熱化學(xué)方程式的表述方法探究

◇　湖北　佘小華

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熱化學(xué)方程式的表述方法探究

◇湖北佘小華

熱化學(xué)方程式中涉及熱量的轉(zhuǎn)換傳遞,對實際化學(xué)反應(yīng)具有明顯的影響．ΔH代表了熱力學(xué)函數(shù),也是化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的一個表征手段．因此,在熱化學(xué)方程式的表述中,需要結(jié)合ΔH正確表述熱化學(xué)方程式．

1　引入ΔH的必要性和依據(jù)

從化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)說來,每一個反應(yīng)過程都伴隨著一定的能量變化,而熱量是該能量變化的主要表現(xiàn)形式,一般將其稱為熱反應(yīng)．根據(jù)熱反應(yīng)可以將化學(xué)反應(yīng)分為吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)．顧名思義,吸熱反應(yīng)就是該化學(xué)反應(yīng)需要吸收熱量才能促使反應(yīng)進行,而放熱反應(yīng)是該化學(xué)反應(yīng)進行過程中會放出一定的熱量．比如,碳在氧氣中燃燒的反應(yīng)就屬于放熱反應(yīng),可以表述為C(固)+O2(氣)=CO2(氣)+393.5kJ．上式是舊版教材中放熱反應(yīng)的表述,但是,該反應(yīng)產(chǎn)生的熱量只有在理論狀態(tài)下,才可達到393.5kJ,在實際環(huán)境中存在一定的偏差．所以,直接用熱量變化的數(shù)值進行方程式的書寫,存在一定的不足之處．而根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,可以用ΔH或是ΔS表述熱量變化(ΔH表示焓的變化,ΔS表示熵的變化)．在高中化學(xué)中,熱化學(xué)反應(yīng)主要是指在一定壓強條件下發(fā)生的熱反應(yīng),依據(jù)熱力學(xué)定律,反應(yīng)熱力學(xué)能變化量等于外界做功和系統(tǒng)熱量兩者之和,即ΔU=Q+W,ΔU即為熱力學(xué)能,Q為系統(tǒng)熱量,W為外界做功．而化學(xué)反應(yīng)處于恒壓狀態(tài),該式可以表述為ΔU=Qp+W,Qp=ΔH．由此,就可以把ΔH引入到熱化學(xué)反應(yīng)中．

2　引入ΔH之后的表述

在引入ΔH之后,熱化學(xué)方程式的書寫發(fā)生了一定變化,這一點首先需要明確．根據(jù)相關(guān)規(guī)定,熱力學(xué)中內(nèi)能統(tǒng)一稱為熱力學(xué)能,并將其定義為ΔU=Q+W．對于Q、W而言,是依照系統(tǒng)能量的增加作為“+”進行定義的．在引入ΔH之后,對于放熱反應(yīng)而言,其ΔH為“-”或者ΔH<0,說明化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的能量減少．對于吸熱反應(yīng)而言,其ΔH為“+”或者ΔH>0,說明化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的能量增加．

在物相表示方面,均利用對應(yīng)的英文字母進行表示,即固體用s表示,液體用l表示,氣體用g表示,水溶液用aq表示．基于此,前文所表述的碳在氧氣中燃燒的化學(xué)反應(yīng)可以表示為

C(s)+O2(g)=CO2(g)+393.5kJ．

最后,在熱量表示方面,前文已經(jīng)對引入ΔH作了詳細分析,反應(yīng)具體吸收或放出的熱量應(yīng)該用ΔH表示,并在其后利用ΔH=-393.5kJ表示反應(yīng)具體的熱量變化． 所以,上述反應(yīng)方程式可進一步改寫為C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1．

由此可以總結(jié)出熱化學(xué)方程式的正確表述方法,首先應(yīng)該依照反應(yīng)原理寫出基本的反應(yīng)方程式,然后對各反應(yīng)物質(zhì)的物相狀態(tài)進行標(biāo)注,最后在方程式后添加熱量變化數(shù)值．

3　反應(yīng)進度和ΔH的相互關(guān)系

所謂反應(yīng)進度,其實質(zhì)是指化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)程度,即參與反應(yīng)的物質(zhì)有多少參與了化學(xué)反應(yīng)生成了其他物質(zhì)．雖然在教學(xué)內(nèi)容中并沒有提出反應(yīng)進度這一概念,但是在高中化學(xué)應(yīng)該予以明確．反應(yīng)進度具有計量單位,并非物質(zhì)的量．反應(yīng)進度與熱反應(yīng)方程式的書寫形式有關(guān),而與反應(yīng)參與的物質(zhì)并沒有太大關(guān)聯(lián)．由于反應(yīng)進度和化學(xué)反應(yīng)直接相關(guān),所以在使用反應(yīng)進度對化學(xué)反應(yīng)進行表征時,必須指明其對應(yīng)的反應(yīng)方程式,否則沒有意義．如氫氣在氧氣中燃燒反應(yīng)可生成水,其標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?yōu)棣m(298.15K)=-483.6kJ·mol-1,但這是不明確的．根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)說來,反應(yīng)過程的狀態(tài)變化可以通過反應(yīng)進度進行基本表征,在熱化學(xué)方程式表述中將其引入,可以有效處理出現(xiàn)在物理量綱上的矛盾．

比如,在書寫氫氣在氧氣中燃燒這個化學(xué)方程式時,就可以將其表述為O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)ΔHm(298.15K)=-483.6kJ·mol-1．這樣書寫代表了1molO2和H2完全反應(yīng)所生成的水以及放出的熱量．但若是以H2作為考量點,表述1molH2和O2完全反應(yīng)生成水以及熱量,就要將上式改寫為

ΔHm(298.15K)=-241.8kJ·mol-1．

熱化學(xué)反應(yīng)方程式的正確表示對明確化學(xué)反應(yīng)原理具有極其重要的作用．在引入ΔH后,熱化學(xué)反應(yīng)方程式的表示進一步趨向規(guī)范和統(tǒng)一．所以,不論是在教學(xué)或是在學(xué)習(xí)的過程中,教師和學(xué)生都應(yīng)該掌握熱化學(xué)方程式的正確表述方式,以準(zhǔn)確書寫反應(yīng)方程式．

湖北省襄陽市老河口市高級中學(xué))