对高中化学“三热”表示方法的分析与探讨

2013-09-19刘均照张英锋马子川

中小学教学研究 2013年10期

刘均照，张英锋，马子川

（1.秦皇岛市第一中学，河北秦皇岛 066006；2.河北师范大学化学与材料科学学院，河北石家庄 050016）

在高中新课程标准教科书中，增加了焓变的概念，即恒压热效应。课本中也给出了明确的说明:当ΔH为“-”或 ΔH＜0时，为放热反应；当 ΔH 为“+”或 ΔH＞0时，为吸热反应[1]。由于在燃烧热和中和热的表示方法上，教科书只是在用焓变表示反应热时遵守了这一惯例，但在用语言叙述时恰恰没有遵守这个惯例，故不同版本教科书，甚至高考题中都出现了分歧和混淆现象。

一、教科书中的表示方法

（一）燃烧热

什么是燃烧热？对于这个问题人教版（人民教育出版社出版）和苏教版（凤凰教育出版社出版）教科书都给出了定义。人教版选修4第7页“101kP时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。”[1]从定义中我们能看出，表示的放出的热量。所以在表示方法上可以有两种形式。如果用ΔH表示应该带着正负号；如果直接用数值表示可以不带正负号比较。但是在教师用书中给的课后题的参考答案无论用ΔH表示还是直接说明数值都带着正负号，比如化学选修4教师教学用书第20页“已知CH4的燃烧热为-889.6kJ/mol”[2]类似的话在后面的补充习题中也有出现。可见新教科书中已经明确把燃烧热看成一种反应热，完全按照反应热的要求去表示。

而苏教版在第8页:“在101kP下，1mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热[3]。”这里就是把燃烧热规定为反应热，而且成为标准燃烧热，这还是比较准确的，但是与人教版教科书定义上时有出入的。我认为其表示方法无论用ΔH还是直接说明都应该带着正负号，这也在后面的课后题中有所体现。苏教版化学选修4第28页本专题作业第4题的题干中出现了这样的语言:“已知天然气的主要成分为CH4，标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1。煤气的种类较多，多为氢气、一氧化碳等的混合物，已知氢气的标准燃烧热为-285.8kJ·mol-1，一氧化碳的标准燃烧热为-283.0kJ·mol-1。”[3]

可见，不同版本的教科书对于燃烧热的定义有偏差，杨香涛，陈世明[4]就曾提出融合两种定义，提出:在101kP下，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的物质时所放出的热量叫做标准燃烧热。笔者也比较赞同这种观点，这个定义即体现了与大学教课书的衔接，又有与原来知识的统一。

（二）中和热

对于中和热的定义，在人教版教科书必修2中提了出来:“酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量成为中和热。”[5]可以看出这也是作为释放放热量

在第29页有“一元强酸跟一元强碱中和时，中和热为-57.3kJ/mol”，[2]而在同一页的后面又出现了“1 molCH3COOH与1 mol NaOH溶液反应时，中和热是56.0kJ/mol”。[2]可见教师教学用书对于中和热的表示方法也没有重视，存在混淆使用情况。

二、高考题中的表示方法

燃烧热和中和热在高考题中表示方法屡屡出现，但是笔者搜集各省市的高考题时发现，各省市高考题中对于燃烧的考察标准并不一致。下面举近几年高考题例子加以分析。

（一）认同不带正负号高考试题

例1.（2009四川9）25℃，101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ/mol，辛烷的燃烧热为5518 kJ/mol。下列热化学方程式书写正确的是

A.2H+（aq）+SO42-+SO42-（aq）+Ba2+（aq）+2OH-（aq）=BaSO4（s）+2H2O（1）；ΔH=-57.3 kJ/mol

B.KOH（aq）+1/2H2SO4（aq）=1/2K2SO4（aq）+H2O（l）；ΔH=-57.3 kJ/mol

C.C8H18（1）+25/2O2（g）=8CO2（g）+9H2O（g）；ΔH=-5518 kJ/mol

D.2C8H18（g）+25O2（g）=16CO2（g）+18H2O（1）；ΔH=-5518 kJ/mol

答案选B，中和热和燃烧热都没有带负号。

例2.（2008四川7）下列关于热化学反应的描述中正确的是

A.HCl和NaOH反映的中和热ΔH=-57.3 kJ/mol，则 H2SO4和 Ca（OH）2反映的中和热 ΔH=2×（-57.3）kJ/mol

B.CO（g）的燃烧热是283.0 kJ/mol，则2CO2（g）=2CO（g）+O2（g）反应的ΔH=2×283.0 kJ/mol

C.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

D.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

答案选 B，CO（g）的燃烧热是 283.0 kJ/mol。不加正负号。四川省高考题连续两年出现相同的问题，可见认同的是燃烧热和中和热不带负号。

例3.（2006天津13）已知反应:①101 kPa时，2C（s）+O2（g）=2CO（g）；ΔH=-221 kJ/mol

②稀溶液中，H=（aq）+OH-（aq）=H2O（1）；ΔH=-57.3 kJ/mol

下列结论正确的是

A.碳的燃烧热大于110.5 kJ/mol

B.①的反应热为221 kJ/mol

C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3 kJ/mol

D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水，放出57.3kJ热量

答案选A，天津高考卷也认同燃烧热不带负号，中和热带负号错误。

例4.（2006重庆10）25℃、101 kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、890.3 kJ/mol、2800 kJ/mol,则下列热化学方程式正确的是

A.C（s）+1/2O2（g）=CO（g）；ΔH=-393.5 kJ/mol

B.2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）；ΔH=+571.6 kJ/mol

C.CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）；ΔH=-890.3 kJ/mol

D.1/2C6H12O6（s）+3O2（g）=3CO2（g）+3H2O（l）；ΔH=-1400 kJ/mol

答案选D，题干所给数据燃烧热均不带负号，依次为 393.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、890.3 kJ/mol、2800 kJ/mol。

除了选择题，在Ⅱ卷也有体现，比如2004年天津高考题第27题第I小题中“已知丙醛的燃烧热为1815 kJ/mol，丙酮的燃烧热为1719 kJ/mol，试写出丙醛燃烧的热化学方程式______________。”天津市高考题目中多次出项相同问题，同样处理为不带负号。在2009宁夏高考题的第28题第（5）小题“已知单质硫的燃烧热为 296 kJ·mol-1，计算由 S（s）生成 3 mol SO3（g）的ΔH________（要求计算过程）。”也同样未给出负号。

可见从四川省、重庆市、天津市对于燃烧热的表示方法认同不带正负号的情况，甚至宁夏（新课标卷）2009年的高考题中也出现类似的问题。

（二）认同带正负号高考试题

例5.（2011浙江12）下列说法不正确的是

A.已知冰的熔化热为6.0 kJ·mol-1，冰中氢键键能为 20 kJ·mol-1，假设 1 mol冰中有 2mol氢键，且熔化热完全用于破坏冰的氢键，则最多只能破坏冰中15%的氢键

B.已知一定温度下，醋酸溶液的物质的量浓度为c，电离度为 α若加入少量醋酸钠固体，则CH3COOH⇌CH3COO-+H+向左移动，α减小，K变小

C.实验测得环己烷（l）、环己烯（l）和苯（l）的标准燃烧热分别为-3916 kJ·mol-1、-3747 kJ·mol-1和-3265 kJ·mol-1，可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键

D.已知:Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g），ΔH=+489.0 kJ·mol-1

C（石墨）+O2（g）=CO2（g）；ΔH=-393.5 kJ·mol-1

则 4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）；ΔH=-1641.0 kJ·mol-1

答案选B，题目中C选项作为正确选项处理，即标准燃烧热应该带负号。

例6.（2010浙江卷12）下列热化学方程式或离子方程式中，正确的是

A.甲烷的标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）ΔH=-890.3 kJ·mol-1

B.500℃、30MPa下，将 0.5mol N2和 1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3（g），放热19.3 kJ，其热化学方程式为:N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH=-38.6 kJ·mol-1

C.氯化镁溶液与氨水反应:Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓

D.氧化铝溶于NaOH溶液:Al2O3+2OH-+3H2O=2Al（OH）3

答案选C，浙江省连续两年出现标准燃烧热的问题都处理为带负号，另外浙江省使用苏教版教科书，其试卷也与其教科书一致。

例7.（2010全国2·7）下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式（25℃，101kPa）:

①C4H10（g）+13/2O2（g）=4CO2（g）+5H2O（l）ΔH=-2878 kJ/mol

②C4H10（g）+13/2O2（g）=4CO2（g）+5H2O（g）ΔH=-2658 kJ/mol

③ C4H10（g）+9/2O2（g）=4CO（g）+5H2O（l） ΔH=-1746 kJ/mol

④ C4H10（g）+9/2O2（g）=4CO（g）+5H2O（g）ΔH=-1526 kJ/mol

由此判断，正丁烷的燃烧热是

A.-2878kJ/mol B.-2658kJ/mol

C.-1746kJ/mol D.-1526kJ/mol

答案选A，从这个题目可以看出，全国2卷也认同带负号处理燃烧热。

例 8.（2008 宁夏 13）已知 H2（g）、C2H4（g）和C2H5OH（1）的燃烧热分别是-285.8 kJ·mol-1、-1411.0 kJ·mol-1和-1366.8 kJ·mol-1，则由C2H4（g）和H2O（l）反应生成 C2H5OH（l）的 ΔH 为

A.-44.2kJ·mol-1 B.+44.2kJ·mol-1

C.-330kJ·mol-1 D.+330kJ·mol-1

答案选A，宁夏卷（新课标卷）题干的要求看又是认同燃烧热是带负号。

同样的，除了选择题，这样的情况在Ⅱ卷也有体现，比如在2011全国高考新课标试卷中的第27的题的题干中出现这样的语言“已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热 ΔH 分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。”2011 年的新课标卷（原宁夏卷）也是认同燃烧热带着负号，但是宁夏卷2008、2009、2011三年都出现了燃烧热，但是表示方法却是不一致，这就出项较多的矛盾。

所以，不带负号是大家对概念侧重理解在“燃烧”放热，“中和”放热已成是事实，彼此心里都清楚；但当用ΔH表示时就必须按概念来了，这是意义上的“焓”了；带负号是大家从始至终就在用概念去制约它的应用，即把燃烧热和中和热作为反应热来处理。因而就出现了上述的不同的表示方法在高考题答案中都有对的时候，标准不统一。

三、大学《物理化学》教科书中的说法

据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）1990年的推荐，体系吸热为正值，放热为负值，我国国家标准也已经采纳，这已经是热力学中的惯例。这在大学《物理化学》教科书中也有体现。

（一）《物理化学》中燃烧热的定义

在朱传征、许海涵主编的《物理化学》教科书第48页给燃烧热下了一个定义:“1mol的物质在指定条件下完全燃烧时放出的热量称为燃烧热。所谓燃烧热是指产物处于稳定的聚集状态”。“因而规定25℃ 1Pa下，1 mol处于稳定聚集态完全燃烧时所放出的热量称为该物质的标准燃烧热。”[6]

（二）《物理化学》中燃烧热的表示方法

在朱传征、许海涵主编的《物理化学》教科书中没有明确说明表示方法，但是在例题和课后习题中有所体现。比如在62页第21题“在25℃，Pθ时，丙烯腈（CH2=CHCN）、石墨和氢气的燃烧热分别为-1761 kJ·mol-1，-393.5kJ·mol-1和-285.9kJ·mol-1，[6]这道题目题干中的燃烧热一律带负号表示，体现了教科书对于燃烧热作为反应热的一个体现。