熱化學反應焓變計算的幾種求解方法

◇ 遼寧 方 正

絕大部分化學反應都伴隨著能量的變化,即包含吸熱或者放熱的過程,因而也就產生了反應焓變這一概念．它是化學中十分重要的概念,但是高中化學學習中,有很多學生無法正確地計算反應焓變,歸根結底是因為對概念性質等理解不透徹．因此,在教授這部分知識時,可以加強對概念及計算方法的講解,幫助大家更好地掌握計算方法,提升計算效率．

1 變化圖示,呈現總和之差

眾所周知,化學反應的實質就是舊鍵斷裂以及新鍵形成的過程．在計算熱化學反應焓變時,可以將化學鍵斷裂以及形成過程所吸收或者釋放的能量用圖示表達,然后依據圖示所呈現的總和之差直接進行計算．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,加深對這一概念的理解；同時還能提升反應焓變的計算效率．

圖1

通過圖示表示化學反應的過程,學生能夠清晰地掌握吸熱、放熱反應過程能量的變化,繼而求解反應焓變．但是在通過圖示計算時,大家還應當注意化學鍵斷裂以及形成的數量,否則很容易由于粗心造成計算結果錯誤．

2 中和反應,考慮放出熱量

在計算中和反應的反應焓變時,學生們可以先求解放出的熱量Q,然后根據Q/n計算焓變．為了加深大家對該概念的理解并掌握相關計算方法,教師可以在教學過程中帶領學生一起進行分析,掌握計算原理．

例如,教師引導學生分析以下中和反應的焓變：HCl(aq)＋Na OH(aq)＝Na Cl(aq)＋H2O(l),首先根據Q＝cmΔt求出該反應所釋放的能量,然后求解生成1mol液態水所對應的能量即可．參與反應的HCl和Na OH均為100m L,且濃度均為0.5mol·L－1,反應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,進而求得該反應的焓變為ΔH＝－Q/0．05mol＝－108.8k J·mol－1．

計算中和反應的焓變實際上就是計算該反應所放出的熱量,學生可以通過計算每生成1mol液態水時所產生的熱量得出對應中和反應的反應焓變．但是在求解焓變時,學生一定要注意物質的狀態,每一狀態下物質的能量都是不同的．

3 燃燒過程,注重物質生成

燃燒過程是我們最熟悉的一類反應．初中時期學生就已經學習過燃燒反應的條件等知識．如何計算燃燒過程的反應焓變是每一位學生都需要掌握的,而燃燒熱是十分重要的一個概念．在化學學習中學生可以通過燃燒熱計算對應燃燒過程的反應焓變．

“CH3OH(l)＋O2(g)＝CO(g)＋2 H2O(l)”是甲醇不完全反應生成CO的化學方程式,教師可以以此為例帶領學生進行分析講解：我們所學過的燃燒熱指的是1mol純物質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．學生可以分別從一氧化碳和甲醇的燃燒熱入手,假設分別為ΔH1、ΔH2,應用蓋斯定律,就能夠得出該反應的焓變,為ΔH2－ΔH1．這樣應用蓋斯定律,結合已知物質的燃燒熱,大家就能夠快速地求出該反應的焓變．可見,在計算燃燒過程的反應焓變時,需要我們關注物質的生成．通過應用燃燒熱這一概念提升計算效率．

教師應當通過教學引導學生熟練地掌握幾種計算方法,提升化學學習效率,為大家以后的化學學習打下堅實的基礎．