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高中新教材热化学方程式书写问题探讨

来源:互联网  作者:佚名  更新时间:2005-12-05 07:38:26   

  
  【摘要】本文主要介绍了高中化学新教材中引入△H (反应热)的必要性和依据,以及引入△H
  
  以后,热化学方程式的表示方法发生的变化,并详细介绍了“反应进度”的含义。
  
  【关键词】反应热 热化学方程式 反应进度
  
   
  
   原国家技术监督局、原国家教委、原广播电影电视部和国家新闻出版署1994年11月 14日曾
  
  联合发文“要求所有1995年7月1日以后出版的科技书刊、报纸、新闻稿件、教材、产品铭牌、产
  
  品说明书等,在使用量和单位的名称、符号、书写规则时都应符合新标准(指中华人民共和国国
  
  家标准GB3100~3102-93“量和单位”系列,以下简称国标)的规定;所有出版物再版时,都要按
  
  新标准规定进行修订”。人民教育出版社化学室于1996年开始编写出版的《全日制普通高级中学
  
  教科书(试验本)化学》(以下简称新教材)遵循国家的有关规定,积极贯彻“量和单位”国家
  
  标准。2000年秋,新教材的使用已扩大到十省、市。为了使广大教师和教研人员更好地了解和使
  
  用新教材,本文就新教材中热化学方程式书写的问题作一些探讨。
  
   
  
  一、新教材引入△H (反应热)的必要性和依据
  
   化学反应都伴随着能量的变化,通常表现为热量的变化。人们用热化学方程式来表示化学反
  
  应中放出或吸收的热量。在旧教材中热化学方程式是这样表示的:
  
  C(固) + O2(气) = CO2(气) + 393.5 kJ
  
   上式表示在101 kPa和25 ℃的条件下,1 mol 固态碳和1 mol 氧气反应生成1 mol CO2气体
  
  时放出393.5 kJ的热量。这种表示方法的优点是写法直观,容易为学生所理解。但是因为书写化
  
  学反应方程式必须遵守质量守恒定律,这种表示方法把反应中原子结合的变化和热量的变化用加
  
  号连在一起是欠妥的。因此,在GB 3102.4~93中规定,热量(Q)“应当用适当的热力学函数的变
  
  化来表示,例如T·△S,△S是熵的变化,或△H,焓的变化”。
  
   在中等化学中,一般研究的是在一定压强下,在敞开容器中发生的反应所放出或吸收的热
  
  量。因此,根据热力学第一定律
  
   △U = Q+W
  
   QP =△U-W = (U2-U1) + (p2V2-p1V1)= (U2+p2V2)-(U1+p1V1)=H2-H1=△H
  
   即 QP =△H
  
   式中QP叫恒压热,是指封闭系统不做除体积功以外的其他功时,在恒压过程中吸收或放出的
  
  热量。上式表明,恒压热等于系统焓的变化。所以,在中等化学所研究的反应范围之内,
  
  Q=QP=△H,这就是新教材中引入△H的依据。
  
   
  
  二、引入△H以后,热化学方程式的表示方法发生的变化。
  
   引入△H这个物理量以后,使得热化学方程式的表示方法发生了变化。
  
   1.根据国标,在热力学中将内能U改称为热力学能。其定义为:对于热力学封闭系统,
  
  △U=Q+W,式中Q是传给系统的能量,W是对系统所作的功。Q、W都是以“系统”的能量增加为
  
  “+”来定义的。而旧教材中,Q是以“环境”的能量增加(或以“系统”的能量减少)为“+”
  
  来定义的,这样,旧教材中热化学方程式中的“+”、“-”所表示的意义正好与国标的规定相
  
  反。因此,引入△H以后,当反应为放热反应时,△H为“-”或△H <0;当反应为吸热反应时,
  
  △H为“+”或△H >0。
  
   2.在旧教材中,热化学方程式中物质的聚集状态用中文表示,如固、液、气等,根据国
  
  标,应当用英文字母表示。如s代表固体、l代表液体、g代表气体或蒸气、aq表示水溶液等。
  
   3.热化学方程式中反应热的单位不同。旧教材中反应热的单位是J或kJ,而△H的单位为
  
  J/mol或kJ/mol。
  
   根据引入△H以后的这些变化,类似以下热化学方程式的表示方法已经废除:
  
   C(固) + O2(气) = CO2(气) + 393.5 kJ
  
   C(固) + H2O(气) = CO(气) + H2(气) -131.5 kJ
  
   正确的表示方法为:先写出反应的化学方程式,并注明各物质的聚集状态。然后写出该反应
  
  的摩尔焓[变] △rHm(下标“r”表示反应,“m”表示摩尔)。实际上,一般给出的都是反应
  
  物和产物均处于标准状态(指温度为298.15 K,压强为101 kPa时的状态)时的摩尔焓[变],即
  
  反应的标准摩尔焓[变]△rHmΘ(上标“Θ”表示标准),两者之间用逗号或分号隔开。例如,
  
   C(s) + O2(g) = CO2(g);△rHmΘ(298.15 K) =-393.5 kJ/mol
  
   C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g);△rHmΘ(298.15 K) = +131.5 kJ/mol
  
   
  
  三、有关反应进度
  
   考虑到中等化学的实际情况,新教材中没有引入“反应进度(符号为ξ)”这个物理量。但是
  
  应该明确,△rHm的单位“kJ/mol”中的“mol”是指定反应的反应进度的国际单位制(简称SI)
  
  单位,而不是物质的量的单位。
  
   国标中,反应进度的定义为:
  
   对于化学反应 0=ΣBνBB
  
   nB(ξ) = nB(0) +νBξ
  
   式中nB(0)和nB(ξ) 分别代表反应进度ξ=0(反应未开始)和ξ=ξ时B的物质的量。由于nB(0) (为反
  
  应未开始时B的物质的量)为常数,因此有
  
   dξ=νB-1dnB
  
   对于有限的变化 △ξ=νB-1△nB
  
   上面所定义的反应进度,它只与化学反应方程式的写法有关,而与选择反应系统中何种物质

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