熱焓簡介

熱焓，也就是“焓”

焓——我們也稱之為“熱焓”。它是表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個狀態(tài)函數(shù)，通常用H來表示，其數(shù)值上等于系統(tǒng)的內(nèi)能U加上壓強(qiáng)P和體積V的乘積，即H=U PV。

焓是熱力學(xué)的基本概念之一。總的來說，封閉體系不做非體積功時的過程，內(nèi)能變化可以通過測定恒容熱效應(yīng)來求，焓變可以通過測恒壓熱效應(yīng)求得。

焓：H=U PV，這里要說明一下，焓在這里無明確的物理意義，可以理解為，為了表達(dá)方便，專門設(shè)為一個符號，H即U PV，之所以要提出焓這一物理量，是因?yàn)閁 PV經(jīng)常會用到，所以專門用一個符號來代替它。

在沒有其它功的條件下，體系在等容過程中所吸收的熱量全部用以增加內(nèi)能，體系在等壓過程中所吸收的熱量，全部用于使焓增加。由于一般的化學(xué)反應(yīng)大都是在等壓下進(jìn)行的，所以焓更有實(shí)用價(jià)值。

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焓(enthalpy)，符號H，是一個系統(tǒng)的熱力學(xué)參數(shù)。

物理意義：⑴H=U pV 焓=流動內(nèi)能 推動功

⑵焓表示流動工質(zhì)所具有的能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量

定義一個系統(tǒng)內(nèi):

H = U pV

式子中"H"為焓，U為系統(tǒng)內(nèi)能，p為其壓強(qiáng)，V則為體積。

對于在大氣內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，壓強(qiáng)一般保持常值，則有

ΔH = ΔU pΔV

規(guī)定放熱反應(yīng)的焓取負(fù)值。 如：

SO3(g) H2O(l)==H2SO4(l);ΔH= -130.3 kJ/mol

表示每生成1 mol H2SO4 放出 130.3 kJ 的熱。

嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)熱化學(xué)方程式格式: H2(g) 1/2O2(g)==H2O(l) ΔrHθm=-286kJ·mol-1(θ表示標(biāo)準(zhǔn)態(tài),r表示反應(yīng),m表示1mol反應(yīng).含義為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下進(jìn)行一摩爾反應(yīng)的焓變)

我們設(shè)想在同一溫度下發(fā)生同上的1mol反應(yīng)：2H2(g) O2(g)=2H2O(g)，但不是在等溫等容條件下，而是在等溫等壓條件下，或者說發(fā)生的不是等溫等容反應(yīng)，而使等溫等壓反應(yīng)，若反應(yīng)發(fā)生時同樣沒有做其他功，反應(yīng)的熱效應(yīng)多大"para" label-module="para">

Qp=△U p△V=△U RT∑vB(g)

式中△U≡U終態(tài)-U始態(tài)≡U反應(yīng)產(chǎn)物-U反應(yīng)物，式中∑vB(g)=△n(g)/mol，即發(fā)生1mol反應(yīng)，產(chǎn)物氣體分子總數(shù)與反應(yīng)物氣體分子總數(shù)之差。由該式可見，對于一個具體的化學(xué)反應(yīng)，等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)是否相等，取決于反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)是否發(fā)生變化，若總數(shù)不變，系統(tǒng)與環(huán)境之間不會發(fā)生功交換，于是，Qp=QV;若總數(shù)減小，對于放熱反應(yīng)∣Qp∣〉∣QV∣，等壓過程放出熱多于等容過程放出熱，;若反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)增加，對于放熱反應(yīng)，∣Qp∣〈∣QV∣，反應(yīng)前后內(nèi)能減少釋放的一部分能量將以做功的形式向環(huán)境傳遞，放出的熱少于等容熱效應(yīng)。同樣的，對于吸熱反應(yīng)也可以類推得到。

將上式展開又可得到：

Qp=△U p△V=(U終態(tài)-U始態(tài)) p(V終態(tài)-V始態(tài))

=(U終態(tài) pV終態(tài))-(U始態(tài) pV始態(tài))

由于U、p、V都是狀態(tài)函數(shù)，因此U pV也是狀態(tài)函數(shù)，為此，我們定義一個新的狀態(tài)函數(shù)，稱為焓，符號為H，定義式為H≡U pV，于是：

△H≡H終態(tài)-H始態(tài)= Qp

此式表明，化學(xué)反應(yīng)在等溫等壓下發(fā)生，不做其他功時，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)焓的變化量。請?zhí)貏e關(guān)注上句中的“不做其他功時”，若做其它功(如電池放電做功)反應(yīng)的熱效應(yīng)決不會等于系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)H的變化量△H。

我們之所以要定義焓這個函數(shù)，其原因是由于其變化量是可以測定的(等于等溫等壓過程不做其它功時的熱效應(yīng))，具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。這樣處理，包含著熱力學(xué)的一個重要思想方法：在一定條件下發(fā)生一個熱力學(xué)過程顯現(xiàn)的物理量，可以用某個狀態(tài)函數(shù)的的變化量來度量。QV=△U、Qp，都是這種思想方法的具體體現(xiàn)。在隨后的討論中，這種思想方法還將體現(xiàn)。

應(yīng)當(dāng)指出，焓變在數(shù)值上等于等溫等壓熱效應(yīng)，這只是焓變的度量方法，并不是說反應(yīng)不在等壓下發(fā)生，或者同一反應(yīng)被做成燃料電池放出電能，焓變就不存在了，因?yàn)殪首兪菭顟B(tài)函數(shù)，只要發(fā)生反應(yīng)，同樣多的反應(yīng)物在同一溫度和壓力下反應(yīng)生成同樣多的產(chǎn)物，用同一化學(xué)方程式表達(dá)時，焓變的數(shù)值是不變的。

另外，我們在反應(yīng)焓的符號前面沒有加上反應(yīng)的溫度條件，是因?yàn)闇囟炔煌首償?shù)值不同。但實(shí)驗(yàn)事實(shí)告訴我們，反映焓變隨溫度的變化并不太大，當(dāng)溫度相差不大時，可近似地看作反應(yīng)含不隨溫度變，以下內(nèi)容只作這種近似處理，不考慮焓變隨溫度的變化。實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)理論都可以證明：反應(yīng)在不同壓力下發(fā)生，焓變不同。但當(dāng)壓力改變不大時，不作精確計(jì)算時，這種差異可忽略，可借用標(biāo)準(zhǔn)態(tài)數(shù)據(jù)。2100433B

量熱計(jì)測定焓實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1、用氧彈量熱計(jì)測定萘的摩爾燃燒焓。

2、了解熱量計(jì)中主要部分的作用，掌握氧彈量熱機(jī)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

量熱計(jì)測定焓實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用氧彈式量熱機(jī)測定萘的燃燒焓，測量的基本原理是將一定量待測萘樣品在氧彈中完全燃燒，燃燒時放出的熱量使量熱計(jì)本身及氧彈周圍介質(zhì)的溫度升高。通過測定燃燒前后量熱計(jì)（包括氧彈周圍介質(zhì)）溫度的變化值，就可以求出該樣品的燃燒熱。實(shí)驗(yàn)測得的是恒容反應(yīng)熱Q_V，通過

即可計(jì)算得到萘的摩爾燃燒焓Δ_CH_m。

整個量熱計(jì)可看做一個等容絕熱系統(tǒng)，其熱力學(xué)能變ΔU為零。ΔU可表示為

已知m_B，Q_V,B，ΔT，則上式為：m_B Q_V，B lQ_l KΔT=0

實(shí)驗(yàn)測得熱容量K后，根據(jù)上式計(jì)算Q_V,B，進(jìn)而換算為樣品的摩爾熱力學(xué)能變Δ_CU_m(B,T)，再算出樣品的摩爾燃燒焓D_cH_m(B,T)。

本實(shí)驗(yàn)用已知標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓的苯甲酸[Δ_CH_{m(苯甲酸，s,298.15K)}= -3226.71kJ/mol]來測定量熱計(jì)的熱容量K，Ql= -6.699J·cm。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測定萘的摩爾燃燒焓。

由于量熱計(jì)無法做到完全絕熱，因此燃燒前后溫度差的測量值須經(jīng)雷諾溫度校正圖校正。

量熱計(jì)測定焓實(shí)驗(yàn)儀器、試劑

儀器：氧彈量熱計(jì)一臺，壓片機(jī)一臺，萬用表一只，貝克曼溫度計(jì)一支，溫度計(jì)（0℃~100℃）一支，點(diǎn)火絲，容量瓶（1000ml）一只，氧氣鋼瓶及減壓閥一只

試劑：萘（A.R），苯甲酸（A.R）

量熱計(jì)測定焓實(shí)驗(yàn)裝置

量熱計(jì)測定焓實(shí)驗(yàn)步驟

1、熱量容K的測定

⑴準(zhǔn)確截取15cm的引燃絲，將引燃絲中部繞成環(huán)狀。

⑵稱取苯甲酸0.7763g，在壓片機(jī)上壓成片狀。將樣品在桌面上敲擊2~3次，再在分析天平上準(zhǔn)確稱量。

⑶擰開氧彈蓋放在專用支架上，將彈內(nèi)洗凈，擦干。分別將引燃絲兩端固定在氧彈內(nèi)兩電極柱上，藥片置于不銹鋼坩堝中，使引燃絲接觸藥片表面，蓋上氧彈蓋并擰緊。

⑷打開氧氣瓶閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，使壓力達(dá)到1~2MPa。將氧彈置于充氧器底座上，使進(jìn)氣口對準(zhǔn)充氧器的出氣口。充氧至充氧器壓力表值約為1.0MPa，用放氣閥將氧彈中的氧氣放出，然后再次充氧約1 MPa，浸入水中檢查是否漏氣，確認(rèn)密封良好后進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

⑸將充有氧氣的氧彈放入內(nèi)桶底座上，檢查攪拌葉片是否正常工作。量取低于室溫的3000ml自來水倒入內(nèi)桶中，，將貝克曼溫度計(jì)的傳感器豎直插入量熱計(jì)蓋上的孔中，其末端應(yīng)處于氧彈高度的1/2處。插好點(diǎn)火插頭，裝好攪拌器，打開控制箱的電源開關(guān)，按下“攪拌”鍵。攪拌內(nèi)桶水。儀表開始顯示內(nèi)桶水溫。

⑹約5min~6min后，系統(tǒng)溫度達(dá)到恒定時，開始初期溫度讀數(shù)，每隔30s讀數(shù)一次。當(dāng)讀第10次時，將開關(guān)旋至點(diǎn)火檔，仍每隔30s讀一次主期溫度讀數(shù)，直至兩次溫差小于0.005℃時，再繼續(xù)讀溫10次，讀數(shù)精確到0.005℃。

⑺停止攪拌，取出溫度計(jì)傳感器，拔掉引火導(dǎo)線，取出氧彈并擦于其外殼，放掉氧氣，打開氧彈蓋，檢查燃燒是否完全。若內(nèi)有積碳，則說明此實(shí)驗(yàn)失敗，需重做。若無積碳，則說明實(shí)驗(yàn)成功。取出為燒完的點(diǎn)火絲，測量其長度。

⑻洗凈并擦干氧彈內(nèi)外壁，將內(nèi)桶蒸餾水倒入儲水桶，擦干全部設(shè)備。待氧彈及內(nèi)桶和攪拌器溫度與室溫平衡后再做下一步實(shí)驗(yàn)。

2、萘的恒熔燃燒熱值測定

稱取0.6945g左右的萘，實(shí)驗(yàn)步驟同上。

量熱計(jì)測定焓數(shù)據(jù)記錄與處理

室溫： 12.8℃ 大氣壓力：101.54KPa

⑴苯甲酸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

樣品質(zhì)量：0.626g 引燃絲初始長度：13.21cm

剩余引燃絲長度：3.7cm

⑵萘的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

樣品質(zhì)量：0.571g 引燃絲初始長度：12.21cm

剩余引燃絲長度：3.49cm

苯甲酸燃燒前后所得的一系列水溫和時間關(guān)系圖（大致趨勢如圖1）

萘燃燒前后所得的一系列水溫和時間關(guān)系圖（大致趨勢如圖2）

最后計(jì)算實(shí)驗(yàn)的相對誤差。

量熱計(jì)測定焓結(jié)果與討論

1.造成誤差的原因有：

a試劑如果不純，就會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測定

b在校正雷諾溫度時，看圖讀數(shù)會有誤差

c引燃絲不是直的，導(dǎo)致測量長度時讀數(shù)會有所偏差

2、用氧彈量熱計(jì)測定燃燒焓時，要盡可能在接近絕熱的條件下進(jìn)行，但我們的實(shí)驗(yàn)中不可能完全接近絕熱。 2100433B

量熱計(jì)測定焓的基本原理是將一定量待測萘樣品在氧彈中完全燃燒，燃燒時放出的熱量使量熱計(jì)本身及氧彈周圍介質(zhì)的溫度升高。通過測定燃燒前后量熱計(jì)（包括氧彈周圍介質(zhì)）溫度的變化值，就可以求出該樣品的燃燒熱（焓）。

熱力學(xué)中表征物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個重要狀態(tài)參量，常用符號H表示。焓的物理意義是體系中熱力學(xué)能再附加上PV這部分能量的一種能量。

焓具有能量的量綱，一定質(zhì)量的物質(zhì)按定壓可逆過程由一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，焓的增量便等于在此過程中吸入的熱量。焓定義為H=UpV，式中U為物質(zhì)的內(nèi)能，p為壓力，V為體積。

熱力學(xué)性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)

焓是體系的狀態(tài)函數(shù)，與變化的途徑無關(guān)，只要體系的狀態(tài)定了，焓就有唯一確定的值。焓的引入是通過無非體積功的等壓變化引出的。但絕不意味著只有在無非體積功的等壓過程才有焓存在，其他情況下就不存在焓。

熱力學(xué)性質(zhì)廣度性質(zhì)

因?yàn)閁和pV都是廣度性質(zhì)，所以焓H也是體系的廣度性質(zhì)。因U和pV具有能量的量綱，所以H也具有能量的量綱。由于pV>0，所以對于體系的同一狀態(tài)，恒有H>U。

熱力學(xué)性質(zhì)非守恒量

例如氫氣和氧氣在絕熱鋼瓶中反應(yīng)生成水，Q=W=0，ΔU=0，即熱力學(xué)能守恒，但因?yàn)檫^程中不等壓，p2>p1，ΔH=ΔU V(p2-p1)=V(p2-p1)>0，焓不守恒。

熱力學(xué)性質(zhì)應(yīng)用

1. 體系若吸熱，焓值升高；放熱，焓值降低

2. 對于均勻體系的簡單狀態(tài)變化，由于吸熱時體系的溫度升高，因此高溫物質(zhì)的焓要高于低溫物質(zhì)的焓。

3. 對于相變化，如固體變?yōu)橐后w，固體變?yōu)闅怏w即液體變?yōu)闅怏w都要吸收熱量，所以同種物質(zhì)的不同聚集狀態(tài)在同一溫度下的焓值不想等，H(g)>H(l)>H(s)。

4. 對于等溫下的化學(xué)反應(yīng)，若反應(yīng)吸熱，產(chǎn)物的焓高于反應(yīng)物的焓；若反應(yīng)放熱，產(chǎn)物的焓應(yīng)低于反應(yīng)物的焓。

熱力學(xué)性質(zhì)焓變

焓是與內(nèi)能有關(guān)的物理量，反應(yīng)在一定條件下是吸熱還是放熱由生成物和反應(yīng)物的焓值差即焓變（△H）決定。在化學(xué)反應(yīng)過程中所釋放或吸收的能量都可用熱量（或換成相應(yīng)的熱量）來表示，叫反應(yīng)熱，又稱“焓變”。焓是一個狀態(tài)量，焓變是一個過程量，如同瞬時速度是狀態(tài)量，平均速度是過程量。