• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.基础定义
  • 3.1.假设
  • 3.2.公式
  • 3.3.单位
  • 4.演绎过程

反应热

化学反应

反应热是指当一个化学反应在恒压以及不作非膨胀功的情况下发生后,若使生成物的温度回到反应物的起始温度,这时体系所放出或吸收的热量。

也就是说,反应热通常是指:体系在等温、等压过程中发生物理或   化学的变化时所放出或吸收的热量。化学反应热有多种形式,如:生成热燃烧热、中和热等。化学反应热是重要的热力学数据,它是通过实验测定的,所用的主要仪器称为“量热计”。

基本信息

  • 中文名

    反应热

  • 外文名

    chemical reaction heat

  • 主要仪器

    量热计

  • 公式

    Qp=△U+p△V=△U+RT∑vB

  • 意义

    反应的热效应

  • 重要数据

    生成热燃烧热中和热

基础定义

假设

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我们设想在同一温度下发生同上的1mol反应:2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g),但不是在等温等容条件下,而是在等温等压条件下,或者说发生的不是等温等容反应,而是等温等压反应,若反应发生时同样没有做其他功,反应的 热效应多大?这种热效应的符号通常用Qp表示,下标p表明等压,称为等压热 效应。

公式

式中△U≡U终态-U始态≡U反应产物-U反应物,式中∑vB(g)=△n(g)/mol,即发生1mol反应,产物气体分子总数与反应物气体分子总数之差。由该式可见,对于一个具体的 化学反应,等压热效应与等容热效应是否相等,取决于反应前后气体分子总数是否发生变化,若总数不变,系统与环境之间不会发生功交换,于是,Qp=QV;若总数减小,对于 放热反应∣Qp∣>∣QV∣,等压过程放出热多于等容过程放出热;若反应前后气体分子 总数增加,对于放热反应,∣Qp∣<∣QV∣,反应前后内能减少 释放的一部分能量将以 做功的形式向环境传递,放出的热少于等容热效应。同样的,对于 吸热反应也可以类推得到。

将上式展开又可得到:

Qp=△U+p△V=(U终态-U始态)+p(U终态-U始态)

=(U终态+pU终态)-(U始态+pU始态)

由于U、p、V都是 状态函数,因此U+pV也是状态函数,为此,我们定义一个新的状态函数,称为焓,符号为H,定义式为H≡U+pV,于是:

△H=H终态-H始态= Qp

公式的意义

此式表明,化学反应在等温等压下发生,不做其他功时,反应的热效应等于系统的状态函数焓的变化量。请特别关注上句中的“不做其他功时”,若做其它功(如电池放电做功)反应的热效应决不会等于系统的状态函数H的变化量△H。

我们之所以要定义焓这个函数,其原因是由于其变化量是可以测定的(等于等温等压过程不做其它功时的热效应),具有实际应用的价值。这样处理,包含着 热力学的一个重要思想方法:在一定条件下发生一个 热力学过程显现的 物理量,可以用某个状态 函数的的变化量来度量。QV=△U、Qp,都是这种思想方法的具体体现。在随后的讨论中,这种思想方法还将体现。

应当指出, 焓变在数值上等于等温等压热效应,这只是焓变的度量方法,并不是说反应不在等压下发生,或者同一反应被做成燃料电池放出电能,焓变就不存在了,因为焓变是状态函数,只要发生反应,同样多的反应物在同一温度和压力下反应生成同样多的产物,用同一 化学方程式表达时,焓变的数值是不变的。

另外,我们在反应 焓的符号方面加上反应的温度条件,是因为温度不同,焓变数值不同。但实验事实告诉我们,反映焓变随温度的变化并不太大,当温度相差不大时,可近似地看作 反应焓不随温度变,以下内容只作这种近似处理,不考虑焓变随温度的变化。 实验和热力学 理论都可以证明:反应在不同压力下发生,焓变不同!但当压力改变不大时,不作精确计算时,这种差异可忽略,可借用标准态 数据。以下内容均作这种近似处理。

单位

反应热KJ/mol不是对反应物而言,不是指每摩尔反应物可以放热多少千焦,而是对整个反应而言,是指按照所给的化学反应式的计量系数完成反应时,每摩尔反应所产生的热效应。实际上,这里的 摩尔不是反应物的单位,是 反应进度的单位。反应进度是表示反应完成程度的物理量。反应热kJ/mol是指反应进度为1摩尔时的反应热效应。

化学反应式写法不同,则计量的 基本单元不同,对同一实验过程的热效应进行描述时,所得的反应进度不同,但热效应数值是相等的。