化学反应热的计算与应用

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  摘 要:在我们的生活、工作、学习和生产充斥着化学反应热的计算与应用。化学反应热是化学反应系统能量变化的体现,是可以被人类直接和间接利用的能量。化学反应热是化学反应的必要产物,化学反应是化学反应热的必要源泉,是人类生活和生产活动的必要能量。化学反应热的计算可以分为直接和间接两种。具体计算方法可以分为量热计测量法、燃烧热、键能法、焓法、物质本身能量、热化学方程式和盖斯定律七种。
  关键词:化学;反应热;计算;应用
  1.引言
  化学是人类从分子和原子角度认识世界和改变世界的重要学科。它与工业、农业、日常生活、医学、材料等均有十分紧密的联系,对人类社会的发展和进步有着重要的作用。化学研究的对象涉及物质之间的传递与转化和物质和能量之间的传递与转化,它们通常由化学反应来进行。其中物质与能量的传递与转化,通常表现为系统热量的变化,温度或升高,或降低。
  化学反应是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。化学反应热是化学反应的必要产物,化学反应是化学反应热的必要源泉。化学反应热是化学反应过程释放或吸收能量的多少,通常由焓差△H来表示。它的考察在高考中已经发生了重大变化,考察内容更加综合化、全面化和贴近学生的实际生活。
  2.基本原理
  化学反应热是恒压以及不作非膨胀功情况下,化学反应生成物的温度回到反应物的起始温度时体系所放出或吸收的热量 [1]。换句话说,化学反应热通常是指:反应体系在等温、等压过程中发生化学变化时所放出或吸收的热量。化学反应热按其产生原理可以分为:生成热、燃烧热和中和热三种。化学反应热是重要的热力学数据。在一个化学反应中,反应物的总能量大于生成物的总能量,则称该反应是放热反应,△H<0,反之则为吸热反应,△H>0。物质的燃烧热是指,气压101kP 时1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所释放的热量 [2]。中和热是指,强酸与强碱发生中和反应生成 1molH2O 时所放出的热量[2]。反应热的理论计算公式如下:
  等压反应中: (1)
  涉及气体反应中: (2)
  涉及液体和固体反应中: (3)
  式中:U是热力学能;p是压强;H是焓;n是物质的量;T是绝对温度;R表示气体常数。
  3.计算方法
  反应热的计算是高中化学考试的重点,更多是人类在利用物质和改变世界过程所需确定的重要参数。反应热的计算可以通过直接计算和间接求解计算:
  (1)直接计算
  a.量热计测量法:通过反应热对溶液进行升温或降温,用比热容公式进行计算:Q=cm△t;
  b.燃烧热计算:测量一定质量物质燃烧放出热量进而得出没摩尔质量可燃物的反应热;
  c.焓法计算:包括标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓。
  标准摩尔生成焓:反应热表示反应物在反应状态下的标准摩尔生成焓与它在化学方程式中的化学计量系数的乘积的代数和;标准摩尔燃烧焓:反应热是所有参与反应的物质在该状态下的标准摩尔燃烧焓与该物质在化学方程式中的化学计量系数的乘积的代数和的相反数;
  d.物质本身能量计算:通过化学方程式得出所有反应物总能量和生成物总能量,相减得到反应热。
  (2)间接计算
  a.热化学方程式计算:反应热的绝对值与参加化学反应的物质的量成正比;
  b.利用键能计算:可以分为据反应物化学键断裂与生成物化学键形成时能量变化计算和据反应物的键能总和与生成物的键能总和之差计算;
  c.盖斯定律:反应热是矢量,与反应路径无关而与反应体系的初态和末态有关。常用于求解不能被直接测量的物质的反应热 [3]。
  4.应用
  化学源于生活,又应用于生活。我们应该将化学知识用于实际生活中,解决实际问题,学以致用,并在生活中对化学知识得到更好的理解。生活中比较常见的化学反应及其反应热形式和计算方法举例如下:
  (1)燃烧煤及煤气产生的热量烧水和发电等。燃烧热,可以通过量热计直接求解;
  (2)运载火箭,液氢和液氧的燃烧,提供推动力。燃烧热,可由物质本身能量进行计算;
  (3)工厂生产硫酸过程,需用稀硫酸吸收三氧化硫,同时放出大量的热给水升温。生成热,可以用量热计直接求解;
  (4)CO自身能量确定,可以通过盖斯定律进行计算;
  (5)电解水过程,可由键能计算。
  (6)H2O2和H2SO4混合液萃取电路板金属粉末中的铜。生成热,可以由焓法計算;
  (7)固态红磷P和气态Cl2的生成PCl5反应。生成热,可由物质本身能量进行计算;
  (8)强酸、强碱中和反应释放热量。中和热,可以通过热化学方程式计算;
  (9)电动汽车燃料电池和蓄电池,反应热转化为电能。
  参考文献
  [1] 佚名.化学反应与能量[J].高中生学习:高三版,2013(11):31-36.
  [2] 刘均照,张英锋,马子川.对高中化学“三热”表示方法的分析与探讨[J].中小学教学研究,2013(10):38-40.
  [3] 乔家健.盖斯定律及其应用[J].中学生数理化:教与学,2010(12).
  (作者单位:娄底一中高三1510班)
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