’,或‘每摩尔D '。一般来说,

(2.41)

在每个案例中,摩尔enthalpies的物种都乘以其化学计量系数,v。

一些标准反应enthalpies有特殊的名称和一个特定的意义。例如,标准的焓燃烧,cHθ△,是标准为完整的氧化反应焓的一种有机化合物,对二氧化碳气体和液体水如果这种化合物包含C、H、O,N2气体N是否也存在。一个例子是燃烧的葡萄糖:

引用的值显示,2808年有的kJ热量的燃烧时释放1摩尔C6H12O6在标准条件下(298 K)。一些进一步的值会被列在表2.5。IUPAC命名无机化学

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