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相關課程
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- 這是來自Kotz、Treichel和Townsend編的
- 《化學和化學反應》第五章的題目
- 它說
- 如果你想求焓變
- 也就是總能變
- 由固態石墨
- 還有氫氣
- 生成甲烷CH4的反應的焓變
- 呐 我們想要求這個反應的焓變
- 那怎麽得到甲烷…
- 由固態石墨和氫氣
- 生成甲烷時
- 反應會吸收或放出多少能量？
- 並且題中還說了反應的焓變
- 不能通過實驗測得
- 因爲反應太緩慢了
- 通常來說 如果反應可以測量
- 就是反應發生的時候
- 我們可以從環境的變化測出
- 熱量變化
- 或者溫度變化是多少
- 可是這個反應太慢了
- 很難測出溫度的變化
- 實在是沒有辦法
- 可是 我們可以測得
- 石墨、氫氣和甲烷的燃燒焓變
- 題中給出了
- 它們燃燒反應的焓變
- 石墨的、氫氣的和甲烷的
- 燃燒焓變
- 題中還說 可以利用這些條件
- 計算由單質生成甲烷的
- 焓變
- 任何時候你看到這種題
- 題中給出了
- 一堆反應的焓變
- 還說 嘿
- 我們不知道某個反應的焓變
- 不過那個反應
- 似乎可以由別的反應構成哦
- 你就要馬上意識到
- 或許這是一道蓋斯定律的題
- 蓋斯定律
- 蓋斯定律的內容就是
- 如果一個反應是2個以上反應的總和
- 那麽這個反應的焓變
- 就等於
- 那些反應的焓變之和
- 現在 我們看一下這個
- 可能會令人頭疼的部分
- 怎樣由這些反應
- 構造成這個反應呢？
- 通常我會從終產物入手
- 我喜歡從終產物開始
- 這裡就是氣態的甲烷
- 我們看這邊的這些反應
- 這是甲烷的燃燒反應
- 它跟甲烷有關
- 那我們就從這個開始吧
- 可是這裡的甲烷
- 是反應物 而不是生成物
- 所以我們要做的是 調轉這個箭頭
- 讓甲烷變成生成物
- 如果要用這個反應 就讓它反轉吧
- 那麽就有二氧化碳氣體…
- 我把它寫在這兒
- 二氧化碳氣體加上…
- 換個顏色哈
- 加上兩個水
- 可以是兩莫耳水
- 也可以是兩分子水 甚至應該是
- 兩分子液態水
- 我猜你會問
- 這個不能自發發生呢
- 因爲反應需要能量
- 但是假如我們把它反過來寫
- 假如朝這個方向反應
- 將會生成2個水
- 應該是2個氧氣
- 這裡用粉色吧
- 這是2個氧氣 氣態的
- 再加上一個氣態甲烷
- 加上CH4
- 氣態的CH4
- 我把第三個反應式拿了出來
- 不過呢 是反過來的
- 這是從反應物到生成物的
- 如果從生成物到反應物的話
- 反應將會釋放
- 890.3kJ/mol的能量
- 但是反過來的話 要吸收890kJ能量了
- 那麽ΔH…
- 用個中性的顏色表示
- 那麽反應的ΔH
- 就是這個的負數
- 所以反應所需的是正的890.3kJ/mol
- 我的做法是
- 把這個反應反過來了
- 這樣做的好處是
- 現在本應該是終產物的甲烷
- 終於得到了它的角色
- 一切都很順利
- 這就是我們的目的
- 好啦 如果最終想變成這樣
- 就需要有一些二氧化碳
- 還需要出現一些水
- 那我們怎樣得到二氧化碳
- 又怎樣得到水呢？
- 呐 這兩個反應在這兒
- 這個燃燒反應産生了二氧化碳
- 這個燃燒反應産生了水
- 我把它們搬過來
- 我把它們寫在這兒
- 我再換個顏色吧
- 開始時是石墨 是石墨碳
- 石墨加上…
- 氧氣已經有它的顏色了
- 加上氣態的氧氣
- 會生成氣態的二氧化碳
- 會生成…
- 這綠色別有風味
- 會生成氣態的二氧化碳
- 而這個反應
- 是用二氧化碳的焓
- 減去這些反應物的焓
- 結果得到一個負數
- 這就意味著CO2的焓較小
- 也就是能量被釋放了
- 因爲係統的能量減少了
- 其實這就是釋放的能量
- 所以這兒的焓變
- 這個反應的焓變
- 就是反應1的焓變
- 我繼續
- 反應的焓變是-393.5kJ/mol
- 那這就是反應進行了1mol時的焓變
- 實際上它就等於釋放的能量
- 這就是焓變
- 所以如果這個反應發生 就會得到CO2
- 然後我還要…
- 反應會釋放這麽多能量
- 同時我們已經得到這個生成物了
- 可是我們還需要水
- 而這個反應裏出現了水
- 氫氣的燃燒反應
- 就有… 前面還沒出現過氫氣呢
- 那我要用一個新顏色表示
- 這不是新顏色 用藍色吧
- 這是氫氣
- 我要把它搬下來
- 氫氣加上1/2 O2…
- 粉色代表的是氧氣 加上1/2 O2生成…
- 會生成一些水
- 生成H2O 生成一些液態水
- 呐 在我寫下這個數之前
- 我們再看一下 準備齊全了沒
- 要讓這個反應發生
- 因爲它會生成我們的終產物
- 要想生成氣態的甲烷 我們需要1mol…
- 也可以說是1分子的二氧化碳
- 而這個反應恰巧生成了
- 1分子二氧化碳
- 沒錯
- 接著需要2分子水
- 可是 這個反應只生成了1分子水
- 那我們在方程兩邊都乘以一個數
- 就變爲2分子水了
- 那這是2 我們把這個也乘以2
- 實際上這個沒有了
- 1/2乘以2 這兒是1
- 然後把這兒也加個2
- 我只是把第二個反應式乘以2了
- 我只是…
- 這兒變成了1 這兒變成了2
- 然後既然反應式翻倍了
- 因爲我們乘以2了
- 那麽ΔH 反應的焓變
- 也要翻倍
- 我們把計算器拿出來呗
- 它就是-285.8乘以2
- 因爲我們把整個反應都乘以了2
- 就等於-571.6
- 所以反應的焓變是-571.6kJ/mol
- 接下來 我們結合起來看一下
- 把這些反應加起來看看
- 其實就等於上邊這個反應
- 這樣的話…
- 我先把上邊的複製粘貼一下
- 因爲這更符合
- 解題的思路
- 雖然這不必要 但這樣會
- 更容易理解點
- 把這個複製粘貼就好了
- 不如 剪切粘貼
- 剪切 粘貼
- 第一個的
- 我們看看接下來會怎樣
- 看看這些反應是否
- 真的能變成上邊的那個反應
- 現在我們來看能不能消掉一些東西
- 拭目以待
- 這個生成了二氧化碳 而這1mol
- 或者1mol分子二氧化碳
- 會在最後的反應中消耗掉
- 這個生成它 這個消耗它
- 所以CO2就消掉了
- 屏幕上它們的顏色一樣
- 這個反應生成它 這個反應消耗它
- 接著 這個反應
- 生成了2分子水
- 然後下面的反應中
- 我用同樣的顏色吧
- 這是2分子水
- 然後下面的這個反應
- 消耗掉了那2分子水
- 再來 這個反應
- 它需要1分子氧氣
- 這個也需要1分子氧氣
- 那麽這兩個加起來
- 就是2分子氧氣
- 這些是反應物
- 而最後
- 這些生成了最後一個反應的生成物
- 所以 它們輕輕地來
- 又輕輕地走
- 反應的總和沒有改變
- 它們 沒帶走一片雲彩
- 我們可以認爲它們相互消掉了
- 那麽剩下什麽了呢？
- 這個反應還剩下什麽呢？
- 呐 剩下固態石墨
- 加上2mol…
- 或者說2分子氫氣 然後生成…
- 產物這邊剩下的就是甲烷
- 所以
- 這些反應的總和確實等於目標反應
- 反應物這邊剩下的是石墨
- 固態石墨 加上氫氣分子
- 加上氣態氫氣 用它的專屬顏色表示
- 加上2個氫氣
- 而生成物這邊 剩下的只有甲烷
- 剩下的都是氣態甲烷
- 所以這些反應之和…
- 記住 我們把這個反應反過來了
- 所以它的符號變了
- 然後我們把這個反應乘以了2
- 這樣這些反應之和
- 才達到我們的期望
- 這就是這些反應之和
- 這個反應的焓變
- 就等於這些數之和
- 這就是 蓋斯定律
- 這裡有點意思
- 我們要把這些值都加起來
- 就有-393.… 不對
- 不是這樣
- 清除
- 就有-393.5 那步是放熱的
- 然後是-571.6
- 那也是放熱的
- 那些都是燃燒反應
- 衆所周知 通常是放熱的
- 然後是吸熱的一步
- 是燃燒反應的逆過程
- 再加上890.3
- 得到-74.8
- 所以這個反應的焓變就是-74.8kJ/mol
- 所以這個反應的焓變就是-74.8kJ/mol
- 也就是說反應進行到1mol的焓變
- 好了
- 我們求出了焓變
- 發現它也放一點熱
- 雖然不及
- 這些燃燒反應放熱多
- 但是它確實釋放了能量
- 求完了！