热化学方程式的表述方法探究

◇　湖北　佘小华



热化学方程式的表述方法探究

◇湖北佘小华

热化学方程式中涉及热量的转换传递,对实际化学反应具有明显的影响．ΔH代表了热力学函数,也是化学反应中热量变化的一个表征手段．因此,在热化学方程式的表述中,需要结合ΔH正确表述热化学方程式．

1　引入ΔH的必要性和依据

从化学反应的实质说来,每一个反应过程都伴随着一定的能量变化,而热量是该能量变化的主要表现形式,一般将其称为热反应．根据热反应可以将化学反应分为吸热反应和放热反应．顾名思义,吸热反应就是该化学反应需要吸收热量才能促使反应进行,而放热反应是该化学反应进行过程中会放出一定的热量．比如,碳在氧气中燃烧的反应就属于放热反应,可以表述为C(固)+O2(气)=CO2(气)+393.5kJ．上式是旧版教材中放热反应的表述,但是,该反应产生的热量只有在理论状态下,才可达到393.5kJ,在实际环境中存在一定的偏差．所以,直接用热量变化的数值进行方程式的书写,存在一定的不足之处．而根据国际标准的规定,可以用ΔH或是ΔS表述热量变化(ΔH表示焓的变化,ΔS表示熵的变化)．在高中化学中,热化学反应主要是指在一定压强条件下发生的热反应,依据热力学定律,反应热力学能变化量等于外界做功和系统热量两者之和,即ΔU=Q+W,ΔU即为热力学能,Q为系统热量,W为外界做功．而化学反应处于恒压状态,该式可以表述为ΔU=Qp+W,Qp=ΔH．由此,就可以把ΔH引入到热化学反应中．

2　引入ΔH之后的表述

在引入ΔH之后,热化学方程式的书写发生了一定变化,这一点首先需要明确．根据相关规定,热力学中内能统一称为热力学能,并将其定义为ΔU=Q+W．对于Q、W而言,是依照系统能量的增加作为“+”进行定义的．在引入ΔH之后,对于放热反应而言,其ΔH为“-”或者ΔH<0,说明化学反应系统的能量减少．对于吸热反应而言,其ΔH为“+”或者ΔH>0,说明化学反应系统的能量增加．

在物相表示方面,均利用对应的英文字母进行表示,即固体用s表示,液体用l表示,气体用g表示,水溶液用aq表示．基于此,前文所表述的碳在氧气中燃烧的化学反应可以表示为

C(s)+O2(g)=CO2(g)+393.5kJ．

最后,在热量表示方面,前文已经对引入ΔH作了详细分析,反应具体吸收或放出的热量应该用ΔH表示,并在其后利用ΔH=-393.5kJ表示反应具体的热量变化． 所以,上述反应方程式可进一步改写为C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1．

由此可以总结出热化学方程式的正确表述方法,首先应该依照反应原理写出基本的反应方程式,然后对各反应物质的物相状态进行标注,最后在方程式后添加热量变化数值．

3　反应进度和ΔH的相互关系

所谓反应进度,其实质是指化学反应的反应程度,即参与反应的物质有多少参与了化学反应生成了其他物质．虽然在教学内容中并没有提出反应进度这一概念,但是在高中化学应该予以明确．反应进度具有计量单位,并非物质的量．反应进度与热反应方程式的书写形式有关,而与反应参与的物质并没有太大关联．由于反应进度和化学反应直接相关,所以在使用反应进度对化学反应进行表征时,必须指明其对应的反应方程式,否则没有意义．如氢气在氧气中燃烧反应可生成水,其标准摩尔焓变为ΔHm(298.15K)=-483.6kJ·mol-1,但这是不明确的．根据热化学反应的实质说来,反应过程的状态变化可以通过反应进度进行基本表征,在热化学方程式表述中将其引入,可以有效处理出现在物理量纲上的矛盾．

比如,在书写氢气在氧气中燃烧这个化学方程式时,就可以将其表述为O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)ΔHm(298.15K)=-483.6kJ·mol-1．这样书写代表了1molO2和H2完全反应所生成的水以及放出的热量．但若是以H2作为考量点,表述1molH2和O2完全反应生成水以及热量,就要将上式改写为

ΔHm(298.15K)=-241.8kJ·mol-1．

热化学反应方程式的正确表示对明确化学反应原理具有极其重要的作用．在引入ΔH后,热化学反应方程式的表示进一步趋向规范和统一．所以,不论是在教学或是在学习的过程中,教师和学生都应该掌握热化学方程式的正确表述方式,以准确书写反应方程式．

湖北省襄阳市老河口市高级中学)