高中階段反應(yīng)焓變的求解方法

吳濤 劉燕偉

化學(xué)焓變的計(jì)算是高考的重要考查知識(shí)點(diǎn)，在高考試題中對(duì)焓變計(jì)算的考查的形式也是多種多樣的.本文就計(jì)算反應(yīng)焓變的方法進(jìn)行歸納總結(jié).

一、反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系

化學(xué)上規(guī)定，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱通常用符號(hào)Q表示.化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)是由于反應(yīng)前后物質(zhì)所具有的能量不同而產(chǎn)生的，科學(xué)家定義了一個(gè)稱為“焓”的物理量，符號(hào)為H，用它的變化來描述化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱.對(duì)于在等壓的條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能，則反應(yīng)前后物質(zhì)的焓的改變就等于該反應(yīng)的反應(yīng)熱，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Qp=ΔH（在恒溫恒壓條件下，化學(xué)反應(yīng)過程中，吸收或釋放的熱量，符號(hào)用ΔH表示，常用單位為kJ·mol-1.）二、焓變的求法

反應(yīng)熱的熱效應(yīng)可以用實(shí)驗(yàn)方法測得，但許多化學(xué)反應(yīng)由于速率過慢，測量時(shí)間過長，因熱量散失而難于測準(zhǔn)反應(yīng)熱，也有一些反應(yīng)由于條件難于控制，產(chǎn)物不純，也難于測準(zhǔn)反應(yīng)熱.一般通過以下幾種方式進(jìn)行計(jì)算.1.蓋斯定律

蓋斯定律表述為：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分布完成，其熱效應(yīng)總是相同的，即反應(yīng)熱的大小與反應(yīng)途經(jīng)無關(guān)，只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān).

例1 現(xiàn)根據(jù)下列3個(gè)熱化學(xué)反應(yīng)方程式：

Fe2O3（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO2（g）

ΔH1=-24.8kJ·mol-1

①

3Fe2O3（s）+CO（g）2Fe3O4（s）+CO2（g）

ΔH2=-47.2kJ·mol-1②

Fe3O4（s）+CO（g）3FeO（s）+CO2（g）

ΔH3=+640.5kJ·mol-1③

則CO（g）+FeO（s）Fe（s）+CO2（g）

ΔH4=

解析 首先找目標(biāo)方程式中的唯一來源，①式中有Fe（s），所以①×12;③式中有FeO（s），所以-③×13;其次利用①和②消去目標(biāo)式中沒有的物質(zhì)Fe2O3（s），所以-②×13×12，或者利用②和③消去目標(biāo)式中沒有的物質(zhì)Fe3O4（s），所以-②×13×12.

綜上所述：ΔH4=12×ΔH1-13×ΔH3-13×12×ΔH2.

用蓋斯定律求算反應(yīng)熱，需要知道許多反應(yīng)的熱效應(yīng)，要將反應(yīng)分解幾個(gè)已知反應(yīng)，有時(shí)這是很復(fù)雜的過程.

2.根據(jù)燃燒熱的求解

化學(xué)熱力學(xué)規(guī)定，在100kPa的壓強(qiáng)下1mol物質(zhì)完全燃燒時(shí)的熱效應(yīng)叫做該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱，簡稱標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，用符號(hào)ΔHcHm表示.反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱求算反應(yīng)熱的公式：

ΔrHm=iviΔcHm（反應(yīng)物）-iviΔcHm（生成物）

例2 丙烯是制備聚丙烯等材料的化工原料.工業(yè)上，以丁烯為原料制備丙烯的方法有烯烴歧化法：

①C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g） ΔH1

回答下列問題：

（1）已知三種烴的燃燒熱如表1所示.

表1

氣體C4H8（g）

C2H4（g）C3H6（g）

燃燒熱（ΔH）/（kJ·mol-1）

-2539-1411-2049

根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算，ΔH1=kJ·mol-1

解析 反應(yīng)①

C4H8（g）

+C2H4（g）2C3H6（g）

ΔH1=ΔcHm（C4H8）+ΔcHm（C2H4）

-2ΔcHm（C3H6）

=-2539 kJ·mol-1-1411 kJ·mol-1

-（-2049 kJ·mol-1）×2

=148 kJ·mol-1

3.根據(jù)生成熱求解

化學(xué)熱力學(xué)規(guī)定，某溫度下，由處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的各種元素的最穩(wěn)定的單質(zhì)生成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位物質(zhì)的量某純物質(zhì)的熱效應(yīng)，叫做這種溫度下該純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱.或簡稱標(biāo)準(zhǔn)生成熱，用符號(hào)ΔfHm

ΔfHm=iviΔfHm（生成物）-iviΔfHm（反應(yīng)物）

例3 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓是指由穩(wěn)態(tài)單質(zhì)生成

1 mol該化合物的焓變，25℃下幾種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓如表2所示.

表2

NO2COCO2NO標(biāo)準(zhǔn)生成焓/kJ·mol-133.1

-110.5-183.690.3

求：CO（g）+NO2（g）CO2（g）+NO（g）

ΔH1=

解析 ΔH1=ΔfHm（CO2）+ΔfHm（NO）

-ΔfHm（CO）-ΔfHm（NO2）

=-183.6 kJ·mol-1+90.3kJ·mol-1

-（-110.5 kJ·mol-1）- 33.1 kJ·mol-1

=-15.9 kJ·mol-1

4.根據(jù)化學(xué)鍵求解

從微觀的角度分析，化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，是反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂和生成物中化學(xué)鍵的形成.斷開化學(xué)鍵要吸熱，形成化學(xué)鍵要放熱，通過分析反應(yīng)過程中化學(xué)鍵的斷開和形成，應(yīng)用鍵能的數(shù)據(jù)，可以估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱.則ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能.

例4 已知白磷（P4）和P4O6的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，現(xiàn)提供以下化學(xué)鍵的鍵能：P-P

198 kJ·mol-1、P-O 360 kJ·mol-1、氧氣分子內(nèi)氧原子間的鍵能為498kJ·mol-1.則P4（s）+ 3O2（g） P4O6（s）的反應(yīng)熱ΔH為.

圖1

解析 P4（s）+ 3O2（g）P4O6（s）

ΔH=6E（ P-P）+3E （O=O）-12E（P-O）

=6×198 kJ·mol-1+3×498 kJ·mol-1

-12×360 kJ·mol-1

=-1638 kJ·mol-1

5.根據(jù)總能量的求解

從宏觀的角度看，反應(yīng)熱是生成物的總能量與反應(yīng)物總能量的差值.則ΔH=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量.

例5 乙烷在一定條件可發(fā)生反應(yīng)：C2H6（g）C2H4（g）+H2（g）

ΔH1

已知：298K時(shí)，相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量如圖2所示.可根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量計(jì)算反應(yīng)或變化的ΔH（ΔH隨溫度變化可忽略）.

圖2

①ΔH1=kJ·mol-1.

解析 C2H6（g）C2H4（g）+H2（g）

ΔH1=E（C2H4）+E（H2）-E（C2H6）

=52kJ·mol-1+0 kJ·mol-1-（-84kJ·mol-1）

=136 kJ·mol-1

6.根據(jù)活化能求解

活化能可以用于表示一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生所需要的最小能量，反應(yīng)的活化能通常用符號(hào)Ea表示，單位kJ·mol-1.ΔH=Ea（正）-Ea（負(fù)）

例6 工業(yè)上用丙烯加成法制備1，2-二氯丙烷，主要副產(chǎn)物為3-氯丙烯反應(yīng)原理為：

①CH2=CHCH3（g）+Cl2（g）→CH2ClCHClCH3（g）

ΔH1=-134kJ/mol

②CH2=CHCH3（g）+Cl2（g）→

CH2=CHCH2Cl（g）+HCl（g）

ΔH2=-102kJ/mol

已知：CH2=CHCH2Cl（g）+HCl（g）=CH2ClCHClCH3（g）的活化能Ea（逆）為164kJ/mol，則該反應(yīng)的活化能Ea（正）為kJ/mol.

解析 CH2=CHCH2Cl（g）+HCl（g）=CH2ClCHClCH3（g）

ΔH=ΔH1-ΔH2

=-134kJ/mol

-（-102kJ/mol）

=-32kJ/mol

又有ΔH=Ea（正）-Ea（逆）=Ea（正）-

164kJ/mol=-32kJ/mol

該反應(yīng)的活化能Ea（正）為132 kJ/mol.

以上主要通過結(jié)合習(xí)題來總結(jié)歸納反應(yīng)焓變的求解方法.焓變的計(jì)算是高考的必考知識(shí)點(diǎn)，在求解焓變時(shí)，結(jié)合題目給出的條件，選擇合適的方法可以既快又準(zhǔn)確的求解出焓變.

（收稿日期：2021-09-09）