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Hess's Law and Reaction Enthalpy Change : Using Hess's Law and standard heats of formation to determine the enthalpy change for reactions
相關課程
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- 既然我們學了一點生成熱
- 以及焓變 還有焓的本質
- 我們就能簡單討論一下蓋斯定律
- 蓋斯定律
- 這個定律告訴我們
- 一個反應的能量變化
- 與狀態轉移的途徑是無關的
- 事實上 也表明了
- 能量是一個狀態函數
- 不管焓還是熱力學能
- 它們都是狀態函數
- 而我們已經說過很多次了
- 它與用幾步完成
- 或者經曆的途徑是無關的
- 但是解決日常反應時
- 這個定律要怎麽用呢？
- 我來隨便編個反應吧
- A加B生成… 噢…
- 假設生成C加D好了
- 我想要求出
- 這個反應的焓變是多少
- 或者這個反應吸收或放出了
- 多少熱量
- 我不知道是多少
- 我沒有測量過
- 我只知道它們的生成熱
- 那麽我知道 你怎樣…
- 我知道A的生成熱
- 那我稱這個爲ΔHf(A)
- 記住 H不表示熱量
- 盡管我們總是叫它生成“熱”
- 事實上它是焓變
- 並且這是標準焓變
- 但是我們把焓變等同熱量
- 所以它是熱量
- 生成焓變
- 等於生成熱是一樣的
- 這個小圈表示
- 它是“標準”生成熱
- 我們能從表中查到
- 假設它是某個數
- 然後這是B的生成熱
- ΔHf(B) 這是B的生成熱
- 這是A的生成熱ΔHf(A)
- 它是一個標準生成熱
- 我們還能在表格中查到
- C的生成熱
- 生成C的焓變
- 然後這是D的生成熱
- 這些我們都能在表格中查到 對嗎？
- 我們馬上就能查到
- 現在 蓋斯定律告訴我們
- 能量的變化
- 焓變就是我們目前要求的數
- 這個反應的焓變
- 與反應的途徑是無關的
- 那麽先不看這個反應 我們假設
- 從這個反應出發 然後回到…
- 我換個顏色
- 回到構成它們的穩定單質
- 也就是元素形式
- 那麽如果這是二氧化碳(CO2)
- 就會回到單質碳(C)
- 和氧氣分子(O2)
- 也就是回到了其元素的穩定形式
- 那麽回到單質的能量變化
- 或者焓變是多少呢？
- 生成熱是等於
- 由單質生成A的熱量
- 或者是由單質生成B的
- 所以A和B變回單質的反應熱
- 就等於這些的負數
- 你讓反應逆向進行了
- 你讓反應逆向進行了
- 那麽這個變化就等於
- 等於-ΔHf(A)…
- 或者叫負的拆除A放出的熱量
- 你差不多可以這樣想
- 同理 負的B的生成熱
- 然後 這些元素的單質
- 現在我們能從單質反應
- 生成產物
- 因爲這兒有相同的原子
- 它們只是經過重排
- 變爲兩種不同的分子
- 那麽現在我們能從單質回到這兒
- 到上面這兒
- 而且這些數我們都知道
- 我們知道單質生成C和D
- 需要多少能量
- 就是它們的生成熱
- 所以蓋斯定律告訴我們 反應的ΔHr
- 反應的焓變
- 本質上就等於
- 讓這些家夥分解需要的能量…
- 就是它們的生成熱的負數
- 再加上重新生成這些家夥需要的能量
- 那麽我們這樣表示 C的生成熱ΔHf(C)
- 加上D的生成熱ΔHf(D)
- 所以就是這些的生成熱
- 減去這些的
- 減去變成元素單質需要的能量
- 所以減去A的生成熱ΔHf(A)
- 再減去B的生成熱ΔHf(B)
- 那麽就得到了反應熱
- 如果它是負的 反應就釋放了能量
- 而如果這個數是正的 那意味著
- 這邊的能量比這邊的能量多
- 所以反應發生需要吸收能量
- 反應是吸熱的
- 這些都很抽象
- 還有 我已經闡述了蓋斯定律
- 我們來解決一些實際問題吧
- 那麽假設有這個反應
- 以氨(NH3)爲原料
- 這是氨氣
- 我們讓它和氧氣分子(O2)反應
- 生成一些一氧化氮(NO) 4mol的NO
- 還有一些水(H2O)
- 那麽這個反應的反應熱是多少呢？
- 我們的做法就是 先查一下
- 這些物質的生成熱
- 那我們來查一下它們吧
- 我們從氨開始
- 氨的生成熱是多少？
- 這些數的單位都是kJ/mol
- 也就是對應著生成1mol氨的反應
- 那麽生成1mol氨… 我們查一下
- 這都是從維基百科中複製來的
- 初始狀態時氣態還是溶液？
- 我記得我… 看
- 開始時是氣態
- 我在那兒標了狀態g
- 那氨氣的生成熱是
- 是-45.9
- 那這就是…
- 就是-45.9kJ/mol
- 這個生成熱是生成1mol氨氣的
- 熱量
- 單位是千焦…
- 我馬上查一下其它的
- 那氧氣的生成熱是多少？
- 我現在不用查了
- 因爲氧氣就是氧元素的單質
- 如果某些物質以常見的形式
- 存在
- 而且沒有被動過手腳
- 那它的生成熱是0
- 比方說O2 它的生成熱是0
- 假如是氫氣 假如是H2
- 它的生成熱是0
- 假如是純碳 它的生成熱是0
- 在標準溫度和標準壓力下
- 固態碳的生成熱是0
- 那一氧化氮的呢？
- 我們查一下
- 在這兒
- 一氧化氮
- 一氧化氮的生成熱
- 是正的90.29
- 最後 水的生成熱是多少？
- 那麽我來看一下
- 液態水
- 是-285.83
- 現在你可能想說 好啦
- 蓋斯定律講到
- 如果我們想得到反應的ΔHr
- 我們用這個加這個 再減去這個就好了
- 差一點就對了
- 可惜結果還是錯的
- 因爲這些都是每莫耳的生成熱
- 但是我們注意到在這個反應中
- 有4mol這個 加上5mol這個
- 生成4mol這個和6mol這個
- 所以我們要把這些乘上莫耳數
- 那麽我要把這個乘以4
- 把這個乘以4
- 然後把這個乘以6
- 我不會關心0乘以5
- 0始終是0
- 那麽現在我們能用蓋斯定律算出
- 反應的ΔHr了
- 那麽ΔHr等於
- 4乘以一氧化氮的生成熱
- 是4×90.29
- 加上6乘以水的生成熱
- 那麽加上… 我換個顏色
- 加上6×-285.83
- 我多講兩句 考慮到
- 已知一氧化氮的生成熱是
- 正的
- 就意味著係統要吸收熱量
- 才能從單質生成這個
- 所以它比元素單質有更多的能量
- 所以反應不會自發進行
- 另一方面 對於水來說
- 元素單質生成它時 釋放了能量
- 那麽在某種意義上說 它更穩定
- 好啦
- 所以這些是產物的生成熱
- 然後我們要減去
- 反應物的生成熱
- 所以這裡是4×45.9 我檢查一下
- 它是-45.9
- 對嗎？
- 氨氣的生成熱是-45.9
- 那結果是多少？
- 我把計算器掏出來
- 那麽我有… 我檢查有沒有放進去
- 我要看到這些鍵才行
- 我在熒幕下面弄好了
- 因爲屏幕已經寫滿了
- 那我有… 我在這兒弄吧
- 4×90.29 加6×-285.83 等於…
- 目前等於-1,353
- 那個聽起來是對的嗎？
- 看起來是對的
- 然後減去4×-45.9
- 那麽要減去…
- 減去4×-45.9
- 等於-1,170
- 所以反應的ΔHr等於
- 等於-1,170kJ
- 我們的思路是
- 我們用產物的生成熱
- 乘以它的莫耳數
- 再減去反應物的
- 生成熱
- 就搞定啦
- 我們再看另一個反應
- 假設有一些丙烷(C3H8)
- 這是一些丙烷 我要讓它燃燒
- 我要讓丙烷氧化
- 生成二氧化碳(CO2)和水
- 喏 同理可得
- 丙烷的生成熱是多少？
- 查這裡
- 這些表能這麽詳盡實在是太犀利了
- 液態丙烷就在下面
- 它的生成熱是-104.7
- 我寫下來
- 是-104.7
- 作爲元素單質的氧氣的生成熱
- 氧氣是氧最常見的單質了
- 所以生成熱是0
- 二氧化碳的生成熱 我來看看
- 二氧化碳氣體的是-393.5
- 然後是水
- 我們已經查過了
- 是-285.83
- 所以燃燒1mol丙烷
- 反應熱是多少？
- 我來看看
- 我們要計算產物的熱量
- 產物的生成熱…
- 所以是3乘以這個
- 因爲生成了3mol這個
- 對於每莫耳 我們釋放這麽多的能量
- 然後加上4乘以這個
- 再減去1乘以這個
- 那得多少呢？
- 得到3×393.5 負的哦
- 等於這個
- 加上4×-285.83
- 等於-2,300kJ左右
- 然後要減去1乘以這個
- 負負得正 加104.7
- 所以我要加上這個
- 那加104.7
- 等於-2,200
- 因此 反應熱ΔHr
- 等於-2,219kJ
- 正反應時
- 每燃燒1mol丙烷
- 事實上就會在等式右邊産生
- 這麽多能量
- 因爲這邊比這邊
- 少了大約2,200kJ能量
- 我可以重新整理一下這個反應
- 我把這些都寫上
- 可以加上…
- 直接寫好了
- 我重新整理成
- 丙烷 加上5個氧氣
- 生成3個二氧化碳和4個水
- 再加上2,219kJ能量
- 這就是反應中實際放走的能量
- 它是放熱的
- 反應這邊比這邊熱量少
- 熱量沒有消失
- 它被釋放了
- 這就是被釋放的
- 有時你會遇到這樣一個問題是
- 好啦
- 你求出了反應熱
- 反應會釋放多少能量
- 假如我給你…
- 假如我給你的是33g丙烷？
- 然後你就想了 噢
- 那是多少莫耳的丙烷
- 因爲假如燃燒1mol丙烷
- 會得到這麽多熱量
- 那33g是多少莫耳丙烷？
- 好啦 1mol有多重呢？
- 1mol碳是12g
- 1mol氫原子是1g
- 那1mol丙烷就是3×12…
- 所以這個乘3
- 因爲有3個碳原子和8個氫原子
- 再×8
- 就等於36+8
- 所以等於44
- 所以丙烷是44g/mol 對嗎？
- 這是… 我寫下來
- 是44g/mol
- 現在 假如我給你33g丙烷
- 那是多少莫耳？
- 呐 33g乘以… 我想會是
- 乘以1/44 mol/g
- 我不必把gram全寫出來
- 然後g消掉了
- 我給了你33/44mol
- 也就是0.75mol
- 那如果1mol丙烷能産生這麽多能量
- 3/4mol就會産生3/4的這些能量
- 所以只要用這個乘以0.75就行
- 得到了1,664
- 2219×0.75 等於1,664
- 所以假如我給你1mol丙烷
- 讓它和足夠的氧氣燃燒
- 就會産生2,200KJ能量
- 這是係統釋放的
- 所以這邊的係統剩余的能量少一些
- 但是假如給你33g丙烷
- 就是的3/4mol
- 那麽大約會釋放1,600kJ能量
- 好啦
- 希望你學到有用的東西了