很多化合物都不能由其成分元素直接化合而成,例如金屬氫氧化物和金屬碳酸鹽。那麼,該如何獲得它們的生成焓變呢?右側動畫中,顯示了如何獲得氫氧化鈉固體的標準生成焓變。仔細觀察計算過程,了解一般步驟。
\[\displaystyle{{\rm{Na(s)}} + \frac{1}{2}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{(g)}} + \frac{1}{2}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{(g)}} \to {\rm{NaOH(s)}}\quad \Delta H_{\rm{f}}^{\rlap{-} o} = ?}\]
已知標準狀況下,下列反應的標準反應焓變:
\((1)\ \text{C}(\text{石墨})\ +\ {{\text{O}}_{\text{2}}}(\text{g})\ \to \ \text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\ \ \ \ \ \Delta H_{\text{r}}^{\rlap{-} o}=-394\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\)
\((2)\ {{\text{H}}_{2}}(\text{g})\ +\ \displaystyle{ \frac{1}{2} } {{\text{O}}_{\text{2}}}(\text{g})\ \to \ {{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{l})\ \ \ \ \ \Delta H_{\text{r}}^{\rlap{-} o}=-286\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\)
\((3)\ {{\text{C}}_{2}}{{\text{H}}_{2}}(\text{g})\ +\ \displaystyle{ \frac{5}{2} } {{\text{O}}_{\text{2}}}(\text{g})\ \to \ 2\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\ +\ {{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{l})\ \ \ \ \ \Delta H_{\text{r}}^{\rlap{-} o}=-1\ 301\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\)
以反應式加減法,計算乙炔(\({{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\))的標準生成焓變。
題解:
展示乙炔標準生成焓變的化學反應式:\(\text{2C}\left( \text{石墨} \right)\ +\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\to {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \ \ \ \ \ \Delta {{H}_{\text{f}}}^{\rlap{-} o}\)
第一步:合併已知反應焓變的三個化學反應式,以獲得與待求焓變相關的化學反應式。
然後,(1)' + (2) + (3)',即可獲得與待求焓變相關的化學反應式。
\(\text{2C}\left( \text{石墨} \right) \text{+} {{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right) \to {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right) \quad \text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }{{H}_{\text{f}}}^{\rlap{-} o}\)
第二步:根據赫斯定律,計算乙炔的標準生成焓變。
\(\begin{eqnarray} \Delta H_{\text{f}}^{\rlap{-} o}[{{\text{C}}_2}{{\text{H}}_2}{\text{(g)]}} &=& [( - 788) + ( - 286) + ( + 1 \; 301)] \; {\text{kJ}} \; {\text{mol}}^{-1}\\ &=& + 227 \; {\text{kJ}} \; {\text{mol}}^{-1} \end{eqnarray}\)
\(\therefore \ 乙炔的標準生成焓變是 +227\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-\text{1}}}\)。
以焓變循環法,計算乙炔(\({{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\))的標準生成焓變。
題解:
展示乙炔標準生成焓變的化學反應式:\(\text{2C}\left( \text{石墨} \right)\ +\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\to {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \ \ \ \ \ \Delta {{H}_{\text{f}}}^{\rlap{-} o}\)
第一步:繪出與待求焓變相關的焓變循環。
第二步:根據赫斯定律,計算乙炔的標準生成焓變。
\(\begin{eqnarray} \Delta {{H}_{\text{f}}}^{\rlap{-} o}\left[ {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right) \right] &=& \left[ 2\ \times \ \left( -\text{394} \right)\ \text{+}\ \left( -\text{286} \right)\ - \left( -\text{1}\ \; \text{301} \right) \right]\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-\text{1}}} \\ &=& +227\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-\text{1}}} \\ \end{eqnarray}\)
\(\therefore \ 乙炔的標準生成焓變是 \ \text{+227}\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-\text{1}}}\)。