标准摩尔反应焓的计算.ppt

合集下载

无机化学中标准摩尔反应焓变的计算

热力学是无机化学课程的重要组成部分，它是以热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律为基础，主要解决化学反应中能量转化及化学反应进行的方向和程度问题，其中焓变计算是解决等压情况下反应中能量转化问题、进行吉布斯自由能变变计算进而判断反应进行程度和方向的基础。

在无机化学课程中，通常忽略温度、压力对焓变的影响，同时，对于非标准状态下的反应来说，反应焓变还没有一定的计算公式。

本文对无机化学中标准状态下反应焓变的计算方法进行了归纳和总结，便于学生更好地理解和掌握。

一、计算标准摩尔反应焓变的理论基础计算标准摩尔反应焓变的理论基础是Hess定律，即在恒容或恒压条件下，一个化学反应不论是一步完成或分几步完成，其反应热（即摩尔反应焓变）完全相同。

Hess定律的实质是指出了反应只取决于物质的初、终状态，而与经历的具体途径无关。

其重要意义在于能使热化学方程式像代数方程式一样进行加、减运算，从而可以应用已知化学反应的热效应，间接算得未知化学反应的热效应，解决那些难以测量或根本不能测量的反应热效应问题。

应用时要注意：将已知的热化学方程式进行线性组合的结果必须与欲求的未知化学反应的状态完全相同，包括温度、压力及各物质的相态，并且这些化学反应都是在等温、等压或等温、等容条件下进行的，都不做其他功能[1]。

焓的绝对值是无法确定的，但可以采用相对焓值。

焓是状态函数，状态函数的最主要特点是其变化值只取决于系统的始态和终态，而与系统变化的途径无关。

因此，以Hess定律为理论基础，可以求得反应的摩尔焓变。

二、标准摩尔反应焓变（驻r H⊖m）的计算方法（一）利用热化学方程式的组合计算Δr H⊖m已知一些分反应的标准摩尔反应焓变，利用热方程式的组合可以求得总反应的标准摩尔反应焓变。

例如计算碳和氧气反应生成CO2的反应焓变。

碳和氧可以一步直接生成CO2，也可以先生成CO，再使CO与氧气继续反应生成CO2，根据Hess定律，这二种途径的反应热效应是完全相同的。

《标准摩尔反应焓的计算》课件

D21H = 0
t2， p2=p1 Ⅱ CO2(g) 1mol H2O 2mol O2 2mol N2 15.05mol
D31 H
D24 H
t3=25℃，Ⅲ 标准态
D
r
H
m
(298.15K )
CH4(g)1mol
t4= t3,标准态,Ⅳ CO2(g) 1mol H2O 2mol
O2 4mol
O2 2mol
)
mz C
⊙
P ,m
((MZ
,
)}dT
代入式，积分形式为：
D
r
H
m
(T
)
D
r
H
m
(298.15K
)
T 298.15 K
D
r
C
⊙
P ,m
dT
①
式中
⊙
DrCP,m
⊙
BCP,m (B,)
微分形式为：
dD
r
H
m
(T
)
/
dT
⊙
D rCP,m
当D Cr p,m 0，表示标准摩尔反应焓不随温度变化。
单位：J·mol-1 (附录9,
P292)
依据：
DfHm(B, ) = 0
其中： B：单质；：稳定相态
如：
D
f
H
m
(C
,
石墨,
T
)
0
D
f
H
m
(C
,
金刚石(或无定型),T
)
0
C(无定型) 2H2 ( g) CH4 ( g);
D
r
H
m
(T
)

2.9-标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓

2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
注意：
此温度及标准压力下稀有气体的稳定单质为单原子气体 He(g)，Ne(g)，Ar(g)，Kr(g)，Xe(g)，Rn(g); 氢，氧，氮，氟，氯的稳定单质为双原子气体 H2(g)，O2(g)，N2(g)，F2(g)，Cl2(g)；溴和汞的稳定单质为液态Br(l)和Hg(l)；
r H m vB c H m ( B)
B
此式表明：在一定温度下有机化学反应的标准摩尔反应焓，等于同样温度下反应前后各物质的标准摩尔燃烧焓与其化学计量数的乘积之和的负值。
2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
注意：室温下C的规定燃烧产物CO2(g)， H的燃烧产物为H2O(l)， N的燃烧产物为N2(g)。其它物的燃烧产物S的燃烧产物为SO2(g)， Cl的燃烧产物为一定组成的盐酸水溶液HCl(aq)等等。
p69
2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
4. 恒容反应热与恒压反应热之间的关系
没有气态物质参加的凝聚态之间的化学反应： Q U H 有气态物质参加的化学反应： r H m rU m vB ( g ) RT B 其中
vB ( g )
CO2(g):1mol N2(g):15.05molH2O( g):2mol
100kPa，298K
H1
O2(g)：2mol
CO2(g):1mol N2(g):15.05molH2O( g):2mol H2
B
为气态反应物及气态产物化学计量数之和，显然
vB ( g ) 0
B
时
时
r H m rU m

摩尔反应焓的计算

r
H m
(T
)
1H
2
H
ac
H m
(
A)
bc
H m
(
B)
yc
H m
(Y
)
zc
H m
(
Z
)
反应物的标准摩尔燃烧焓之和减去产物标准摩尔燃烧焓之和.
r
H m
(T
)
B
c
H m
(
B)
通常可查得298.15K下物质的标准摩尔燃烧焓, 来计算该温度下任一反应的标准摩尔反应焓. P.296
2020/11/3
该2温020度/11/下3 任一反应的标准摩尔反应焓. P.292
4
例: 计算下列反应的标准摩尔反应焓r Hm (298K) : 4 NH3(g) + 5 O2(g) = 4 NO(g) + 6 H2O(g)
已知25℃时, fHm [NO(g)]= 90.4 kJ/mol fHm [H2O(g)]= - 241.8 kJ/mol fHm [NH3(g)]= - 46.1 kJ/mol
完全燃烧产物的标准摩尔燃烧焓为零
CH4(g) + 2O2 (g) 2CO2(g) +2H2O(l)
cHm(CH4,g)
C2H5OH(l) + 3O2 (g) 2CO2(g) + 3H2O(l) cHm(C2H5OH,l )
2020/11/3
6
4. 由标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
aA( ) bB( ) 298.1 5K yY ( ) zZ ( )
例35 例24 例25 7
例35：已知（p 298K）
H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) rHm(T)= - 285.830kJ.mol-1 求： fHm (H2O，l , 298K) = ？ cHm(H2, g , 298K)= ？

2.9 标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓

其余元素的稳定单质均为固体。
碳的稳定态为石墨，而非金刚石；
硫的稳定单质为正交硫即S（正交），而非单斜硫。
2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
2.标准摩尔燃烧焓
定义：一定温度下化学计量数vB=-1的有机物质B与氧气进行完全燃烧反应生成规定的燃烧产物时的标准摩尔反应焓，称为物质B在该温度下的标准摩尔燃烧焓。
2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
1.标准摩尔生成焓
定义：一定温度下由热力学稳定单质生成化学计量数vB=1的物质B的标准摩尔反应焓，称为B在该温度下的标准摩尔生成焓。
rH m

B
vB f H m ( B )

此式表明：在一定温度下化学反应的标准摩尔反应焓，等于同样温度下反应前后各物质的标准摩尔生成焓与其化学计量数的乘积之和。某些物质的标准摩尔生成焓可从附表九查得。
其中
B
vB ( g )
为气态反应物及气态产物化学计量数之和，显然
时
vB ( g ) 0
B
r H m rU m
vB ( g ) 0
B
时
r H m rU m
2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
5. 燃烧和爆炸反应的最高温度
计算恒压燃烧反应的最高火焰温度的依据是：
( B ) vY C
θ
p ,m
(Y ) v Z C
(Z )
p69
2.8 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
4. 恒容反应热与恒压反应热之间的关系
没有气态物质参加的凝聚态之间的化学反应： Q U H 有气态物质参加的化学反应：

2.8标准摩尔反应焓的计算

解：∑νB Cp, m(B) = －Cp, m(C,石墨 )－2Cp, m(H2,g ) + Cp, m(CH4,g ) 石墨,s 石墨－ = [－46.5 + 67.7×10−3(T / K) －15.06×10−6(T / K)2 ] J·K−1·mol−1 － × × ∆fHm (CH2 , g, T ) = ∆H0 + Cp, m(B) d T ∆ fHm (CH4,g, T ) / J·mol−1 = ∆H0 / J·mol−1－46.5(T / K)+ 33.9×10−3(T / K)2 + × 5.02×10−6 (T / K)3 × 将T = 298 K 及 ∆fHm (CH4 , g , 298K) = －75.25 J·K−1·mol−1 代入得 ∆H0 = －64 270 J·mol−1 故 ∆ fHm (CH4 , g , T) / J·mol−1 =－64 270－46.5(T / K) + 33.9×10−3(T / K)2 + 5.02×10−6 (T / －－ × × 将 K)3 T= 500 K 代入得 ∆ fHm (CH4 , g , 500 K ) / J·K−1·mol−1 = －79.67
∆ f H m [H 2O(l ), T ] = ∆ c H m [H 2 , T ]
θ
∆ c H m [H 2O(l ), T ] = 0
θ
$ $ (2)由 ∆ C H m 计算 ∆ r H m 由
p -νAA + 纯态
p -νBB 纯态
∆H1
p νYY + $ → ∆ r Hm 纯态 +xO2 +xO2 ∆H2
－1 286 kJ·mol−1 －0.758.314×10−3×298 K × = －1 288 kJ·mol−1

标准摩尔反应焓的计算

1．标准摩尔生成焓（1）定义：在T 的标准态下，由稳定相态的单质生成化学计量数νB =1的β相态的化合物B(β)，该生成反应的焓变即为该化合物B(β)在T 时的标准摩尔生成焓符号：稳定相态单质：①25℃及标准压力下；②希有气体的稳定单质为单原子气体；③氢，氧，氮，氟，氯的稳定单质为双原子气体；④溴和汞的稳定单质为液态Br 2(l)和Hg(l)；⑤其余元素的稳定单质均为固态；但碳的稳定态为石墨即C(石墨)，非金刚石；硫的稳定态为正交硫即S(正交)，非单斜硫。

●稳定相态单质标准摩尔生成焓为零●同一物质，相态不同，标准摩尔生成焓不同f m ∆(B,β,)H T \（kJ·mol -1）r m f m 2r m f m 24r m f m 22∆=∆(CO ,g)∆=∆(H SO ,l)∆=∆(Hg Cl ,s)H H H H H H \\\\\\由状态函数法得知:（2）由计算f m ∆H \r m∆H \●溶液中离子的标准摩尔生成焓从稳定单质生成无限稀释水溶液中1mol 该离子时的焓变人为规定氢离子H ＋（aq ）的标准摩尔生成焓为零符号：f m ∆(,aq)H ∞\2、标准摩尔燃烧焓（1）定义在温度为T 的标准态下，由化学计量数νB = －1的β相态的物质B(β)与氧进行完全氧化反应时，该反应的焓变即为该物质B(β)在温度T 时的标准摩尔燃烧焓。

单位：kJ·mol －1※“完全氧化”是指在没有催化剂作用下的自然燃烧，即燃烧物中C 变为CO 2(g); H 变为H 2O(l); N 变为N 2(g);S 变为SO 2(g)。

C(石墨)＋O 2(g) = CO 2(g)C(石墨)＋O 2(g)＝CO 2(g)C 2H 5OH(l)＋3O 2(g)=2 CO 2(g) ＋3H 2O(l)符号：c m ∆H \※CO 2(g)、H 2O(l)、N 2(g)、SO 2(g) 、O 2(g)的c m ∆0H =\r m c m ∆=∆(,298.15K)H H \\石墨r mc m 25C H OH ∆=∆(,g,298.15K)H H \\H 2(g) + 1/2 O 2(g) = H 2O(l)c m 2f m 2∆(H ,g, 298.15K)∆(H O,l, 298.15K)H H =\\※c m f m 2∆[C(),s, 298.15K]∆(CO ,g, 298.15K)H H =石墨\\※（2）由标准摩尔燃烧焓计算反应的标准摩尔反应焓2m r 1H H H ∆+∆=∆21m r H H H ∆−∆=∆∴()反应物m c 1H H ∆=∆∵()产物m c 2H H ∆=∆∵r m c m 25∆∆(C H OH,l)H H =\\由状态函数法得知:r m r m 12∆()∆(298.15K)∆∆H T H H H =++\\298.15K 1,m ,m ∆(A,)(B,)d p p T H aC bC T α⎡⎤=+⎣⎦∫β)](B,+)(A,[-)],(+)(Y,[=m ,m ,m ,m ,m ,r βαδγp p p p p C b C a Z C z C y C ∆B ,B (B,)p m νC =∑β基希霍夫公式r m r m r ,m 298.15K ∆()∆(298.15K)∆d T p H T H C T =+∫\\2,m ,m 298.15K ∆(Y,)(Z,)d T p p H yC zC T ⎡⎤=+⎣⎦∫γδr m ∆()H T \r m ∆(298.15K)H \讨论：①若摩尔定压热容是温度的函数②公式的适用范围：※所讨论的温度区间所有反应物及产物均不发生相变化※若发生相变化，按照状态函数法，设计途径，分段积分，求算另一温度下的标准摩尔反应焓。

物理化学第三章2-8生成焓、燃烧焓、反应焓

烧焓
符号： CHm (T)
单位： J mol1
注意： ①完全氧化是指在没有催化剂作用下的自然燃烧。 C CO2(g); H H2O(l); S SO2(g); N N2;……
②完全氧化产物的标准摩尔燃烧焓为零。
k) ③ cHm (B,298.15
可查表。
3
例：
H2 (g) 1 / 2O2 (g) H2O(g)
＋
vBCP,m ( B)dT 298.15k B
T
T
令：rCP,m ( B) = BCP,m ( B)
B
rHm (T)=
B)dT
①
两边微分 d r H (T) △rCP,mdT
或 dΔ r H dT
8
例2.8.2 P72
CH4 (g) 2 O2 (g) CO2 (g) 2 H2O (g)
终态2 T PΘ CO2(g) : 1mol O2 : 2mol H2O(g): 2mol N2 : 4×0.79/0.21mol
△ H2
始态1 25℃ PΘ CH4(g) : 1mol O2 : (2+2)mol N2 :4×0.79/0.21mol △H= △H1+ △H2
B f H m (B)产物－ | | H B f m (B)反应物 B B
2
2. 标准摩尔燃烧焓
C Hm (T)
演示燃烧反应图片
(1)定义：在温度为T 的标准态下，由化学计量数B= —1的相态的物质B()与氧进行完全氧化反应时，该反
应的焓变即为该物质B()在温度T 时的标准摩尔燃
H1
r Hm ( 298.15K )

标准摩尔焓

第三章化学反应的速率和限度
主要内容：
化学反应速率影响反应速率的因素
1、浓度；2、温度；3、催化剂
化学反应限度 — 化学平衡
1、化学平衡常数；2、等温方程式；3、平衡移动
教学要求
➢ 理解基元反应和反应级数等概念。 ➢ 掌握浓度、温度与反应速率的定量关系。 ➢ 了解反应速率的有效碰撞理论和过渡状态理论的基本内容。 ➢ 了解催化剂对化学反应速率的影响及均相催化、多相催化
考试范围
质子条件式的写法，弱酸、弱碱与水反应的平衡原理及其溶液酸碱度的计算。
质子酸、质子碱、稀释定律、同离子效应、盐效应、共轭酸、共轭碱、缓冲溶液、抗酸成分、抗碱成分、缓冲比等概念。缓冲溶液的类型、配制和在生物学科中的应用。缓冲溶液的缓冲原理和有关计算。
➢ 主族元素第一电离能和电负性的变化规律。
➢ 共价键的形成、特性（方向性和饱和性）及类型
（σ键和π键），等性杂化轨道sp、Sp2 ）的空间构型、
键角及常见实例，不等性的空间构型。
Sp3
杂化轨道（H2O、NH3）
➢ 电负性差值与键的极性，偶极矩与分子的极性，
分子间力（色散力、诱导力、取向力）和氢键的概念及其对物质性质的影响。
考试范围
➢ 基元反应、复杂反应、快反应、定速步骤、反应级数等概
念。
➢ 活化分子概念，有效碰撞概念，有效碰撞理论中的活化能
概念，过渡状态理论中正、逆反应活化能与反应热效应的关系。
➢ 浓度、温度及催化剂对化学反应速率影响的不同原理，依
据质量作用定律及阿仑尼乌斯公式进行的有关计算。
➢ 化学平衡的特征，平衡常数表示式的书写，平衡常数的性
（热
化
定律）
学定律

标准摩尔焓

标准摩尔焓所谓焓，就是热量和能量的相对比例，即：热量=该物质的标准摩尔焓。

上述式子，表示某一物质的温度与其标准摩尔焓的关系，如将该物质的温度从1K升高到1T，则其标准摩尔焓由1×1000升高到1×1100，即由23.5K升高到26.2K。

这说明，从1K降到1K，物质温度每升高1K，其标准摩尔焓下降了23.5。

这就是在1K时，这种物质含有热量为1J的物质的标准摩尔焓。

显然，这个式子中， 1为比热容，单位为J/(kgK)。

标准摩尔焓、定压比热、定体积比热这三者之间存在着一定的联系，我们可以用图表示出来。

图1中，表示了三者之间的数量关系。

图1表明：任何一种物质都可以由上述的数量关系导出标准摩尔焓的计算公式。

因此，在实际工作中，为了方便起见，可用温度T作为标准， 1T=23.5K，但我们不必拘泥于此，因为这是简化了的计算。

当然，也可以用热力学第一定律的普遍适用条件——热量可以自发地从高温物体传递给低温物体而使其温度升高这一原理来导出标准摩尔焓的计算公式。

在热力学中，物质与气体的摩尔焓不能直接从实验测得，需要利用它们的相对比热来求得，或利用定压比热容计算出标准摩尔焓。

具体步骤如下：(1)在研究物质的性质时，常需要知道气体的相对比热。

对气体状态参数进行修正后，可以将气体的相对比热作为待求参数; (2)在求取待求参数的热力学函数值时，如果只知道两个物体的相对比热，则可将其比热的值代入(1)式，求得另外一个物体的热力学函数值;(3)根据待求参数在温度T下的定压比热值，将定压比热代入(2)式，求得另外一个物体的比热。

本节课主要讲了摩尔焓的单位，如千卡/摩尔、焦耳/摩尔等，并介绍了在不同温度下气体的标准摩尔焓，还讲了化学反应焓的变化规律，即化学反应焓随着反应的进行逐渐增大。

通过讲解这些基础知识，使学生掌握在学习化学时，要牢记基本概念和基本理论，不断巩固基础知识，打好基础，才能获得事半功倍的效果。

《离子的标准摩尔生成焓》复习课件

2.9离子的标准摩尔生成焓
溶液中的反应常为离子反应，需要有离子生成焓[ 变]的数据，才能进行热效应的计算。在无限稀溶液中，离子间距离很大，其相互影响微不足道，可以认为离子的性质是互为独立的。例如 HCl(∞aq) 实际上可看成是 H+(∞aq)＋Cl-(∞aq)。因此，只需选定某一种离子，并规定它在无限稀溶液中的标准生成焓[变]为零，就可得出一套其它离子在无限稀溶液中标准生成焓的数据。这样一来，涉及离子的反应热效应就可以估算。
Zn2+ Cd2+ Hg+ Hg2+ Sn2+ pb2+ OHClBr-
-152.42 -72.38 +84.1 +174.1 -10.0 +1.63 -229.95 -167.44 -120.92
I-
NO2NO3ClO3S2-
SO32SO42CO32CH3CO
O-
-55.94 -106.3 -206.56 -98.32 -141.8 -624.3 -907.51 -676.25 -488.86
H+ Li+ Na+ K+ NH4+ Ag+ Mg2+ Ca2+ Sr2+
0 -278.44 -239.66 -251.12 -132.80 +105.90 -461.96 -542.96 -545.51
Ba2+ Al3+ Mn2+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+ Ca2+ Cu2+
-538.36 -524.67 -218.82 -87.9 -47.7 -67.4 -64.0 -51.9 -64.39