淺釋燃燒熱

白玉琴 李 平

[摘要] 人教版化學(xué)(選修4)關(guān)于物質(zhì)的燃燒熱的定義有兩種說法,那么,燃燒熱的概念到底該如何界定,燃燒熱的數(shù)值又可否為負值呢?本文對此進行探討。

[關(guān)鍵詞] 燃燒熱 完全燃燒 數(shù)值

一、問題的提出

人教版化學(xué)(選修4)化學(xué)反應(yīng)原理 (以下簡稱“新教材”)第15頁提到:在25℃、101 kPa時,1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量,叫做該物質(zhì)的燃燒熱;而在第7頁中也提到:101 kPa時,1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量,叫做該物質(zhì)的燃燒熱。前者說完全燃燒“生成穩(wěn)定的化合物”,后者說完全燃燒“生成穩(wěn)定的氧化物”;前者規(guī)定反應(yīng)溫度是室溫,后者無溫度標(biāo)識。那么,燃燒熱的概念到底該如何界定,燃燒熱的數(shù)值又可否為負值呢?教師對此非常迷惑。

二、燃燒熱的界定

《中國中學(xué)教學(xué)百科全書(化學(xué)卷)》中的定義:燃燒熱又稱燃燒焓,指在某一溫度和壓力下,1mol某物質(zhì)B完全燃燒時的反應(yīng)熱,稱為該物質(zhì)的燃燒熱。其符號記作△cHm(B,相態(tài),T)(注:“c”表示“燃燒”,“m”表示1mol)。完全燃燒的涵義系指C、H和S元素與氧反應(yīng)分別生成CO2(g)、H2O(l)和SO2(g),N元素變?yōu)镹2(g),Cl元素變?yōu)镠Cl(水溶液),對于其他元素,數(shù)據(jù)表上一般會注明。顯然,完全燃燒后的產(chǎn)物或稱穩(wěn)定的化合物,其燃燒熱為零。

我們在高中階段所研究的反應(yīng)大多是在標(biāo)準(zhǔn)壓力(101 kPa)下進行的反應(yīng),燃燒焓通常系指標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓,即在標(biāo)準(zhǔn)壓力下,反應(yīng)溫度T時,單位量的物質(zhì)B完全氧化為同溫下的指定產(chǎn)物時的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變,用符號表示為△cHmθ(B,相態(tài),T)(注:“θ”表示標(biāo)準(zhǔn)壓力)。指定產(chǎn)物意指上述完全燃燒后的產(chǎn)物。

三、燃燒熱的辨析

通過上面對燃燒熱的幾種界定可知,新教材第15頁中所說的燃燒熱是指25℃時的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓,相比于第7頁燃燒熱定義中沒有提及溫度這一點,該定義表述比較完整。前者說完全燃燒“生成穩(wěn)定的化合物”也比后者“生成穩(wěn)定的氧化物”的表述更為準(zhǔn)確。所以,再版時建議統(tǒng)一采用第15頁的燃燒熱概念,并對穩(wěn)定的化合物給予必要的說明,以免教師和學(xué)生引起不必要的歧義。

由于在化學(xué)實驗和生產(chǎn)中,通常遇到的反應(yīng)一般是在25℃、101 kPa(常溫常壓)時的“敞口”容器中進行,反應(yīng)系統(tǒng)壓力和外界壓力相等。所以,若此時的非體積功為零,則系統(tǒng)與環(huán)境間交換和傳遞的能量Qp(定壓反應(yīng)熱,簡稱反應(yīng)熱)就等于系統(tǒng)的焓變。即對于常溫常壓下的燃燒反應(yīng)而言,Qp=△cHmθ。新教材為方便表示和學(xué)生的理解、記憶,把Qp和△cHmθ統(tǒng)一用△H加以表示。如將25℃時氫氣的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓△cHmθ(H2,g,298.15K)=-285.83kJ/mol簡寫成△H=-285.83kJ/mol,對此教師應(yīng)心知肚明?！鱄值的正號(或負號)除了具備數(shù)學(xué)符號上的意義外,再有就是標(biāo)示系統(tǒng)放熱(或吸熱)。在熱力學(xué)中規(guī)定:當(dāng)系統(tǒng)吸熱時,△H取正值,即△H>0;系統(tǒng)放熱時,△H取負值,即△H<0。

描述一個化學(xué)反應(yīng)的熱量變化時,我們認為:若事先指明是吸熱或放熱,反應(yīng)熱就用正值表示。如燃燒熱的定義中已經(jīng)指出是“放出的熱量”,那么,燃燒熱的數(shù)值就理所當(dāng)然用正值表示。下面,通過例題中的選項D做進一步的說明。

四、燃燒熱的應(yīng)用舉例

下列依據(jù)熱化學(xué)方程式得出的結(jié)論正確的是:

A.已知2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);ΔH=-483.6kJ/mol,則氫氣的燃燒熱為241.8kJ/mol。

B.已知Cl2(g)+ H2(g)= 2HCl (g);ΔH=-184.6kJ/mol,則氯氣的燃燒熱為184.6kJ/mol。

C.已知2Mg (s) +CO2(g)= 2MgO (s)+C (s);ΔH=-809.9kJ/mol,則鎂的燃燒熱為405.0kJ/mol。

D.已知CH4(g)+ 2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l);△H=-890.3kJ/mol。則甲烷的燃燒熱為890.3kJ/mol。

解析:

A.根據(jù)新教材對燃燒熱的定義知道:

①規(guī)定在101 kPa壓強, 25℃下放出的熱量,因為壓強和溫度不定,△H值不同,亦即反應(yīng)熱的值也不相同;

②規(guī)定純物質(zhì)的量為1 mol;

③規(guī)定純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量為標(biāo)準(zhǔn)。

選項中生成了氣態(tài)水,說明不是規(guī)定條件下的反應(yīng)熱,因此,不是氫氣的燃燒熱。

B.氯氣與氫氣的反應(yīng)是燃燒反應(yīng),但氫元素的穩(wěn)定化合物是H2O(l),氯元素的穩(wěn)定化合物是HCl(水溶液),故反應(yīng)熱也不是氯氣的燃燒熱。

C.Mg和CO2的反應(yīng),由于參加反應(yīng)的C元素由穩(wěn)定的化合物變成了不穩(wěn)定的C單質(zhì),所以,該反應(yīng)熱更不是燃燒熱。

D.該選項是正確。在此題中,反應(yīng)熱即為燃燒熱,數(shù)值為-890.3kJ/mol,負號意指該反應(yīng)是放熱的。若要說明甲烷的燃燒熱是多少時,只能說“甲烷的燃燒熱為890.3kJ/mol”,不能說“甲烷的燃燒熱為-890.3kJ/mol”。

當(dāng)然,在實際教學(xué)中,我們將燃燒產(chǎn)物由通常的“穩(wěn)定的化合物”限定為“穩(wěn)定的氧化物”,可以大大降低學(xué)生對概念理解的難度和減少不必要的記憶,這樣雖然會影響學(xué)生到對燃燒熱概念的全面認識,但對于新課標(biāo)的要求而言,掌握到這個程度就可以了。

此外,新教材在第7頁表1-1中給出的“一些物質(zhì)的燃燒熱”數(shù)值均為負值,時常引起教師和學(xué)生的誤解,建議再版時用-△H/(kJ?mol-1)值來表示燃燒熱的數(shù)值,這樣燃燒熱的數(shù)值就為正值了。

參考文獻:

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