1molH,O电解成Hz和0z需电量2F,环境对系统做功:Wt-(-2X96500×2.2)kJ=—424.6kJW-W+W= (— 424.6 +3. 75)kJ—420.85kJAU -Q- W=(139+420.85)kJ= 281.85kJAH=AU+A(pV)=AU+AV(281.85+3.75)kJ 285.6kJ△U和△H是系统状态函数的改变量,只与始、终态有关,而与途径无关。即与做什么功(Wv或W"),过程是否可逆无关。此AH=285.6kJ是指25℃、p9下,下面反应:H,O(1) =H(g) + 号02(g)2的反应热。即:A,H = 285.65kJ -mol-1= A,H(H,g) + AH(O2g) - A,H(H,O,1)2所以A,H(H2O,1)=—285.6kJ -mol1从等压反应热与等容反应热的关系(1-12):AH=AU+AnRT-28:
可得AU=AH-AnRT3X8.314X298X10-3285.6-2= 281.87kJ上述结果与用功和热计算的结果相同。在本题的计算过程中,特别注意公式的适用条件,不要硬套乱用,以免出错。例题1-17求反应:CH(g)+H0(g)=C0(g)+3Hz(g)1000K时的反应热。已知298K时,HO(1)、CO(g)和CO(g)的生成热分别为一285.8、一110.5、-393.5kJ,mol-1,CH,(g)的燃烧热为一890.4kJ·mol-1;水的汽化热为44.02kJ·mol-1;CH(g)、H2O(g)、CO(g)和H2(g)的定压热容Cm分别为35.7、33.6、29.1、28.8·K-1.mol°1(假设均可当作常数)。解根据题给条件,可以利用生成热数据先求出298K时的反应热,然后再应用基尔翟夫方程求算高温下的反应热。但值得注意的是题给生成热数据中的H20是液态,而参与反应的是气态HO,所以不能简单套用,需首先求出气态HO的生成热。在热化学中,相变过程亦可写成热化学方程式的形式进行热化学计算,即H,0(1)--H20(g)HH(HO,g)—HHO1)所以HHOg)+HH=(44.02-285.8)kJ·mol-1=-24l.8kJ.mol-1然后,还需求出CH(g)的生成热,题目只给出CH(g)的燃烧热。CH,(g)+20,(g)=C0z(g)+2H,0(1):29
A.HE-A.H=AH(CO2g)+2AH(H0,1)—AH(CHg)—2AH(O2g)AH (CH,+g)—(CO2g)+2HH0)—2H(O2g)A.H2=[—393.5—2×285.8—0—(—890.4)]kJ.mo1-1=-74.8kJ*mol-1再求反应CH(g)+HO(g)一CO(g)十3Hz(g)在298K时的反应热:A,H(298K)-A,H(CO,g)+0—A,H(CHg)—AH(H,O,g)=[—110.5—(—74.8)—(-241.8)]kJ*mol-1=206.1kJ ·mol-1根据基尔霍夫方程,反应的热容差:AC,=3C,.m(H2.g)+Cm(CO,g)-Cp.m(CH..g) - Cp.m(H,O,g)=(3X28.8+29.1-35.7-33.6)JK-1.mol-1-46.2J.K-1.mol-1因为各参与反应物质的C,均可视为常数:AH(1000K)=A,H(298K)+AC.(1000K -298K)=[206.1+ 46.2×10-3(1000—298)JkJmol-1=238.5kJ.mol-1求算该反应在298K时的反应热,亦可直接应用热化学反应方程加和的方法::30
O2(g)-H20(1),(1)Hz(g)+2A,H(1)=-285. 8kJ - mol-2(2) H2O(1)—H,O(g),A,H(2)=44.0kJ·mol-11O,(g)-CO(g),A,H(3)= -110. 5kJ - mo1-1(3) C(s)+2(4) C(s)+O2(g)—COz(g),△,H(4)=393.5kJmol-(5)CH(g)+20,(g)CO02<g)+2H,0(1),A,H(5)=-890.4kl.mol-1(5)—3×(1)—(2)十(3)—(4)可得:CH (g)+H,O(g)--CO(g)+3H(g)所以A,H(298K)=△H(5)-3A,H(1)-A,H(2)+4,H(3)-A.H(4)890.4—3X(-285.8)-44.0+(--110.5)-(-393.5)JkJ ·mol-1206.0kJ:mol-1这种直接加和的方法比较简便,但有时也容易发生错误,必须十分仔细方可。运算过程中退到相同物质项的合并或相消时,必须注意物态是否一致,只有一致时方可。因此,书写热化学反应方程式时,各物质都必须注明物态,以免混消。例题1-1825C时,将1molHz(g)放人10mol0z(g)中充分燃烧。已知H2(g)、O(g)和H.O(g)的等压热容Cm分别为27.2、27.2和33.6J·K-1·mol-1(均可视为常数),25C时H,0(g)的生成热为-241.8kJ.mol-1,水的汽化热为44.0kJ·mol-1,求:(1)该反应在298K时的A,U;(2)该反应在498K时的△H:.31.1
(3)若反应在绝热刚性的容器中进行,估计容器内的最高温度。解(1)25C时,H(g)在过量的0(g)中充分燃烧的产物是液态水,即液态水的生成反应:1O,(g)-H,O(1), A,H(1)=△,H (H,O,1)① Hz(g)+2② H20(1)-H,0(g),pH(2)=44. 0kJ-mal-1寸O,(g)-H,O(g), ,H(3)=A,H常 (H,O,g)③ H(g)+2①=-?-②:AH(1)AH(3)-AH=(—241.8—44.0)kJ·mol-1=-285. 8kJ·mol1AUG(1)-A,H(1)-△n(g)RT-[-285.8-(0-1.5)X8.314X298X10-JkJ*mol-1=—282.1kJ-mol-i此处应该注意系统变化的物质的量,本题是1molH(g)充分燃烧,正好与反应方程式一致,否则还需要折算,n(g)是反应前后气体的物质的量之差,本题产物为液态水,所以,△n(g)一(0-1-0. 5)mol=-1.5mol。(2)498K时,H,(g)充分燃烧的产物是气态H,O,即:H2(g)+102(g)-H,0(g)0A,H(298K)=A,H(H2O,g)=—241.8kJ-mol-1该反应的热容差:--C..(g)AC, =Cp.m(H,O,g)-Cp.m(H2-g)-→×27. 2 J-K-1-mof-33. 6--27.2--7.2J-K-1-moi-1·32