化学反应中焓变的计算

摘要

对于一个系统，焓被定义为该系统内能加上其体积与外界作用于该系统的压强的乘积的总和。焓作为一个描述系统状态的状态函数，其本身没有明确的物理意义。而焓变表示的是系统发生一个过程的焓的增量，有公式：

Δ H = Δ U + Δ ( p V ) = Q + W + p Δ V + V Δ p \Delta H=\Delta U+\Delta(pV)=Q+W+p\Delta V+V\Delta p ΔH=ΔU+Δ(pV)=Q+W+pΔV+VΔp

现实生活中的许多化学反应可以近似认为处于恒温恒压条件，在只做体积功的前提下，有： W = W 体积 = − p Δ V , Δ p = 0 W=W_{体积}=-p\Delta V, \Delta p=0 W=W体积​=−pΔV,Δp=0 Δ H = Q + V Δ p = Q \Delta H=Q + V\Delta p=Q ΔH=Q+VΔp=Q

这也是人们研究化学反应中的焓变的原因之一，在恒温恒压且只做体积功的情况下，焓变与反应热数值相等，这使得焓变能够较为容易地被人为测量。

本文研究了化学反应的焓变的几种计算方法，并对这几种计算方法的共性作出总结，以提出间接计算焓变的快速方法以及其原理。

一、通过燃烧焓计算焓变

1.摩尔燃烧焓( Δ c H m θ \Delta_c H_m^{\theta} Δc​Hmθ​)的定义

摩尔燃烧焓指的是一摩尔的纯物质与氧气完全反应产生稳定的化合物时放出的热量。

2.使用燃烧焓计算焓变

由燃烧热的定义，物质燃烧的焓变等于燃烧热的相反数，则：

反应物 = 反应物的燃烧产物 Δ H = − 反应物燃烧热 ( 1 ) 反应物 = 反应物的燃烧产物 \ \ \ \ \ \Delta H=-反应物燃烧热 \ \ \ \ \ (1) 反应物=反应物的燃烧产物 ΔH=−反应物燃烧热 (1)

生成物 = 生成物的燃烧产物 Δ H = − 生成物燃烧热 ( 2 ) 生成物 = 生成物的燃烧产物 \ \ \ \ \ \Delta H=-生成物燃烧热 \ \ \ \ \ (2) 生成物=生成物的燃烧产物 ΔH=−生成物燃烧热 (2)

由于反应物与生成物的燃烧产物必然相同，由 (1)-(2)：

Σ 反应物 = Σ 生成物 Δ H = Σ 生成物燃烧热 − Σ 反应物燃烧热 \Sigma反应物 = \Sigma生成物 \ \ \ \ \ \Delta H=\Sigma生成物燃烧热-\Sigma反应物燃烧热 Σ反应物=Σ生成物 ΔH=Σ生成物燃烧热−Σ反应物燃烧热

Δ r H m θ = Σ i n i Δ c H m θ ( 生成物 ) − Σ i n i Δ c H m θ ( 反应物 ) \Delta_r H_m^{\theta}=\mathop \Sigma \limits_i n_i\Delta_c H_m^{\theta}(生成物)- \mathop \Sigma \limits_i n_i\Delta_c H_m^{\theta}(反应物) Δr​H