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2011化工工程师考试：无机化学 学习方案汇总

(三)反应热效应的计算

1.盖斯定律

盖斯定律基本内容：化学反应的热效应只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。或者说，无论给定的化学反应是一步完成的还是分几步完成，只要始态和终态一定，则一步完成的反应热效应与各分步反应的反应热效应的代数和相等。盖斯定律只适用与恒压过程和恒容过程。

化学反应的热效应是可以通过实验的方法进行测定，也可以用热化学的方法计算求得。

根据盖斯定律的原理，可以利用已知的反应热效应进行始终态相同的一步完成的反应的热效应与各分步反应热效应之间的求算。

[例2-3] 已知 C(石墨) + O2(g) = CO2(g) ΔHØ1 = -393.5 kJ?mol-1

CO(g) +1/2 O2(g) = CO2(g) ΔHØ2 = -283 kJ?mol-1

求反应 C(石墨) + 1/2O2(g) = CO(g) 的热效应ΔHØ3。

解：三个反应方程式之间的关系是C(石墨) → CO2(g)→ CO(g) →C(石墨)

即三个反应式可以看作是始终态相同的一步反应C(石墨)→CO2(g)

与分步反应C(石墨) →CO(g)和CO(g)→CO2(g)的关系，

根据盖斯定律一步完成的反应热效应与分步完成的反应热效应的代数和相等。

ΔHØ1 = ΔHØ2 + ΔHØ3

则ΔHØ3 = ΔHØ1 - ΔHØ2

= (-393.5) - (-283) = -110.5 (kJ?mol-1 )

答：所求反应的热效应是 -110.5 kJ?mol-1 。

如果已知反应热效应的反应数目比较多，其相互关系分析比较麻烦时可以利用化学反应方程式和反应的焓变值具有加合性的特点，利用反应方程式之间的代数关系进行反应的热效应计算。

[例2-4] 已知

CH4(g) + 2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(l) ΔHØ1=-890.3 kJ?mol-1 (1)

C(石墨) + O2(g) = CO2(g) ΔHØ2 = -393.5 kJ?mol-1 (2)

H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l) 　ΔHØ3 = -285.8 kJ?mol-1 (3)

求反应C(石墨) + 2H2(g) = CH4(g) 的热效应ΔHØ

解：根据已知热效应的反应方程式中物质项与所求反应方程中物质项的关系，可以将已知反应方程式进行相应加减，以消除在所求反应方程式中没有的物质项，从而得到待求热效应的反应方程式，然后将已知方程的热效应(ΔH)也进行相应一致的代数运算，求得要求的反应热效应。

将(2)+ 2(3)- (1) C(石墨) + O2(g) = CO2(g)

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)

+ CO2(g) + 2H2O(l) = CH4(g) + 2O2(g)

C(石墨) + 2H2(g) = CH4(g)

ΔHØ = ΔHØ2 + 2ΔHØ3 -ΔHØ1

= (-393.5) + 2×(-285.8) - (-890.3) = -74.8 (kJ?mol-1 )

答：所求反应的热效应是 -74.8 kJ?mol-1 。

2.标准生成焓

热力学规定，在标准状态，由各元素的最稳定单质生成1mol某物质时的反应热效应叫该物质的标准生成焓或标准生成热。以符号ΔHØf 表示。

热力学规定在标准状态下，稳定单质的标准生成焓等于零。

物质的标准生成焓的数据可以通过实验测得并列表写入手册，使用时可以查表。不同物质的标准生成焓的数值不同，同一物质不同形态条件下的标准生成焓的数值也不同，在查表和选择数据时要格外注意。

根据单质与反应物及生成物的关系和盖斯定律，利用生成物和反应物的标准生成焓，可以计算反应的热效应。

ΔHØ =∑ΔHfØ产物 -∑ΔHfØ反应物

[例2-5] 求下列反应的热效应

2Na2O2(s) + 2H2O(l) = 4NaOH(s) + O2(g)

解：查表得到有关物质的标准生成焓

Na2O2(s) H2O(l) NaOH(s) O2(g)

ΔHØf (kJ?mol-1) -285.9 -285.83 -425.59 0

ΔHØ = 4ΔHfØ NaOH + ΔHfØ O2 - 2ΔHfØ Na2O2 - 2ΔHfØ H2O

= 4×(-425.59) + 0-2×(-285.9) - 2×(-285.83)

= -1702.36 + 571.8 + 571.66

= -558.9 (kJ?mol-1 )

答：反应的热效应是 -558.9 kJ?mol-1 。

注意：标准生成焓的数值可能因为使用的数据来源不同而有差异。

标准生成焓与物质的量有关，计算时应根据方程式中的计量系数而扩大相应的倍数。

反应热效应的单位是kJ?mol-1 。

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