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        熱化學(xué)反應(yīng)焓變計(jì)算的幾種求解方法

        2020-02-02 09:57:16遼寧
        高中數(shù)理化 2020年24期
        關(guān)鍵詞:燃燒熱計(jì)算方法熱量

        ◇ 遼寧 方 正

        絕大部分化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化,即包含吸熱或者放熱的過程,因而也就產(chǎn)生了反應(yīng)焓變這一概念.它是化學(xué)中十分重要的概念,但是高中化學(xué)學(xué)習(xí)中,有很多學(xué)生無法正確地計(jì)算反應(yīng)焓變,歸根結(jié)底是因?yàn)閷?duì)概念性質(zhì)等理解不透徹.因此,在教授這部分知識(shí)時(shí),可以加強(qiáng)對(duì)概念及計(jì)算方法的講解,幫助大家更好地掌握計(jì)算方法,提升計(jì)算效率.

        1 變化圖示,呈現(xiàn)總和之差

        眾所周知,化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是舊鍵斷裂以及新鍵形成的過程.在計(jì)算熱化學(xué)反應(yīng)焓變時(shí),可以將化學(xué)鍵斷裂以及形成過程所吸收或者釋放的能量用圖示表達(dá),然后依據(jù)圖示所呈現(xiàn)的總和之差直接進(jìn)行計(jì)算.這樣一來,大家不僅能夠清晰地觀察到吸熱過程和放熱過程所需要的能量大小,加深對(duì)這一概念的理解;同時(shí)還能提升反應(yīng)焓變的計(jì)算效率.

        圖1

        通過圖示表示化學(xué)反應(yīng)的過程,學(xué)生能夠清晰地掌握吸熱、放熱反應(yīng)過程能量的變化,繼而求解反應(yīng)焓變.但是在通過圖示計(jì)算時(shí),大家還應(yīng)當(dāng)注意化學(xué)鍵斷裂以及形成的數(shù)量,否則很容易由于粗心造成計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤.

        2 中和反應(yīng),考慮放出熱量

        在計(jì)算中和反應(yīng)的反應(yīng)焓變時(shí),學(xué)生們可以先求解放出的熱量Q,然后根據(jù)Q/n計(jì)算焓變.為了加深大家對(duì)該概念的理解并掌握相關(guān)計(jì)算方法,教師可以在教學(xué)過程中帶領(lǐng)學(xué)生一起進(jìn)行分析,掌握計(jì)算原理.

        例如,教師引導(dǎo)學(xué)生分析以下中和反應(yīng)的焓變:HCl(aq)+Na OH(aq)=Na Cl(aq)+H2O(l),首先根據(jù)Q=cmΔt求出該反應(yīng)所釋放的能量,然后求解生成1mol液態(tài)水所對(duì)應(yīng)的能量即可.參與反應(yīng)的HCl和Na OH均為100m L,且濃度均為0.5mol·L-1,反應(yīng)前后體系溫度升高了3.4℃,2種溶液的密度均為2g·cm-3,反應(yīng)后溶液的比熱容為4J·(g·℃)-1,那么放出熱量為Q=cmΔt=4J·(g·℃)-1×200m L×2g·cm-3×3.4℃=5.44k J,進(jìn)而求得該反應(yīng)的焓變?yōu)棣=-Q/0.05mol=-108.8k J·mol-1.

        計(jì)算中和反應(yīng)的焓變實(shí)際上就是計(jì)算該反應(yīng)所放出的熱量,學(xué)生可以通過計(jì)算每生成1mol液態(tài)水時(shí)所產(chǎn)生的熱量得出對(duì)應(yīng)中和反應(yīng)的反應(yīng)焓變.但是在求解焓變時(shí),學(xué)生一定要注意物質(zhì)的狀態(tài),每一狀態(tài)下物質(zhì)的能量都是不同的.

        3 燃燒過程,注重物質(zhì)生成

        燃燒過程是我們最熟悉的一類反應(yīng).初中時(shí)期學(xué)生就已經(jīng)學(xué)習(xí)過燃燒反應(yīng)的條件等知識(shí).如何計(jì)算燃燒過程的反應(yīng)焓變是每一位學(xué)生都需要掌握的,而燃燒熱是十分重要的一個(gè)概念.在化學(xué)學(xué)習(xí)中學(xué)生可以通過燃燒熱計(jì)算對(duì)應(yīng)燃燒過程的反應(yīng)焓變.

        “CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)”是甲醇不完全反應(yīng)生成CO的化學(xué)方程式,教師可以以此為例帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分析講解:我們所學(xué)過的燃燒熱指的是1mol純物質(zhì)在特定條件下完全燃燒所放出的熱量,這道題目是甲醇不完全燃燒的過程.學(xué)生可以分別從一氧化碳和甲醇的燃燒熱入手,假設(shè)分別為ΔH1、ΔH2,應(yīng)用蓋斯定律,就能夠得出該反應(yīng)的焓變,為ΔH2-ΔH1.這樣應(yīng)用蓋斯定律,結(jié)合已知物質(zhì)的燃燒熱,大家就能夠快速地求出該反應(yīng)的焓變.可見,在計(jì)算燃燒過程的反應(yīng)焓變時(shí),需要我們關(guān)注物質(zhì)的生成.通過應(yīng)用燃燒熱這一概念提升計(jì)算效率.

        教師應(yīng)當(dāng)通過教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生熟練地掌握幾種計(jì)算方法,提升化學(xué)學(xué)習(xí)效率,為大家以后的化學(xué)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

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