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P和體積V的乘積，即H=U PV。

焓是熱力學的基本概念之一?？偟膩碚f，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來求，焓變可以通過測恒壓熱效應求得。

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，為了表達方便，專門設為一個符號，H即U PV，之所以要提出焓這一物理量，是因為U 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。由于一般的化學反應大都是在等壓下進行的，所以焓更有實用價值。

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焓(enthalpy)，符號H，是一個系統(tǒng)的熱力學參數(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，V則為體積。

對于在大氣內(nèi)進行的化學反應，壓強一般保持常值，則有

ΔH = ΔU pΔV

規(guī)定放熱反應的焓取負值。 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。

嚴格的標準熱化學方程式格式: H2(g) 1/2O2(g)==H2O(l) ΔrHθm=-286kJ·mol-1(θ表示標準態(tài),r表示反應,m表示1mol反應.含義為標準態(tài)下進行一摩爾反應的焓變)

我們設想在同一溫度下發(fā)生同上的1mol反應：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，而使等溫等壓反應，若反應發(fā)生時同樣沒有做其他功，反應的熱效應多大"para" label-module="para">

Qp=△U p△V=△U RT∑vB(g)

式中△U≡U終態(tài)-U始態(tài)≡U反應產(chǎn)物-U反應物，式中∑vB(g)=△n(g)/mol，即發(fā)生1mol反應，產(chǎn)物氣體分子總數(shù)與反應物氣體分子總數(shù)之差。由該式可見，對于一個具體的化學反應，等壓熱效應與等容熱效應是否相等，取決于反應前后氣體分子總數(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∣Qp∣〉∣QV∣，等壓過程放出熱多于等容過程放出熱，;若反應前后氣體分子總數(shù)增加，對于放熱反應，∣Qp∣〈∣QV∣，反應前后內(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。同樣的，對于吸熱反應也可以類推得到。

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，化學反應在等溫等壓下發(fā)生，不做其他功時，反應的熱效應等于系統(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)反應的熱效應決不會等于系統(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)，具有實際應用的價值。這樣處理，包含著熱力學的一個重要思想方法：在一定條件下發(fā)生一個熱力學過程顯現(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)。

應當指出，焓變在數(shù)值上等于等溫等壓熱效應，這只是焓變的度量方法，并不是說反應不在等壓下發(fā)生，或者同一反應被做成燃料電池放出電能，焓變就不存在了，因為焓變是狀態(tài)函數(shù)，只要發(fā)生反應，同樣多的反應物在同一溫度和壓力下反應生成同樣多的產(chǎn)物，用同一化學方程式表達時，焓變的數(shù)值是不變的。

另外，我們在反應焓的符號前面沒有加上反應的溫度條件，是因為溫度不同，焓變數(shù)值不同。但實驗事實告訴我們，反映焓變隨溫度的變化并不太大，當溫度相差不大時，可近似地看作反應含不隨溫度變，以下內(nèi)容只作這種近似處理，不考慮焓變隨溫度的變化。實驗和熱力學理論都可以證明：反應在不同壓力下發(fā)生，焓變不同。但當壓力改變不大時，不作精確計算時，這種差異可忽略，可借用標準態(tài)數(shù)據(jù)。2100433B

量熱計測定焓實驗目的

1、用氧彈量熱計測定萘的摩爾燃燒焓。

2、了解熱量計中主要部分的作用，掌握氧彈量熱機的實驗技術(shù)。

量熱計測定焓實驗原理

本實驗采用氧彈式量熱機測定萘的燃燒焓，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（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。實驗測得的是恒容反應熱Q_V，通過

即可計算得到萘的摩爾燃燒焓Δ_CH_m。

整個量熱計可看做一個等容絕熱系統(tǒng)，其熱力學能變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

實驗測得熱容量K后，根據(jù)上式計算Q_V,B，進而換算為樣品的摩爾熱力學能變Δ_CU_m(B,T)，再算出樣品的摩爾燃燒焓D_cH_m(B,T)。

本實驗用已知標準摩爾燃燒焓的苯甲酸[Δ_CH_{m(苯甲酸，s,298.15K)}= -3226.71kJ/mol]來測定量熱計的熱容量K，Ql= -6.699J·cm。重復實驗，測定萘的摩爾燃燒焓。

由于量熱計無法做到完全絕熱，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。

量熱計測定焓實驗儀器、試劑

儀器：氧彈量熱計一臺，壓片機一臺，萬用表一只，貝克曼溫度計一支，溫度計（0℃~100℃）一支，點火絲，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）

量熱計測定焓實驗裝置

量熱計測定焓實驗步驟

1、熱量容K的測定

⑴準確截取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，使壓力達到1~2MPa。將氧彈置于充氧器底座上，使進氣口對準充氧器的出氣口。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，確認密封良好后進行下一步實驗。

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，，將貝克曼溫度計的傳感器豎直插入量熱計蓋上的孔中，其末端應處于氧彈高度的1/2處。插好點火插頭，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)溫度達到恒定時，開始初期溫度讀數(shù)，每隔30s讀數(shù)一次。當讀第10次時，將開關(guān)旋至點火檔，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，取出溫度計傳感器，拔掉引火導線，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，則說明此實驗失敗，需重做。若無積碳，則說明實驗成功。取出為燒完的點火絲，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驗。

2、萘的恒熔燃燒熱值測定

稱取0.6945g左右的萘，實驗步驟同上。

量熱計測定焓數(shù)據(jù)記錄與處理

室溫： 12.8℃ 大氣壓力：101.54KPa

⑴苯甲酸的實驗數(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萘的實驗數(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）

最后計算實驗的相對誤差。

量熱計測定焓結(jié)果與討論

1.造成誤差的原因有：

a試劑如果不純，就會影響實驗結(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，導致測量長度時讀數(shù)會有所偏差

2、用氧彈量熱計測定燃燒焓時，要盡可能在接近絕熱的條件下進行，但我們的實驗中不可能完全接近絕熱。 2100433B

量熱計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（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。

熱力學性質(zhì)廣度性質(zhì)

因為U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。

熱力學性質(zhì)非守恒量

例如氫氣和氧氣在絕熱鋼瓶中反應生成水，Q=W=0，ΔU=0，即熱力學能守恒，但因為過程中不等壓，p2>p1，ΔH=ΔU V(p2-p1)=V(p2-p1)>0，焓不守恒。

熱力學性質(zhì)應用

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. 對于等溫下的化學反應，若反應吸熱，產(chǎn)物的焓高于反應物的焓；若反應放熱，產(chǎn)物的焓應低于反應物的焓。

熱力學性質(zhì)焓變

焓是與內(nèi)能有關(guān)的物理量，反應在一定條件下是吸熱還是放熱由生成物和反應物的焓值差即焓變（△H）決定。在化學反應過程中所釋放或吸收的能量都可用熱量（或換成相應的熱量）來表示，叫反應熱，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。