2、焓
化學(xué)熱力學(xué)是一門研究在化學(xué)變化和物理變化中伴隨發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和傳遞的科學(xué)。
(一)基本概念：
（1）．體系與環(huán)境：在化學(xué)中，把研究的對(duì)象叫做體系，把體系以外的部分叫做環(huán)境
敞開體系：體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量的交換。
封閉體系：體系與環(huán)境之間無(wú)物質(zhì)交換，只有能量的交換。
孤立體系：體系與環(huán)境之間，既沒(méi)有物質(zhì)交換，也沒(méi)有能量交換。
（2）．狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)：
狀態(tài)：用來(lái)描述這個(gè)體系的諸如溫度、壓力、體積、質(zhì)量和組成等物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的總和，當(dāng)這些性質(zhì)都有確定值時(shí)，就說(shuō)體系處于一定的狀態(tài)。
狀態(tài)函數(shù)：用來(lái)描述體系的這些性質(zhì)僅決定于狀態(tài)本身而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)，這些性質(zhì)就是狀態(tài)函數(shù)。
顯然，P、V、T、n、△u等都是狀態(tài)函數(shù)，而Q、w都不是狀態(tài)函數(shù)與途徑有關(guān)。
狀態(tài)函數(shù)值的變化只取決于體系的初態(tài)和終態(tài)而與變化的途徑無(wú)關(guān)。
（3）．過(guò)程和途徑：
過(guò)程：體系所發(fā)生的狀態(tài)變化叫做熱力學(xué)過(guò)程，簡(jiǎn)稱過(guò)程。過(guò)程開始的狀態(tài)叫做始態(tài)，最后的狀態(tài)叫做終態(tài)，習(xí)慣上把狀態(tài)變化所經(jīng)歷的具體步驟叫做途徑。常見(jiàn)的過(guò)程：
等溫過(guò)程(T)：在溫度不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進(jìn)行的過(guò)程。
等壓過(guò)程(P)：在壓力不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進(jìn)行的過(guò)程。
恒容過(guò)程(V)：在體積不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進(jìn)行的過(guò)程。
絕熱過(guò)程(Q)：在變化過(guò)程中，體系與環(huán)境之間沒(méi)有熱量交換。
(二)熱力學(xué)能與熱力學(xué)第一定律
（1）．熱與功：
在化學(xué)反應(yīng)中除了有熱能變化之外，還有其他形式的能量變化。在熱力學(xué)中，把體系與環(huán)境之間因溫度不同而交換或傳遞的能量稱為熱，除了熱以外的其他一切交換或傳遞的能量都稱之為功，一般用符號(hào)Q表示熱，用符號(hào)W表示功。并規(guī)定體系吸收熱量為正值，體系放出熱量為負(fù)值，體系對(duì)環(huán)境所作的功是正值，環(huán)境對(duì)體系所作的功是負(fù)值。
（2）．熱力學(xué)能：
體系內(nèi)部能量的總和稱為熱力學(xué)能，用符號(hào)u表示。熱力學(xué)能包括體系內(nèi)各種物質(zhì)的分子平動(dòng)能，分子間勢(shì)能，分子內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)能和振動(dòng)能，電子運(yùn)動(dòng)能、核能等。內(nèi)能的絕對(duì)值雖無(wú)法測(cè)出，但內(nèi)能的變化△u可通過(guò)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行計(jì)算。
（3）．熱力學(xué)第一定律：
人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐證明，能量是不生不變的，但它可以變換形式，這就是能量守恒定律。也稱為熱力學(xué)第一定律。
如果體系由狀態(tài)(1)變化到狀態(tài)(2)，在此過(guò)程中體系從環(huán)境吸熱Q對(duì)環(huán)境作功W，則根據(jù)能量守恒定律，體系內(nèi)能的變化△u為：
△ u=u2一u1=Q-w ——熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
(三)焓(H)
在恒壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)叫做恒壓熱效應(yīng)，用Qp表示，某化學(xué)反應(yīng)在不作其他功和恒壓條件下進(jìn)行時(shí)，其熱效應(yīng)Qp由熱力學(xué)第一定律可知：
Qp =( u2 +pV2)一(u1+pVl)
從上式可看出，Qp就是終態(tài)的(u2 +pV2)與始態(tài)的(u1+pVl )之差，由于u、p、V都是體積的狀態(tài)函數(shù)，它們的組合當(dāng)然也是狀態(tài)函數(shù)，在熱力學(xué)中，將u+pV定義為
新的狀態(tài)函數(shù)，叫做焓，用符號(hào)H表示，即：H=u+pV。
此式表明：焓不是“體系所包含的熱”而是一項(xiàng)復(fù)合能，即等于體系的內(nèi)能(u)與體系的體積能(pV)的總和，它是體系的一種熱力學(xué)性質(zhì)。
當(dāng)體系的狀態(tài)在恒壓下發(fā)生改變時(shí)，其焓變?yōu)椤鱄=H2一Hl=( u2 +pV2 )一(u1+pVl)，所以Qp=△H，即在恒壓過(guò)程中，體系吸收的熱量等于體系中焓的增量，因此，△H也叫做恒壓條件下的反應(yīng)熱，它等于體系的內(nèi)能變化與體系所作膨脹功的總和
△H=△u+p·△V。
(1)．標(biāo)準(zhǔn)焓變△rHm㈠
恒壓下，化學(xué)反應(yīng)的焓變可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定Qp而得到，但一般也可利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算得出，由于焓的絕對(duì)值和內(nèi)能一樣，也是無(wú)法測(cè)定的。因而只能采取一些相對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可方便地計(jì)算反應(yīng)的焓變，常把 △rHm㈠稱作標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，△rHm㈠中，r表示反應(yīng)，(-)表示反應(yīng)時(shí)壓力為100kPa，m表示化學(xué)進(jìn)度為1mol。
(2)．蓋斯定律
蓋斯定律：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成，或者是幾步完成，這一反應(yīng)的熱效應(yīng)總是相同的。這也是能量守恒定律的一種表現(xiàn)形式。
這是因?yàn)殪驶騼?nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，只要化學(xué)反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)給定，則△H或△u便是定值，與這個(gè)反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)，
（3）．標(biāo)準(zhǔn)生成焓
由穩(wěn)定單質(zhì)生成單位量(如lmol)某種物質(zhì)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變，定義為該種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，以△fH m㈠表示，f：表示生成，m代表lmol；(-)：表示處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
任何處于最穩(wěn)定狀態(tài)下的單質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零：
顯然，根據(jù)蓋斯定律和標(biāo)準(zhǔn)生成焓的定義，可以得出某一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變。對(duì)于任何一個(gè)反應(yīng)： aA+bB=eE+dD
在298k，100kPa的標(biāo)準(zhǔn)條件，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變△rHm㈠，可按下式求得：
△rHm㈠=（e·△fH m㈠(E)+ d·△fH m㈠(D)）-（a·△fH m㈠(A)+ b·△fH m㈠(B)）
例2、 求：3Fe2O3(s)+H2(g)一2Fe304(s) +H20(1) 的△rHm㈠
-824.25 0 -1118.38 -285.83
△fH m㈠(298k)/kJ·mol-1
解： △rHm㈠ =∑(△fH m㈠)產(chǎn)物—∑(△fH m㈠)生成物
=2×(-1118.38)+(-285.83)一3×(-824.25)
=-49.84kJ·mol-1
化學(xué)熱力學(xué)是一門研究在化學(xué)變化和物理變化中伴隨發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和傳遞的科學(xué)。
(一)基本概念：
（1）．體系與環(huán)境：在化學(xué)中，把研究的對(duì)象叫做體系，把體系以外的部分叫做環(huán)境
敞開體系：體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量的交換。
封閉體系：體系與環(huán)境之間無(wú)物質(zhì)交換，只有能量的交換。
孤立體系：體系與環(huán)境之間，既沒(méi)有物質(zhì)交換，也沒(méi)有能量交換。
（2）．狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)：
狀態(tài)：用來(lái)描述這個(gè)體系的諸如溫度、壓力、體積、質(zhì)量和組成等物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的總和，當(dāng)這些性質(zhì)都有確定值時(shí)，就說(shuō)體系處于一定的狀態(tài)。
狀態(tài)函數(shù)：用來(lái)描述體系的這些性質(zhì)僅決定于狀態(tài)本身而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)，這些性質(zhì)就是狀態(tài)函數(shù)。
顯然，P、V、T、n、△u等都是狀態(tài)函數(shù)，而Q、w都不是狀態(tài)函數(shù)與途徑有關(guān)。
狀態(tài)函數(shù)值的變化只取決于體系的初態(tài)和終態(tài)而與變化的途徑無(wú)關(guān)。
（3）．過(guò)程和途徑：
過(guò)程：體系所發(fā)生的狀態(tài)變化叫做熱力學(xué)過(guò)程，簡(jiǎn)稱過(guò)程。過(guò)程開始的狀態(tài)叫做始態(tài)，最后的狀態(tài)叫做終態(tài)，習(xí)慣上把狀態(tài)變化所經(jīng)歷的具體步驟叫做途徑。常見(jiàn)的過(guò)程：
等溫過(guò)程(T)：在溫度不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進(jìn)行的過(guò)程。
等壓過(guò)程(P)：在壓力不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進(jìn)行的過(guò)程。
恒容過(guò)程(V)：在體積不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進(jìn)行的過(guò)程。
絕熱過(guò)程(Q)：在變化過(guò)程中，體系與環(huán)境之間沒(méi)有熱量交換。
(二)熱力學(xué)能與熱力學(xué)第一定律
（1）．熱與功：
在化學(xué)反應(yīng)中除了有熱能變化之外，還有其他形式的能量變化。在熱力學(xué)中，把體系與環(huán)境之間因溫度不同而交換或傳遞的能量稱為熱，除了熱以外的其他一切交換或傳遞的能量都稱之為功，一般用符號(hào)Q表示熱，用符號(hào)W表示功。并規(guī)定體系吸收熱量為正值，體系放出熱量為負(fù)值，體系對(duì)環(huán)境所作的功是正值，環(huán)境對(duì)體系所作的功是負(fù)值。
（2）．熱力學(xué)能：
體系內(nèi)部能量的總和稱為熱力學(xué)能，用符號(hào)u表示。熱力學(xué)能包括體系內(nèi)各種物質(zhì)的分子平動(dòng)能，分子間勢(shì)能，分子內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)能和振動(dòng)能，電子運(yùn)動(dòng)能、核能等。內(nèi)能的絕對(duì)值雖無(wú)法測(cè)出，但內(nèi)能的變化△u可通過(guò)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行計(jì)算。
（3）．熱力學(xué)第一定律：
人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐證明，能量是不生不變的，但它可以變換形式，這就是能量守恒定律。也稱為熱力學(xué)第一定律。
如果體系由狀態(tài)(1)變化到狀態(tài)(2)，在此過(guò)程中體系從環(huán)境吸熱Q對(duì)環(huán)境作功W，則根據(jù)能量守恒定律，體系內(nèi)能的變化△u為：
△ u=u2一u1=Q-w ——熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
(三)焓(H)
在恒壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)叫做恒壓熱效應(yīng)，用Qp表示，某化學(xué)反應(yīng)在不作其他功和恒壓條件下進(jìn)行時(shí)，其熱效應(yīng)Qp由熱力學(xué)第一定律可知：
Qp =( u2 +pV2)一(u1+pVl)
從上式可看出，Qp就是終態(tài)的(u2 +pV2)與始態(tài)的(u1+pVl )之差，由于u、p、V都是體積的狀態(tài)函數(shù)，它們的組合當(dāng)然也是狀態(tài)函數(shù)，在熱力學(xué)中，將u+pV定義為
新的狀態(tài)函數(shù)，叫做焓，用符號(hào)H表示，即：H=u+pV。
此式表明：焓不是“體系所包含的熱”而是一項(xiàng)復(fù)合能，即等于體系的內(nèi)能(u)與體系的體積能(pV)的總和，它是體系的一種熱力學(xué)性質(zhì)。
當(dāng)體系的狀態(tài)在恒壓下發(fā)生改變時(shí)，其焓變?yōu)椤鱄=H2一Hl=( u2 +pV2 )一(u1+pVl)，所以Qp=△H，即在恒壓過(guò)程中，體系吸收的熱量等于體系中焓的增量，因此，△H也叫做恒壓條件下的反應(yīng)熱，它等于體系的內(nèi)能變化與體系所作膨脹功的總和
△H=△u+p·△V。
(1)．標(biāo)準(zhǔn)焓變△rHm㈠
恒壓下，化學(xué)反應(yīng)的焓變可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定Qp而得到，但一般也可利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算得出，由于焓的絕對(duì)值和內(nèi)能一樣，也是無(wú)法測(cè)定的。因而只能采取一些相對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可方便地計(jì)算反應(yīng)的焓變，常把 △rHm㈠稱作標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，△rHm㈠中，r表示反應(yīng)，(-)表示反應(yīng)時(shí)壓力為100kPa，m表示化學(xué)進(jìn)度為1mol。
(2)．蓋斯定律
蓋斯定律：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成，或者是幾步完成，這一反應(yīng)的熱效應(yīng)總是相同的。這也是能量守恒定律的一種表現(xiàn)形式。
這是因?yàn)殪驶騼?nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，只要化學(xué)反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)給定，則△H或△u便是定值，與這個(gè)反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)，
（3）．標(biāo)準(zhǔn)生成焓
由穩(wěn)定單質(zhì)生成單位量(如lmol)某種物質(zhì)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變，定義為該種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，以△fH m㈠表示，f：表示生成，m代表lmol；(-)：表示處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
任何處于最穩(wěn)定狀態(tài)下的單質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零：
顯然，根據(jù)蓋斯定律和標(biāo)準(zhǔn)生成焓的定義，可以得出某一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變。對(duì)于任何一個(gè)反應(yīng)： aA+bB=eE+dD
在298k，100kPa的標(biāo)準(zhǔn)條件，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變△rHm㈠，可按下式求得：
△rHm㈠=（e·△fH m㈠(E)+ d·△fH m㈠(D)）-（a·△fH m㈠(A)+ b·△fH m㈠(B)）
例2、 求：3Fe2O3(s)+H2(g)一2Fe304(s) +H20(1) 的△rHm㈠
-824.25 0 -1118.38 -285.83
△fH m㈠(298k)/kJ·mol-1
解： △rHm㈠ =∑(△fH m㈠)產(chǎn)物—∑(△fH m㈠)生成物
=2×(-1118.38)+(-285.83)一3×(-824.25)
=-49.84kJ·mol-1