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Heat of Formation : Standard heat of formation or standard enthalpy change of formation.
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- 上集 我們說了
- 如果我們定義焓H
- 等於係統的熱力學能U
- 加上係統的壓力
- 乘以係統的體積…
- 這是個不太嚴謹的定義哈
- 不過我們知道它是一個有效的狀態函數
- 變化的具體過程怎樣都無所謂
- 結果總是一樣的
- 因爲它是
- 其它狀態函數的和
- 但是它本身並不是那麽有用和直觀
- 上集我們講過了
- 如果假定壓力恒定
- 這是一個苛刻的假設
- 並且對於大多數化學反應
- 有點不合理
- 因爲大多數化學反應…
- 比方說 我們拿著燒杯在海灘上坐著
- 燒杯暴露在
- 標準溫度和標準壓力下
- 至少是某個壓力下吧
- 不隨著反應進行改變的壓力
- 那如果我們假設壓力恒定
- 就會得到 焓變
- 等於係統吸收的熱量
- 在定航程件下哦
- 這個下標小P表示
- 假設我們求的是定壓反應的
- 定壓熱
- 好啦親
- 那這個公式什麽時候用得上？
- 假設有一些
- 作爲石墨的單質碳
- 然後加入…
- 假設這是1mol碳
- 然後加上2mol的氫氣單質(H2)
- 然後加上2mol的氫氣單質(H2)
- 它是氣體
- 它以分子形式存在 對嗎？
- 如果我有大量氣態的氫氣
- 假設在一個氣球裏面
- 那麽不會有單獨的氫原子存在
- 它們會成鍵 形成這些雙原子分子
- 然後如果它們反應
- 將會得到1mol甲烷 CH4
- 但是這不是全部的結果
- 反應還會放出一些熱量
- 還會放出74kJ的熱量
- 加上74kJ的熱量
- 如果生成了1mol的甲烷
- 我用k表示“千”
- 如果生成了1mol甲烷
- 那麽這是什麽意思？
- 首先
- 係統吸收了多少熱量？
- 我們假設…
- 這個熱量剛被係統釋放掉
- 假設這不是一個絕熱的過程
- 我沒有把係統和環境隔離開
- 這熱量被釋放了
- 它消失了
- 釋放
- 那麽我的問題是 多少…
- 呐 反應是在這個容器開始的
- 我想我們可以認爲
- 這是在標準的定壓下
- 或許裏面有一些…
- 我來畫一些碳
- 用灰色
- 裏面亂放了一些固態碳
- 可能還有些塵埃
- 然後有一些氫氣分子
- 每個點都是由兩個氫原子構成的
- 然後 嗯… 我使勁晃它
- 又或者其他方法 讓它反應
- 接著就生成了一些甲烷氣體
- 用綠色表示
- 那麽現在變成了一些甲烷氣體
- 還釋放了74kJ熱量
- 所以係統吸收了多少熱量？
- 呐 係統釋放了熱量
- 釋放了74kJ熱量
- 所以係統吸收的熱量就是 -74kJ
- 對嗎？
- 如果我問的是“釋放”的熱量
- 回答是74
- 但記住 我們考慮的是“吸收”的熱量
- 是-74kJ
- 而我講過
- 這個正好等於焓變ΔH
- 那麽我們要怎麽來看？
- 新的係統 比起原來的係統
- 焓變是多少？
- 焓變少了 對嗎？
- 因爲如果…
- 焓變等於
- 終點狀態係統的焓Hf
- 減去 起始係統的焓Hi
- 等於一個負數
- 等於-74kJ
- 所以這個比這個少74kJ
- 所以這個焓
- 要少於這個焓
- 所以如果我們用圖像表示
- 如果我要把反應表示成…
- 假設這是時間
- 這軸表示反應進度
- 而y軸 表示焓H
- 那麽反應從初始焓Hi開始
- 就是從這兒開始
- 從這兒開始
- 在那黃色的容器中開始
- 從這兒開始
- 然後 使勁晃它
- 我不打算仔細講激化能了
- 那麽會出現一個小峰
- 誰知道呢
- 然後結束在終點狀態焓Hf
- 這是俺們的終點狀態焓Hf
- 反應結束後的焓
- 這就是這兒的狀態
- 這是Hf
- 你會發現 係統的焓減少了
- 有意思的是 我們不知道
- 這個焓的絕對值是多少
- 或者這個焓的絕對值是多少
- 但是只要我們有了焓
- 我們就能有一個思路
- 思考這個係統和這個係統
- 熱量的變化是多少
- 然後已知新係統的熱量
- 比舊係統的少
- 所以係統一定是釋放了能量
- 你知道 某程度上 我說過
- 一開始我就講了 對吧？
- 我講了係統釋放了能量
- 我們用“放熱”表述這個
- 現在 如果你想逆向進行
- 假設從甲烷逆向反應
- 你需要給反應提供熱量
- 如果你想逆向進行反應
- 焓向上走
- 你需要提供熱量
- 這樣ΔH就是正值了
- 然後就得到一個吸熱反應
- 所以如果反應釋放能量 就是“放熱”
- 如果反應需要能量 就是“吸熱”
- 現在你可能會問
- 這些能量都是哪兒來的？
- 這是係統的焓的起始值
- 而且焓的定義在這兒
- 最後變成這個值
- 而正如你所見 焓…
- 我們假設壓力是恒定的
- 我們假設這時體積沒怎麽改變
- 我們假設這時體積沒怎麽改變
- 或者根本沒有變
- 所以ΔH大部分來自於
- 熱力學能的變化 對嗎？
- 這兒的熱力學能多些
- 而這兒的熱力學能少些
- 這主要造成了焓的減少
- 而事實上 熱力學能的變化是
- 由於上面這裡的勢能
- 轉換成熱量釋放了
- 這兒有一些熱量被釋放了 74kJ
- 所以我們的熱力學能減少了
- 這些準備功夫都是爲了得到一個思路
- 只要我們知道正反應或逆反應
- 需要的熱量
- 那麽我們就能求
- 對於不同的反應
- 係統放出或者吸收多少熱量
- 在這兒我要講另一個概念
- 生成熱
- 有時它等於生成焓變
- 所以我們討論的思路是…
- 生成焓變ΔHf
- 通常係統是在
- 不變的標準溫度和壓力下
- 所以你在上面畫一個小零
- 或者圓圈來表示
- 而ΔHf表示
- 由單質反應生成某個化合物的
- 焓變是多少呢？
- 那舉個例子 甲烷
- 如果這是甲烷
- 我們想算出它的生成熱
- 看
- 如果由單質生成甲烷
- 反應的ΔH是多少？
- 我們剛才求出了反應的ΔH
- 是-74kJ
- 也就是說 如果由單質生成甲烷…
- 構成甲烷
- 就會釋放74kJ的能量
- 因爲它是一個放熱反應
- 因爲釋放了熱量
- 你還可以認爲 甲烷相對於單質
- 它的能量較低 或者處於較低的勢能
- 又正因爲它的勢能較低
- 它更穩定
- 我的意思是 可以想象一下
- 假如這兒有座山
- 向下到這兒 這有個球
- 雖然不是一個很全面、很傾性的比喻
- 但能比喻勢能
- 如果你在下面 你的勢能低
- 你就更穩定
- 所以 在現實世界中
- 假設有一些甲烷…
- 它的生成熱是負值
- 或者叫標準生成熱
- 這兒有個小圈表示“標準”
- 或者叫 負的標準生成焓變
- 都一樣啦
- 它告訴我們 相比起構成的單質
- 甲烷更穩定
- 實際上 這些都是能查到的
- 不用記
- 不過最好了解一下
- 而且我複製了這些物質的…
- 我把從維基百科下到的
- 實際的表放這裡
- 這些都是直接從維基那裏下的
- 這些給出了很多物質的
- 標準生成熱
- 如果你向下看
- 就會找到甲烷 就在這兒
- 這就是我們的一直在講的
- 這數字本質上就是
- 反應生成甲烷的ΔH
- 這個表格告訴我們
- 只要開始是固態碳
- 加上2mol氣態氫氣
- 然後生成1mol甲烷
- 如果你用這邊的焓減去這邊的焓
- 那麽在標準溫度和壓力下
- 反應的焓變
- 就等於-74kJ/mol
- 每莫耳！
- 這些數字都是每莫耳的
- 所以如果有1mol這個 2mol這個
- 生成1mol甲烷
- 就會釋放74kJ的熱量
- 所以這是一個穩定的反應
- 有趣的東西出現了
- 這幾集會一直用到這個表格
- 你看這兒 單原子氧
- 有一個正的標準生成熱
- 這意味著生成它是需要能量的
- 對嗎？
- 如果有一個反應
- 假設反應是這樣的
- 1/2mol氧氣分子
- 變爲1mol氣態氧原子
- 它表示
- 新狀態比舊狀態有更多的勢能
- 所以爲了使反應發生
- 你需要提供能量
- 你要把能量加到另一邊
- 那你會說 加上249J
- 那你可能覺得 這根本沒有意義
- 氧原子就是氧
- 它爲什麽有生成熱呢？
- 那是因爲你總是把單質
- 作爲你的基準點
- 那麽氧
- 如果有大量的氧
- 它們會以氧氣的形式存在的
- 如果有大量氫原子 就會形成H2
- 如果有大量氮原子 就會形成N2
- 但是另一方面 對於碳 就只是C
- 它更喜歡以固態石墨的形式存在
- 所以所有的生成熱都是
- 關於單質的反應
- 純的單質
- 不一定是原子形式
- 盡管有時是原子
- 下集 我們會運用這個表格…
- 它是一個非常方便的表格
- 我複製粘貼了其中一部分
- 用它解決一些問題
- 在上集中 我提到了生成熱
- 但是只有稍微講了一下啊
- 在接下來的幾集中
- 我們會用這個
- 標準生成熱的表
- 去弄清楚
- 反應是“吸熱”的
- 也就是係統吸收能量
- 還是“放熱”的
- 也就是釋放能量
- 而且我們還會求出具體是多少
初次見面
好像又更了解你一點了
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