化学反应中能量变化的有关概念及计算

{{化学反应中能量变化的有关概念及计算}}
一、有关概念
化学反应中的能量变化化学反应中的能量变化，通常表现为热量的变化。

探讨化学反应放热、吸热的本质时，要注意四点：①化学反应的特点是有新物质生成，新物质和反应物的总能量是不同的，这是因为各物质所具有的能量是不同的（化学反应的实质就是旧化学键断裂和新化学键的生成，而旧化学键断裂所吸收的能量与新化学键所释放的能量不同导致发生了能量的变化）；②反应中能量守恒实质是生成新化学键所释放的能量大于旧化学键断裂的能量而转化成其他能量的形式释放出来；
⑴燃烧热：在101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

⑵中和热：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1mol水时的反应热。

（3）反应热，通常是指：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称为反应热。

符号ΔH ，单位kJ/mol
（4）如果反应物所具有的总能量高于生成的总能量，则在反应中会有一部分能量转变为热能的形式释放，这就是放热反应，反之则是吸热反应；
（5）盖斯定律换句话说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关，而这可以看出，盖斯定律实际上是“内能和焓是状态函数”这一结论的进一步体现。

利用这一定律可以从已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应。

尽管盖斯定律出现在热力学第一定律提出前，但亦可通过热力学第一定律推导出。

由于热力学能（U）和焓（H）都是状态函数，所以ΔU和ΔH只与体系的始、末状态有关而与“历程”无关。

可见，对于恒容或恒压化学反应来说，只要反应物和产物的状态确定了，反应的热效应Qv或Qp也就确定了，反应是否有中间步骤或有无催化剂介入等均对Qv或Qp数值没有影响。

…
使用该定律要注意：
1、盖斯定律只适用于等温等压或等温等容过程，各步反应的温度应相同；
2、热效应与参与反应的各物质的本性、聚集状态、完成反应的物质数量，反应进行的方式、温度、压力等因素均有关，这就要求涉及的各个反应式必须是严格完整的热化学方程式。

3、各步反应均不做非体积功。

4、各个涉及的同一物质应具有相同的聚集状态。

5、化学反应的反应热(△H)只与反应体系的始态或终态有关,而与反应途径无关。

盖斯定律的本质：方程式按一定系数比加和时其反应热也按该系数比加和。

盖斯定律的意义：有些反应的反应热通过实验测定有困难，可以用盖斯定律间接计算出
来
Qp=△U+p△V=△U+RT∑vB（g）
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
二、计算
1.通过实验测得
根据比热容公式进行计算：Q=cm△t，再根据化学反应方程式由Q来求反应热。

2.反应热与反应物各物质的物质的量成正比。

3.利用键能计算反应热
【
通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能，键能通常用E表示，单位为kJ/mol。

方法：△H=ΣE（反应物）—ΣE（生成物），即反应热等于反应物的键能总和与生成物键能总和之差。

如反应H2(g) + Cl2(g) ═2HCl(g）；
△H=E(H-H) + E(Cl-Cl) - 2E(H-Cl)
4.由反应物和生成物的总能量计算反应热
△H=生成物总能量-反应物的总能量。

5.根据燃烧热计算
物质燃烧放出的热量Q=n（可燃物）×该物质的燃烧热
6.根据盖斯定律进行计算
盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；也就是说，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，与反应途径无关。

即如果一个反应可以分几
步进行，则各步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同。

：
7.根据反应物和生成物的标准摩尔生成焓来计算
对于一定温度，标准压力下的反应"0=ΣBVBRB"(这是一种把反应物通过移项变号移动到等号右边的写法，在这种写法中，反应物的系数为负，VB是反应物或生成物RB的化学计量数，ΣB表示对所有物质求和）该反应的反应热△rHmθ =ΣBVB△fHmθ(B)
（如图。

θ表示标准压力，为1*10^5Pa。

实际上，这一符号并不写作“西塔”，只是一个圆圈中间一道横线，比“西塔”稍胖。

“m”表示每摩尔反应），即反应热等于所有参与反应的物质在该状态下的标准摩尔生成焓与该物质在化学方程式中的化学计量系数的乘积的代数和。

这是可以利用盖斯定律和标准摩尔生成焓的定义来证明的，详见生成焓。

一些工具书中会有各种物质的标准摩尔生成焓，可以通过查阅计算出所需的反应热。

例如，对于反应CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) △rHmθ
在298K，标准压力下各物质的标准摩尔生成焓为：
△fHmθ[CO(g)]=mol
△fmθ[H2O(g)]=mol
△fHmθ[CO2(g)]=mol
…
△fHmθ[H2(g)]=0
∴△rHmθ=ΣBVB△fHmθ(B) =*1+0*1+*(-1)+*(-1)))kJ/mol=mol
该反应的反应热为mol。

8．根据反应物和生成物的标准摩尔燃烧焓来计算
对于很多有机物来说，直接利用单质合成是有困难的，但有机物大多可以燃烧，因此，标准摩尔燃烧焓更容易得到。

对于某一状态下的反应"0=ΣBVBRB"，该反应的反应热还等于△rHmθ = - ΣBVB△cHmθ(B)（如图），
这也是可以利用盖斯定律和标准摩尔燃烧焓的定义来证明的。

即反应热等于所有参与反应的物质在该状态下的标准摩尔燃烧焓与该物质在化学方程式中的化学计量系数的乘积的代数和的相反数。

例如，对于标准状况下的反应：CH3CHO（l）+H2（g）==C2H5OH（l）△rHmθ
△cHmθ[CH3CHO(l)]=mol
~
△cHmθ[H2(g)]=mol
△c Hmθ[C2H5OH(l)]=mol
∴△rHmθ=-ΣBVB△cHmθ(B)=-*1+*(-1)+*(-1))kJ/mol=mol
该反应的反应热为mol。

另外，可以根据各反应物和生成物的标准摩尔燃烧焓以及它们的燃烧方程来确定它们的标准摩尔生成焓，也能间接的算出反应热。

影响反应热的因素：内部因素：与化学反应的反应物生成焓和产物的生成焓有关。

外部因素：与反应温度、压强有关。