熱化學方程式的表述方法探究

◇　湖北　佘小華

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熱化學方程式的表述方法探究

◇湖北佘小華

熱化學方程式中涉及熱量的轉換傳遞,對實際化學反應具有明顯的影響．ΔH代表了熱力學函數,也是化學反應中熱量變化的一個表征手段．因此,在熱化學方程式的表述中,需要結合ΔH正確表述熱化學方程式．

1　引入ΔH的必要性和依據

從化學反應的實質說來,每一個反應過程都伴隨著一定的能量變化,而熱量是該能量變化的主要表現形式,一般將其稱為熱反應．根據熱反應可以將化學反應分為吸熱反應和放熱反應．顧名思義,吸熱反應就是該化學反應需要吸收熱量才能促使反應進行,而放熱反應是該化學反應進行過程中會放出一定的熱量．比如,碳在氧氣中燃燒的反應就屬于放熱反應,可以表述為C(固)+O2(氣)=CO2(氣)+393.5kJ．上式是舊版教材中放熱反應的表述,但是,該反應產生的熱量只有在理論狀態下,才可達到393.5kJ,在實際環境中存在一定的偏差．所以,直接用熱量變化的數值進行方程式的書寫,存在一定的不足之處．而根據國際標準的規定,可以用ΔH或是ΔS表述熱量變化(ΔH表示焓的變化,ΔS表示熵的變化)．在高中化學中,熱化學反應主要是指在一定壓強條件下發生的熱反應,依據熱力學定律,反應熱力學能變化量等于外界做功和系統熱量兩者之和,即ΔU=Q+W,ΔU即為熱力學能,Q為系統熱量,W為外界做功．而化學反應處于恒壓狀態,該式可以表述為ΔU=Qp+W,Qp=ΔH．由此,就可以把ΔH引入到熱化學反應中．

2　引入ΔH之后的表述

在引入ΔH之后,熱化學方程式的書寫發生了一定變化,這一點首先需要明確．根據相關規定,熱力學中內能統一稱為熱力學能,并將其定義為ΔU=Q+W．對于Q、W而言,是依照系統能量的增加作為“+”進行定義的．在引入ΔH之后,對于放熱反應而言,其ΔH為“-”或者ΔH<0,說明化學反應系統的能量減少．對于吸熱反應而言,其ΔH為“+”或者ΔH>0,說明化學反應系統的能量增加．

在物相表示方面,均利用對應的英文字母進行表示,即固體用s表示,液體用l表示,氣體用g表示,水溶液用aq表示．基于此,前文所表述的碳在氧氣中燃燒的化學反應可以表示為

C(s)+O2(g)=CO2(g)+393.5kJ．

最后,在熱量表示方面,前文已經對引入ΔH作了詳細分析,反應具體吸收或放出的熱量應該用ΔH表示,并在其后利用ΔH=-393.5kJ表示反應具體的熱量變化． 所以,上述反應方程式可進一步改寫為C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1．

由此可以總結出熱化學方程式的正確表述方法,首先應該依照反應原理寫出基本的反應方程式,然后對各反應物質的物相狀態進行標注,最后在方程式后添加熱量變化數值．

3　反應進度和ΔH的相互關系

所謂反應進度,其實質是指化學反應的反應程度,即參與反應的物質有多少參與了化學反應生成了其他物質．雖然在教學內容中并沒有提出反應進度這一概念,但是在高中化學應該予以明確．反應進度具有計量單位,并非物質的量．反應進度與熱反應方程式的書寫形式有關,而與反應參與的物質并沒有太大關聯．由于反應進度和化學反應直接相關,所以在使用反應進度對化學反應進行表征時,必須指明其對應的反應方程式,否則沒有意義．如氫氣在氧氣中燃燒反應可生成水,其標準摩爾焓變為ΔHm(298.15K)=-483.6kJ·mol-1,但這是不明確的．根據熱化學反應的實質說來,反應過程的狀態變化可以通過反應進度進行基本表征,在熱化學方程式表述中將其引入,可以有效處理出現在物理量綱上的矛盾．

比如,在書寫氫氣在氧氣中燃燒這個化學方程式時,就可以將其表述為O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)ΔHm(298.15K)=-483.6kJ·mol-1．這樣書寫代表了1molO2和H2完全反應所生成的水以及放出的熱量．但若是以H2作為考量點,表述1molH2和O2完全反應生成水以及熱量,就要將上式改寫為

ΔHm(298.15K)=-241.8kJ·mol-1．

熱化學反應方程式的正確表示對明確化學反應原理具有極其重要的作用．在引入ΔH后,熱化學反應方程式的表示進一步趨向規范和統一．所以,不論是在教學或是在學習的過程中,教師和學生都應該掌握熱化學方程式的正確表述方式,以準確書寫反應方程式．

湖北省襄陽市老河口市高級中學)