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文档简介
1、作者:Pan Hon glia ng仅供个人学习、熱化學概論:第十章熱化學講義討論化學反應時,物質能量變化與化學反應熱量的熱力學。(1).熱化學方程式:指一般化學方程式,標示上物質狀態( g、I、s、aq ),並標示化學反應熱於 方程式後方。反應:C(s)+ 02(g)f CO2©) H= + 12.5Kcal 或C(s)+ 02(g)+ 12.5Kcal fC6g)1 H反應過程反應過程. H為化學反應中產物與反應物的焓變化。於常壓下,相等於化學反應熱(qp)(簡稱為反應熱)【 H = qp】。承上題, H = qp =。0.由反應過程的物質焓變化,說明與反應熱之關係? C(s)+
2、 02(g)f CO2©) H= + 12.5KcaI ( H = H 生成物一H 反應物)1. 生成物總焓大於反應物總焓,即H>0 ( H= +)為吸熱反應。2. 生成物總焓小於反應物總焓,即HV0 ( H=)為放熱反應。0 . H (正反應)=一 H (逆反應)0.當化學反應在NTP (1 atm、25°C)下進行,反應熱稱為標準反應熱(H0、 H25C)。例1:寫出氫氣與氧氣合成一莫耳水的熱化學方程式? 標準反應熱( H0)為 68.3174Kcal / mole(Kcal / mole為莫耳反應熱,寫方程式時,主要物質的係數要為1)例2:寫出一莫耳乙烷完全燃燒
3、之熱化學方程式?標準反應熱( H0)為 -372.82 Kcal / mole(完全燃燒指物質與氧氣(O2)反應,生成水(H20)及二氧化碳(CO2),此反 應熱亦稱為燃燒熱 )化學反應熱的種類:(1).依反應系統區分為:0.恆壓反應熱(qp=A_H ):恆壓下,化學反應的反應熱。狹義的反應熱即指 恆壓反應熱。0 .恆容反應熱(5 = 4 E ):恆容下,化學反應的反應熱(鋼瓶內的反應)。且 H = E + nRT ( qp = qv + nRT )*n為氣體生成物莫耳數總和-氣體反應物莫耳數總和例1:若苯甲酸(C6H5COOH)完全燃燒反應之恆壓反應熱為-771.4千卡/莫耳,試計算此反應之
4、恆容燃燒熱?例2:已知反應 3/2 H2(g)+ 1/2 N2(g)f NH3(g),在25C的恆容反應熱為一43.723 kJ / mol ,試求其定壓反應熱為若干?(2).依特定反應種類區分為:CD.標準莫耳生成熱(): 常溫常壓下,自成分元素生成一莫耳物質的反應熱,生成熱是最重要的反應 熱。反應: 8)+ 2H2(g)f 1 CH4©) = 17.89Kcal / mole1. 25C, 1atm下,莫耳生成熱稱為標準莫耳生成熱(儿可能為吸熱(+ )或放熱()2. 最穩定的元素(石墨、O2、N2、H2斜方硫.)之 = 0。3. 生成反應之逆反應可表示為:(A)分解熱:一莫耳化合
5、物分解為成分元素時之反應熱(分解熱=-生成熱)。(B)解離熱:一莫耳化合物分解為成分原子時之反應熱。例1:寫出甲烷之分解熱及解離熱,其熱化學方程式?甲烷之=17.89Kcal / mole分解 解離 例2:水蒸氣、水之標準莫耳生成熱分別為-57.7979、 68.3174 Kcal /mole,請寫出二者的熱化學方程式?並解釋二者生成熱大小的意義?水蒸氣 水 二者生成熱的比較: 例3:水的標準莫耳生成熱為 68.3174 Kcal / mole,則燃燒一莫耳氫氣會放 熱多少?C.標準莫耳燃燒熱():常溫常壓下,一莫耳物質完全燃燒所放的反應熱。反應:1C3H8(g) + 5Q(g)f 3CO2(
6、g) + 4H2O(l) = 530.61 Kcal / mole1.25C,1atm下,莫耳燃燒熱稱為標準莫耳燃燒熱()。2. 一般於彈卡計中測定物質之燃燒熱,但此燃燒熱為恆容燃燒熱( E),經計算可求恆壓燃燒熱(厶 H)。( H = E + nRT )3. 利用有機物之燃燒熱可求得有機物之生成熱。(生成熱多由燃燒熱求得)4. 利用燃燒熱可證明元素的同素異形體之能量差值5. 一般石化燃料(烷、烯)含碳數越多、氫越多,則燃燒熱越大。且多一 個 CH2 ,則多放熱 158Kcal/mole例1: C (金鋼石) + O2 f CO2(g) H = 94.50Kcal/moleC (石墨)+ 02
7、 f CO2(g) H = 94.05Kcal/mole則C(石墨)f C (金鋼石)之反應熱為?何種元素的焓(H)較高?例2:比較丙烷、苯(I)、苯(g)、乙烷、乙烯、乙炔之標準莫耳燃燒熱大小?例3:若乙烷之厶=372.82Kcal/ mole,則戊烷的為?例4:乙烷之標準莫耳燃燒熱為372.82 Kcal / mole,燃燒3莫耳丙烷會放熱多少?例5:請寫出下列反應的熱化學方程式:1. 水的蒸發熱為 40.67kJ / mol 2. 乙酸的生成熱為一 487.02 kJ / mol 3. 乙酸乙酯的燃燒熱為 225 kJ / mol .莫耳中和熱:一莫耳氫離子與一莫耳氫氧離子生成一莫耳水所
8、放的反應熱為13千卡,稱為莫耳中和熱。中和反應:1 H+ (aq) + 10H (aq)flH 2 o(D = 13Kcal/mole例:各一莫耳鹽酸、硫酸、醋酸與氫氧化鈉反應之反應熱比較?鹽酸 硫酸 醋酸 .溶解熱:指溶質溶於溶劑(一般指水)所放或所吸的反應熱,此反應熱與溶質、溶劑、溶液濃度有關。氣體、液體溶於水中一定放熱,但固體則不一定。1. 積分溶解熱( H (sol, nH2O):一莫耳溶質溶於n莫耳溶劑中的溶解熱反應:1H2SO4(l) + 10H2O(l) f 1H2SO4(10H2O) H (sol, 10H2O)=16240 cal /mole2. 無限稀釋溶解熱(厶 H (s
9、ol,R H2O):溶液越稀薄、溶解熱越大,當溶液無限稀釋時、溶解熱趨於一極限值,稱為無限稀釋溶解熱。反應:1H2SO4(l) +RH2O0 f 1 H2SO4(gH2O) H (sol,R HQ)=22990 cal/mole例:試以圖形表示硫酸溶於水中之溶解熱變化?3. 以溶解熱計算稀釋熱與混和熱:計算方法:寫出稀釋、混和反應的方程式,並將方程式中產物的溶解熱總和減去反應物的溶解熱總和例1:若一水溶液中含有2莫耳硫酸及20莫耳水,與含1莫耳硫酸之無限 稀釋水溶液混合,則混合後,混合熱若干?例2:在一大氣壓及25C下,使含有一莫耳的乙醇及10莫耳水之溶液,完全稀釋,問放出之熱量若干?IC2H
10、5OH(i)+ 10H2O(d t C2H5OH(10H2O) H (sol, IOH2O) = -7240 J/mole 1C2H5OH(d +x H20(i)t C2H5OH(g H2O) H( sol, g H2O) = -10460 J/mole.鍵能:在氣體狀態下,打斷一莫耳同型化學鍵而生成氣態原子的反應熱。反應:H2(g)t 2H(g) H= 104 Kcal / mol二、化學反應熱的求法:(1) 由標準莫耳生成熱() 求反應熱:方法:已知物質之標準莫耳生成熱,則將產物生成熱總和 減去 反應物生成熱總和可得任何化學反應之反應熱。若一反應:a A + b B t c C + d D
11、此反應熱 (H) = 例 1:若 Fe203(s)及 C02(g)之生成熱分別為196.5、 94.05Kcal/mole則 25 C下,3C (s)+2 Fe203(s)t 3C02(g)+4Fe之反應熱為?例 2:已知 CaCOw、Ca0s)及 C6g)之生成熱各為 1190.35 kJ / mol、 635.55 kJ/ mol 及393.5 kJ / mol,求 CaCC3(s)tCa6 + CA(g)之反應熱?例3 25C下,甲醇(CH3OH)、二氧化碳、水 之生成熱分別為57.02、 94.052、68.317 Kcal/mole,則甲醇之標準莫耳燃燒熱為?例4:已知25C下,苯之
12、燃燒熱為-780.98千卡/莫耳,而二氧化碳及水之標準生成熱為 -4.05及 一68.317kcal / mole,則苯之莫耳生成熱為?(已知有機物之 燃燒熱求有機物之生成熱 ) 由標準莫耳燃燒熱()求反應熱:方法:已知物質之標準莫耳燃燒熱,則將反應物燃燒熱總和 減去 產物燃燒熱總和可得任何化學反應之反應熱。若一反應:a A + b B t c C + d D此反應熱 (H ) = 例1:已知液態苯、碳、氫氣之標準莫耳燃燒熱分別為-80.98、 94.05、 68.317千卡/莫耳,則液態苯之莫耳生成熱為?例 2:已知 C(s) + 02(g) t C02(g) H= 94.05KcalH2(
13、g) + 1/202(g) t Oq) H= 68.32KcalCH3C00H(l) + 202(g) t 2C02(g) + 2H20(l) H= 208.34Kcal 求 2C(s) + 2H 2(g)+ O2©)f CH 3COOH(1) H = ?例3:已知乙烯、乙炔之燃燒熱分別為£37及311Kcal / mol,水的生成熱為68.32Kcal/mol,求C2H2©)+H2©)f C2H4©)之反應熱?例4: 25C時1莫耳液態環己烷之燃燒熱為3920kJ,試計算在此溫度時液態環己 烷之生成熱?已知:水及二氧化碳之生成熱各為285.7
14、7kJ、 393.5kJ(3)由黑斯定理求反應熱:黑斯定理敘述為:一化學反應,不管採取任何步驟,在恆壓下之總反應熱(厶H)恆為定值。以碳的燃燒反應討論?求反應熱之方法:將數條化學方程式組合(+或-)為欲求的化學反應方程式, 則欲求反應之反應熱( H)為數條反應之反應熱依相同之組 合求得例 1:若 S(s) + O2(g)f SO2© H= 70.96 KcalSO2(g) + 1/2O 2(g)f SO%) H = 23.49KcalSO3(g) + H 2O(l) f H2SO4Q) H = 31.14KcalH2(g) + 1/2O 2(g)f H2OQ) H = 68.32Kc
15、al則硫酸之莫耳生成熱為?例 2:已知 Ag20(s) + 2HCl(g)f 2AgCI + H2O(i) H = 77.61Kcal2Ag (s) + 1/2O2©)f Ag 2O(s) H = 7.31KcaI1/2H2(g)+ 1/2Cl2(g)f HCI(g) H = 22.06KcaIH2(g)+ 1/2O2(g)f 出0(|) H = 68.32Kcal 求 AgCI 之標準莫耳生成熱?(4)由彈卡計(定容熱量計)求反應熱,燃燒熱(厶 E):彈卡計又稱為卡計器、熱卡計、卡計,為一恆容之鋼瓶反應器置於水槽之裝置, 一般常用於測量物質之燃燒熱。放物質與氧氣於鋼瓶內燃燒,則放出
16、之燃燒熱可由鋼瓶及水槽之水 所吸熱量計算而得。裝置圖:燃燒熱( E)=鋼瓶吸熱+水吸熱=(卡計熱容量)t (溫差) =(水當量+水重)x 1 x t伙卡計熱容量:卡計(含水)溫度上升1C所需的熱伙水當量:卡計設備吸熱相當於若干克水 吸收的熱量海1若欲求恆壓燃燒熱( H),則代公式 H = E + nRT,伙*注意: 因厶H=A E,時常沒有代入前公式換算,而直接將E視為 H *。探2應用卡計測定反應熱時,需之卡計的比熱或熱容量,此值可藉由燃燒已知燃燒熱的物料而得知,高純度的安息香酸(苯甲酸)最常被使用。例1:取10克的碳在卡計(含 500克水)中燃燒,使水溫上升 30C,且知卡 計水當量為15
17、0克,則碳的恆容莫耳燃燒熱為?Kcal/mole例2 :取3克的碳在卡計中燃燒,水溫上升11C,已知卡計重1500克、比熱為 0.093cal/g- C,水重2000克、比熱為1 cal/g- C,則碳之莫耳燃燒熱為?例3: 0.5克之正庚烷的樣品,在彈卡計內燃燒生成CO2及H2O,使溫度上升2.9C,若彈卡計之熱容量為1950cal / C,而彈卡計之平均溫度為25 C,試求1在定容下每莫耳正庚烷之燃燒熱? 2.在定壓下每莫耳正庚烷之燃燒熱?例4:某卡計含定量的水,每升高 1C需吸熱5866焦耳,今某有機物1.520克 在卡計中燃燒,使卡計溫度上升1.845C,試求此有機物的燃燒熱為若干J
18、/ g ?例5:若某物質之恆容莫耳燃燒熱為 20Kcal / mol,則於某卡計(卡計熱容量為5cal /C)內燃燒此物質 0.01莫耳,則卡計溫度會上升多少C?(5)由熱量計(定壓熱量計)求反應熱、燃燒熱(厶H):裝置圖:燃燒熱( H )=鋼瓶吸熱+水吸熱=(熱量計熱容量)x t (溫 差)=(水當量+水重)x 1 x t*熱量計熱容量:卡計(含水)溫度上升1C所需的熱*水當量:熱量計設備吸熱相當於若干克水吸收的熱量版权申明本文部分内容,包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes someparts, in cludi ng t
19、ext, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own ership.用户可将本文的内容或服务用于个人学习、研究或欣赏,以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法及其他相关法律 的规定,不得侵犯本网站及相关权利人的合法权利。除此以外,将本 文任何内容或服务用于其他用途时,须征得本人及相关权利人的书面 许可,并支付报酬。Users may use the contents or services of this articlefor pers onal study, research or appreciati on, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall n o
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