高中化學：化學反應的熱效應

在日常生活、生產中，人們廣泛利用一些化學反應釋放的能量，如何定量描述一個化學反應釋放或吸收的熱量呢？用什麼方法可以測定、計算這些熱量呢？

一、化學反應的反應熱

1、定義：化學上規定，當化學反應的反應物與產物的溫度相同時，反應所吸收或釋放的能量稱為該反應在此溫度下的熱效應，簡稱反應熱。

2、表示符號：通常用Q表示，且反應放熱時，反應體系減少熱量， Q為負；反應吸熱時，反應體系增加熱量，Q為正。

3、決定因素：對於一個給定的化學反應，反應熱與反應物的物質的量、狀態及反應條件（如溫度、壓強、溶液的濃度等）有關。

4、測量方法：反應熱的數據可以用量熱計測量。在測量反應熱的實驗中，反應吸收或放出的熱量可以通過反應前後體系溫度的變化來計算：Q＝－C（T2-T1）

其中，C代表溶液及量熱計的熱容，T2 、T1 分別代表反應前和反應后體系的熱力學溫度（T＝ t +273.15℃）。

二、化學反應的焓變

1、焓變

（1）定義：為了描述與反應熱有關的能量變化，引入了一個叫做「焓」的物理量，產物的總焓與反應物的總焓之差，稱為化學反應的焓變。用焓變來描述與反應熱有關的能量變化。

（2）表達式：△H ＝ H（產物）－H（反應物）

（3）焓變與反應熱的關係：如果化學反應過程中發生的是等壓反應，而且沒有電能、光能等其他形式能量轉化，則反應熱等於反應焓變，即Qp＝△H。

從上面的關係式可以看出：當△H>0時，產物總焓大於反應物總焓，反應是吸收能量的，為吸熱反應；相反△H<0時，為放熱反應。

2、熱化學方程式

（1）概念：將物質變化和反應熱同時表示出來的化學方程式稱為熱化學方程式。

如：2H2（g）+O2 （g）＝2H2O （l） △H（273K）＝－571.6KJ/mol表示的含義是在273K時，2mol氫氣和1mol氧氣反應生成2mol液態水時，放熱571.6KJ。

（2）書寫注意事項：

①在各物質的化學式後面用括弧註明聚集狀態，一般用英文字母g、l、s分別代表物質的氣態、液體、固態。

② 在 △H后要註明溫度，因為同一反應在不同溫度下進行時反應熱不同，通常298K時可以省略。

③標明△H的符號：吸熱表示為「＋」，放熱表示為「－」。

④△H的單位為J/mol或KJ/mol。其中，每mol是表明參加反應的各物質的物質的量與熱化學方程式中各物質的係數相同。

⑤熱化學方程式的係數可以是整數，也可以是分數，若各物質的係數加倍，則△H的數值也加倍；若反應逆向進行，則△H改變符號，但數值不變。

三、反應焓變的計算－蓋斯定律

1、蓋斯定律：一個化學反應無論是一步完成還是分幾步完成，反應的焓變是一樣的。

2、反應焓變的計算方法：由蓋斯定律可知，若一個化學方程式可由另外幾個化學方程式相加減而得到，則該化學反應的焓變即為這幾個化學反應焓變的代數和。因此可利用已知化學反應的熱效應，通過代數的加減來求得某一反應的熱效應。但運算時必須注意，欲消去的物質的種類、狀態均應該相同。

例1、已知化學方程式2C（s）+O2（l） ＝ 2CO（g），2CO（g）+O2（g）＝2CO2（g）都是放熱反應，據此判斷，下列說法不正確的是 （ ）

A、12g碳所具有的能量一定高於28gCO所具有的能量

B、56gCO和32gO2所具有的總能量大於88gCO2所具有的總能量

C、12gC和32gO2所具有的總能量大於44gCO2所具有的總能量

D、將一定質量的碳燃燒，生成CO2比生成CO時放出的熱量多

分析：本題考查反應物、生成物的能量大小與反應熱的關係。

解析：根據能量守恆規律，對於放熱反應，反應物的總能量一定大於生成物的總能量，但不同的反應物，如碳和CO，能量無法比較。

答案：A

例2、反應A（g）+B（g）→C（g） 的焓變△H>0，則該反應必定吸熱。這種說法對不對？為什麼？

分析：本題考查焓變的應用條件，要注意其應用範圍。

解析：如果化學反應過程中體系的壓強不變，而且沒有電能、光能等其他形式能量轉化，則反應熱等於焓變，即Qp＝△H＝H（產物）－H（反應物），由此看出，若△H>0，則說明反應吸熱；△H<0反應放熱。但如果反應過程中存在電能、光能等其他形式的能量轉化，則Qp≠△H。

答案：這種說法不正確。因為這種說法是有條件的，必須在化學反應過程中體系的壓強不變，而且除去伴隨體系體積改變而消耗能量外，沒有電能、光能等其他形式能量轉化時才能成立，否則不成立。

例3、0.3mol氣態高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼，放出649.5KJ熱量，其熱化學方程式為___________________________________；又知H2O （l）＝H2O （g） △H＝44KJ/mol，則11.2L（標準狀況）乙硼烷完全燃燒生成氣態水時，放出的熱量是 ____________。

分析：書寫熱化學方程式應該注意的事項是什麼，這是本題的考查重點。

解析：解本題首先要計算出每摩爾B2H6燃燒放出的熱量為：649.5KJ/0.3mol＝2165KJ/mol，則熱化學方程式為：B2H6（g）+3O2 （g）＝B2O3（s） +3H2O （l） △H＝－2165KJ/mol;

而1mol乙硼烷燃燒生成氣態水時，放熱應為△H＝－2165KJ/mol＋3×44KJ/mol＝-2033KJ/mol，故相應的熱化學方程式為：B2H6（g）+3O2 （g）＝B2O3（s） +3H2O （g） △H＝－2033KJ/mol，則11.2L（標準狀況）乙硼烷完全燃燒生成氣態水時，放出的熱量是 （11.2L/22.4L/mol）×2033KJ/mol＝1016.5KJ。

答案：B2H6（g）+3O2 （g）＝B2O3（s） +3H2O （l） △H＝－2165KJ/mol; 1016.5KJ

例4、已知下列熱化學方程式：

①Fe2O3（s）+3CO（g）＝2Fe（s）+3CO2（g）△H1＝－26.7KJ/mol

②3Fe2O3（s）+CO（g）＝2Fe3O4（s）+CO2（g）△H2＝－50.75KJ/mol

③3Fe3O4（s）+CO（g）＝3FeO（s）+CO2（g）△H3＝－36.5KJ/mol

不用查表，計算反應FeO（s）+CO（g）＝Fe（s）+CO2（g）的焓變。

分析：蓋斯定律究竟如何具體應用，熱化學方程式的相加減與相應焓變的相加減應保持相對的一致性。

解析：由蓋斯定律可知，若一個化學方程式可由另外幾個化學方程式相加減而得到，則該化學反應的焓變即為這幾個化學反應焓變的代數和。因此可利用已知化學反應的熱效應，通過代數的加減來求得某一反應的熱效應。但運算時必須注意，欲消去的物質的種類、狀態均應該相同，否則不能消去。

答案：令①×3－②－③×2得④

6FeO（s）+6CO（g）＝6Fe（s）+6CO2（g） △H4

再將④/6得：FeO（s）+CO（g）＝Fe（s）+CO2 （g） △H

故△H＝（3△H1－△H2－2△H3）/ 6

＝ [3×（-26.7KJ/mol）-（-50.75KJ/mol）-2×（-36.5KJ/mol）]/6

＝7.28KJ/mol