2015年第6期 化学教育hp:/小wwwh对水org) ·21· 在化学反应中，若令其反应物、产物分别进 限稀释标准摩尔生成焓的计算。 完全氧化反应，会生成种类、物质的量完全相同的 H,(85a 完全氧化物。依据这一原理，可以对a,A十…→ :Y十…的化学反应设计能级图，计算该反应的培 △，H(HC) 变，如图2所示】 AH(CT.aq.oo C AH(HC1,aqj ∑aAH A.H: diag 3离子标准摩尔生成格计算示意 4应用举例 许多有机化合物与氧进行完全氧化反应很容 图】燃烧计算反应示意图 易，而要由单质直接合成却很难在实验中进行。因 反应物完全氧化具有的燃烧格之和为 此，有些有机化合物的标准摩尔生成烙是通过标准 ∑a,△H,而产物完全氧化所具有的燃烧格之 摩尔燃烧烙推算得到的 如已知29815K时苯 和为∑y,△HP。因此，反应物发生化学反应变 烯(C,HC:H,g)的燃烧格为△H9 -443 k1/mol,试求其同温度下的生成烩△H。对于该 为产物所具有的标准摩尔反应烙为 计算过程，可以设计相应的能级图，如图4所示 △，HR-∑a,AH-∑y41H (2) 解。由图4可知要计算苯乙烯的标准摩尔生 3离子标准摩尔生成烩 成 「通过单质石墨和氢气的燃烧与苯乙烯的 水溶液中进行离子反应时，也会伴有热的交 燃烧烙进行计算。由于苯乙烯中含C原子8个 换，为了计算这种热，需要引入离子的标准摩尔生 含氢原子8个，故单质右恩和氢气的物质的量分别 成焓由于溶液中离子总是同时存在，为了获得单 为8mol和4mol。所以苯乙烯的标准摩尔生成 离子无限稀释时的标准摩尔生成烙，热力学规定 给为】 H(aq,∞)的标准摩尔生成格为零，即 △H=8A.Hc+4H. △，H(H十，ag,oo)■0。基于此规定可以获得其他 经查表-)可知，石墨和氢气的标准摩尔燃烧 离子无限稀释时的标准摩尔生成培。 格分别为一39351和-28583k/mol,所以苯乙 以HC1(g)为例，若要计算29815K时 烯的标准摩尔生成焓为 C离子无限稀释标准摩尔生成烙，可设计如图 4H8-[8×(-39351) 所示的能级图。图中△H(H,q,o)利 4×(-285.83)-( 4437)]=1456kJ/m0 △H(CT,aq,∞)分别代表无限稀释时H+和CI 离子的标准摩尔生成烙：△H(HC)代表标准摩 8A,He △H 尔生成烙：△H(HC,aq,∞)代表无限稀释标准 摩尔溶解 如图3所示，若已知29815K时，HC1(g 4A H 的标准摩尔生成格△H(HCI)=一9231kJ/mol Fig 4 Cale 和无限稀释标准摩尔溶解烙△H8(HCl,aq,∞) =一7477kJ/mo-,则有如下等式成立，即 5 结论 △H(H q9 )+△Hg(CT,aq,o） 把已知培变以及未知的烙变设计到能级图中 △H8(HCI)+△aH8(HCl,aq,oo) 可以从整体上观察各焓变之间的关系，并且可以出 因为规定△H8(H,aq,∞)=0，所以 立能量平衡的等式，从而进行反应培或者离子标准 H(CI.ag)H(HCD+ )=-167.08kJ/m0 摩尔生成烙的计 。发现使用能级图可以明确图中 △He(HC1,a 各项的物理意义，令计算过程清晰可见。 同理，可以设计类似的能级图进行其他离子无 994-2015 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.htp://www.enkine在化学反应中，若令其反应物、产物分别进行 完全氧化反应，会生成种类、物质的量完全相同的 完全氧化物。依 据 这 一 原 理，可 以 对ａｊＡ＋ … → ｙｉＹ＋… 的化学反应设计能级图，计算该反应的焓 变，如图２所示。 Ｆｉｇ．２ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｒｅａｃｔｉｏｎｅｎｔｈａｌｐｙｂｙｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｔｈａｌｐｙ 图２ 燃烧焓计算反应焓示意图 反 应 物 完 全 氧 化 具 有 的 燃 烧 焓 之 和 为 ∑ ｊ ａｊΔｃＨｍ，ｊ ，而产物完全氧化所具有的燃烧焓之 和为 ∑ｉ ｙｉΔｃＨｍ，ｉ 。因此，反应物发生化学反应变 为产物所具有的标准摩尔反应焓为 ΔｒＨｍ ＝ ∑ ｊ ａｊΔｃＨｍ，ｊ － ∑ｉ ｙｉΔｃＨｍ，ｉ （２） ３ 离子标准摩尔生成焓 水溶液 中 进 行 离 子 反 应 时，也会伴有热的交 换，为了计算这种热，需要引入离子的标准摩尔生 成焓。由于溶液中离子总是同时存在，为了获得单 一离子无限稀释时的标准摩尔生成焓，热力学规定 Ｈ＋ （ａｑ，∞） 的标准摩尔生 成焓为零， 即 ΔｆＨｍ （Ｈ＋ ，ａｑ，∞）＝０。基于此规定可以获得其他 离子无限稀释时的标准摩尔生成焓。 以 ＨＣｌ （ｇ） 为 例，若 要 计 算 ２９８．１５ Ｋ 时， Ｃｌ－ 离子无限稀释标准摩 尔 生 成 焓，可 设 计 如 图３ 所 示 的 能 级 图。 图 中 ΔｆＨｍ （Ｈ＋ ，ａｑ，∞） 和 ΔｆＨｍ （Ｃｌ－ ，ａｑ，∞）分别代表无限稀释时 Ｈ＋ 和 Ｃｌ－ 离子的标 准 摩 尔 生 成 焓；ΔｆＨｍ （ＨＣｌ）代表 标 准 摩 尔生成焓；ΔｓｏｌＨｍ （ＨＣｌ，ａｑ，∞）代表无限稀释标准 摩尔溶解焓。 如图３所 示，若 已 知２９８．１５Ｋ 时，ＨＣｌ （ｇ） 的标准摩尔生成焓 ΔｆＨｍ （ＨＣｌ）＝ －９２．３１ｋＪ／ｍｏｌ 和无 限 稀 释 标 准 摩 尔 溶 解 焓 ΔｓｏｌＨｍ （ＨＣｌ，ａｑ，∞） ＝ －７４．７７ｋＪ／ｍｏｌ［４－５］，则有如下等式成立，即 ΔｆＨｍ （Ｈ＋ ，ａｑ，∞）＋ΔｆＨｍ （Ｃｌ－ ，ａｑ，∞）＝ ΔｆＨｍ （ＨＣｌ）＋ΔｓｏｌＨｍ （ＨＣｌ，ａｑ，∞） 因为规定 ΔｆＨｍ （Ｈ＋ ，ａｑ，∞）＝０，所以 ΔｆＨｍ （Ｃｌ－ ，ａｑ，∞）＝ ΔｆＨｍ （ＨＣｌ）＋ ΔｓｏｌＨｍ （ＨＣｌ，ａｑ，∞）＝－１６７．０８ｋＪ／ｍｏｌ 同理，可以设计类似的能级图进行其他离子无 限稀释标准摩尔生成焓的计算。 Ｆｉｇ．３ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｉｏｎｉｃｓｔａｎｄａｒｄｍｏｌａｒｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｔｈａｌｐｙ 图３ 离子标准摩尔生成焓计算示意图 ４ 应用举例 许多有机化合物与氧进行完全氧化反应很容 易，而要由单质直接合成却很难在实验中进行。因 此，有些有机化合物的标准摩尔生成焓是通过标准 摩尔燃烧焓推算得到的。如已知２９８．１５Ｋ 时苯乙 烯 （Ｃ６Ｈ５Ｃ２Ｈ３，ｇ）的燃 烧 焓 为 ΔｃＨｍ ＝ －４４３７ ｋＪ／ｍｏｌ，试求其同温度下的生成焓 ΔｆＨｍ 。对于该 计算过程，可以设计相应的能级图，如图４所示。 解：由图４可知，要计算苯乙烯的标准摩尔生 成焓，可通过单质石墨和氢气的燃烧焓与苯乙烯的 燃烧 焓 进 行 计 算。由 于 苯 乙 烯 中 含 Ｃ 原 子 ８ 个， 含氢原子８个，故单质石墨和氢气的物质的量分别 为８ｍｏｌ和 ４ ｍｏｌ。所 以 苯 乙 烯 的 标 准 摩 尔 生 成 焓为： ΔｆＨｍ ＝８ΔｃＨｍ，Ｃ ＋４ΔｃＨｍ，Ｈ２ －ΔｃＨｍ，苯乙 烯 经查表［４－５］可知，石墨和氢气的标准摩尔燃烧 焓分别为－３９３．５１和－２８５．８３ｋＪ／ｍｏｌ，所以苯乙 烯的标准摩尔生成焓为： ΔｆＨｍ ＝ ［８× （－３９３．５１）＋ ４× （－２８５．８３）－ （－４４３７）］＝１４５．６ｋＪ／ｍｏｌ Ｆｉｇ．４ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｔｈａｌｐｙｏｆｓｔｙｒｅｎｅ 图４ 苯乙烯生成焓计算示意图 ５ 结论 把已知焓变以及未知的焓变设计到能级图中， 可以从整体上观察各焓变之间的关系，并且可以建 立能量平衡的等式，从而进行反应焓或者离子标准 摩尔生成焓的计算。发现使用能级图可以明确图中 各项的物理意义，令计算过程清晰可见。 ２０１５年第６期 化 学 教 育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ） ·２１·