反应热 思维导图
中心主题：反应热
（图片来源网络，侵删）
基本概念
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定义
- 核心：化学反应过程中，当反应物和生成物的温度相同时,所放出或吸收的热量。
- 别称：反应焓变，符号为 ΔH。
- 单位：kJ/mol 或 J/mol (指按反应方程式中的化学计量数进行反应时焓变的值)。
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特点
- 状态函数：只取决于反应的始态（反应物）和终态（生成物），与反应的具体路径、条件（如是否使用催化剂）、反应速率无关。
- 具有广度性质：ΔH 的数值与物质的量成正比，方程式中的化学计量数加倍，ΔH 也加倍。
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反应热与键能的关系
- 本质：反应热旧化学键断裂与新化学键形成所吸收和释放能量的差值。
- 计算公式：
ΔH = 反应物总键能 - 生成物总键能 - 解释：
- 吸热反应：断裂旧键吸收的总能量 > 形成新键释放的总能量 (ΔH > 0)。
- 放热反应：断裂旧键吸收的总能量 < 形成新键释放的总能量 (ΔH < 0)。
类型
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燃烧热
（图片来源网络，侵删）- 定义：在 25°C 和 101 kPa 压强下， 1 mol 纯物质 完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。
- 符号：ΔHc (c 代表 combustion)。
- 单位：kJ/mol。
- 要点：
- “完全燃烧”：指物质中的元素完全转化为指定稳定产物。
- C → CO₂(g)
- H → H₂O(l)
- S → SO₂(g)
- N → N₂(g)
- “生成稳定氧化物”：生成物状态必须明确，特别是水必须是液态（H₂O, l）。
- “1 mol 纯物质”：燃烧热的数值是针对1 mol 该物质而言的。
- “完全燃烧”：指物质中的元素完全转化为指定稳定产物。
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中和热
- 定义：在稀溶液中，强酸和强碱发生中和反应生成 1 mol H₂O(l) 时所放出的热量。
- 符号：ΔHh (h 代表 heat of neutralization)。
- 单位：kJ/mol。
- 要点：
- “稀溶液”：稀溶液中，酸和碱的电离可以看作是完全的,忽略电离热。
- “强酸和强碱”：反应的实质是 H⁺ + OH⁻ = H₂O(l)。
- “生成1 mol H₂O(l)”：中和热的数值是针对生成1 mol 水而言的。
- 标准值：对于强酸强碱的中和反应，ΔHh ≈ -57.3 kJ/mol。
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溶解热
- 定义：在一定温度和压强下,一定量的物质溶解在溶剂中形成饱和溶液时所放出或吸收的热量。
- 类型：
- 吸热溶解：如 NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq) (ΔH > 0)。
- 放热溶解：如 NaOH(s) → Na⁺(aq) + OH⁻(aq) (ΔH < 0)。
表示方法
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热化学方程式
- 定义：表明反应所放出或吸收热量的化学方程式。
- 书写要点：
- 标明状态：必须在各化学式后用括号注明物质的聚集状态，如
g(气)、l(液)、s(固)、aq(水溶液)，状态不同，ΔH 不同。 - 标明ΔH：在方程式右边或下方注明 ΔH 的数值和正负号，放热为“-”，吸热为“+”。
- 指明计量数：化学计量数可以是整数，也可以是分数，计量数不同，ΔH 也不同,必须与方程式一一对应。
- 不标注反应条件：与普通方程式不同，热化学方程式不标注“点燃”、“加热”、“催化剂”等，因为这些条件不影响 ΔH。
- 标明状态：必须在各化学式后用括号注明物质的聚集状态，如
- 示例：
H₂(g) + 1/2 O₂(g) = H₂O(l) ΔH = -285.8 kJ/mol(放热)C(s, 石墨) + H₂O(g) = CO(g) + H₂(g) ΔH = +131.3 kJ/mol(吸热)
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能量变化图
（图片来源网络，侵删）- 图示：以反应进程为横坐标,能量为纵坐标的示意图。
- 关键点：
- 反应物总能量：曲线的起点。
- 生成物总能量：曲线的终点。
- 活化能：从反应物总能量达到最高点（活化络合物）所需的能量。
- 反应热 (ΔH)：生成物总能量与反应物总能量的差值。
- 放热反应：生成物总能量 < 反应物总能量，ΔH 为负,曲线下降。
- 吸热反应：生成物总能量 > 反应物总能量，ΔH 为正,曲线上升。
计算
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盖斯定律
- 化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关,而与反应的途径无关。
- 核心思想：可以像代数方程式一样,通过热化学方程式的加减组合来求未知的反应热。
- 计算步骤：
- 写出目标反应的热化学方程式。
- 找出已知的热化学方程式，通过乘以或除以适当的系数,使其反应物和生成物与目标反应一致。
- 将处理后的方程式进行相加或相减，ΔH 也进行相应的运算。
- 消去中间产物，得到目标反应及其 ΔH。
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利用键能计算
- 公式：
ΔH = 断裂化学键的总键能 - 形成化学键的总键能 - 步骤：
- 写出反应物和生成物的结构式（或电子式）,明确所有化学键。
- 查表或题目给出各化学键的键能数据。
- 计算反应物中所有需要断裂的化学键的键能之和。
- 计算生成物中所有新形成的化学键的键能之和。
- 代入公式计算 ΔH。
- 公式：
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利用燃烧热计算反应热
- 思路：将反应物和生成物都燃烧成稳定的氧化物,利用它们燃烧热的差值来计算反应热。
- 公式：
ΔH = Σ(反应物的燃烧热) - Σ(生成物的燃烧热) - 注意：燃烧热本身是放热，数值为负,计算时要代入带符号的数值。
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利用中和热计算反应热
- 思路：根据反应中生成水的物质的量来计算。
- 公式：
放出的总热量 = n(H₂O) × |ΔHh| - 应用：常用于测定中和热实验中计算溶液的比热容等。
影响因素
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内因（决定性因素）
- 物质本身：反应物的结构和性质不同，反应热也不同，完全燃烧1 mol H₂、C、CO放出的热量不同。
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外因（影响ΔH数值，但改变不大）
- 反应物和生成物的状态：状态不同，能量不同，ΔH 不同。
C(s) + O₂(g) = CO₂(g) ΔH₁C(s) + 1/2 O₂(g) = CO(g) ΔH₂H₂(g) + 1/2 O₂(g) = H₂O(g) ΔH₃H₂(g) + 1/2 O₂(g) = H₂O(l) ΔH₄ΔH₄ < ΔH₃，ΔH₁ ≠ ΔH₂。
- 物质的量：反应物的量不同，反应热的绝对值也不同，但单位物质的量的反应热（ΔH）不变。
- 温度和压强：对于涉及气体的反应，温度和压强的改变会影响 ΔH，但通常我们使用的是 298 K (25°C) 和 101 kPa 下的标准反应热（ΔHθ）。
- 反应物和生成物的状态：状态不同，能量不同，ΔH 不同。
应用
- 热化学方程式的书写与正误判断
- 反应热的计算（综合运用盖斯定律、键能等方法）
- 能源利用
- 燃料的选择：选择燃烧热高、资源丰富、污染小的燃料（如氢能、天然气）。
- 反应热的利用：放热反应用于供暖、发电（如火力发电）；吸热反应用于制冷。
- 化工生产
- 选择反应条件：根据反应热，选择合适的温度和压强,以获得最大的产率并节约能源。
- 生物体内能量代谢
食物的消化、ATP的合成与水解等都是生物体内的化学反应,伴随着能量的变化。
