量热题常先算出一个正的热量,再要求写出负的反应焓变。两步并不矛盾,它们描述了不同对象。下面是一道原创理论算例,数值和条件均为教学设定,不是实验操作指南,也不代替具体考试局的题目说明。
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先定义吸热的是哪一部分
设反应使100克溶液升温5摄氏度,题目允许把溶液比热容视为4.2焦每克每摄氏度,忽略容器吸热、环境散热和蒸发。这里的100克指溶液总质量,不是自动取某一种反应物的质量;温升5摄氏度与5开尔文温差数值相同。
计算溶液的能量变化
溶液吸收的热量q=mcΔT=100×4.2×5=2100焦,也就是2.1千焦。因为温度上升,按吸热为正的约定,溶液的q为正。这个数字表示本次给定规模的总热量,还不是每摩尔反应的数值,因此单位不能直接写成千焦每摩尔。
再把符号转给反应体系
在上述近似下,反应放出的热量由溶液吸收,q反应≈−q溶液=−2.1千焦。若反应在近似恒压条件下进行,且仅考虑通常的体积功等相应条件,可据此近似求反应焓变。溶液温升与放热反应的负号可以同时成立,不能把两个体系的符号混用。
按指定反应计量归一化
假设按所写反应方程式完成的反应进度为0.050摩尔,则该方程式对应的摩尔反应焓变约为−2.1/0.050=−42千焦每摩尔。必须核对给定物质的量与方程式系数:某反应物消耗0.050摩尔,不一定代表反应进度就是0.050摩尔。
解释误差方向也要说明前提
若实际上有热量散失而计算没有计入,在其他条件相同且温升测量可靠的前提下,推算出的放热量绝对值通常偏小。不能把所有偏差都说成散热造成,也不能因此随意补一个经验数。答案应保留所用质量、比热、温差、反应进度和恒压近似,让每一步的单位与对象都可复核。
延伸阅读:A-Level化学同分异构:把结构式转个方向,为什么不一定得到新物质。
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