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化学反应中的热效应知识点


实验室k / 2018-07-05

    化学反应中,不仅参加反应的物质发生了变化而且常常伴随有能量的改变。化学反应所释放的能量是日常生活和工业生产所需能量的主要来源。
    化学反应伴随的能量变化形式虽有多种,但通常以热量形式表现出来,这就是热效应,又称反应热。
    根据反应过程恒容还是恒压,热效应又分为恒容热效应Qv,和恒压热效应Qp
    如果反应在恒容条件下进行,根据热力学第一定律,可得

△U=Qv+W

    由于体积恒定(△V=0),没有非体积功,即W=0,则

△U=Qv          (1-6)

即在恒容条件下,热效应等于系统内能的变化。当△U>0时,Qv>0,是吸热反应;当△U<0时,Qv<0,是放热反应。
    如果反应在恒压条件下进行,压力恒定,△p=0,系统对环境做体积功W=-p△V。则

△U=Qp+W=Qp-pAv
Qp=△U+p△V          (1-7)

即压热效应等子于系统的内能变化和体积功之和。
    将p△V=p(V2-V1)代入式(1-7)中得

Qp=(U2-U1)+p(V2-V1)
Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)         (1-8)
热力学定义:                H= U+pV

    U,p和V都是状态函数,所以U+pV也是状态函数。H称为焓,是一个新的状态函数。H的单位与热力学能的单位相同,单位为kJ/mol。△H为焓变,△H=H2-H1。这样式(1-8)变为

Qp=H2-H1=△H         (1-9)

    即只做体积功的恒压热效应等于于系统的变△H。由于U的绝对值不可求,因此焓的绝对值也不能确定。在实际应用中,沙及的都是焓变△H。

    当△H>0时,Qp>0,是吸热反应;当△H<0时,Qp<0,是放热反应。
    对于同一个化学反应来说,Op和QV的值并不相等,但是它们之间有一定的关系

QV=△U
Qp=△U+p△V

两式当中,△U是相等的。所以

Qp=QV+p△V           (1-10)

    如果化学反应中没有气体参加,只有液体和固体,那么体积的变化是很小的,也就是△V≈0,则p△V可以忽略。那么式(1-10)可以写成

Qp=QV            (1-11)

    如果化学反应中有气体参加,则体积的变化不可以忽略。恒压条件下,△p=0。

p△V=△(pV)=△(nRT)=△nRT

带入式(1-10),得到

Qp=QV+△nRT           (1-12)

△H=△U+△nRT        (1-13)

    例1-6  下列反应中的Qp与QV的值是否一致?
    (1)  C(s)+O2(g)=CO2(g)
    (2)  CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
    (3)  6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(s)+6O2(g)
    (4)  Fe2+(aq)+Ag+(aq)=Fe3+(aq)+Ag(s)
    解:根据Qp=QV+△nRT
    (1)  由于△n=0,Qp=QV

     (2)  由于△n≠0,Qp≠QV

    (3)  由于△n=0,Qp=QV

     (4)  由于没有气体参加反应,Qp=QV
    例1-7  利用
氯酸钾加热制取氧气的反应如下:2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g)。298K时,加热2mol氯酸钾,放出89.5kJ热量。求298K时,该反应的△H和△U。

    解:△H=Qp=-89.5kJ
    根据  △H=△U+△nRT
              △U=△H-△nRT
                 =-89.5-3×8.314×298×10-3
                 =-96.9kJ


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