第三節 標準溶解焓變
標準溶解焓變

物質的標準溶解焓變是指在標準狀況下,一摩爾該物質完全溶解於某溶劑形成無限稀溶液時的焓變,其符號是 \(\Delta H_{\text{s}}^{\rlap{-} o}\)。其中,下標「\(\text{s}\)」表示溶解(solvation)。根據標準溶解焓變的定義,同學們需要注意以下三點:

  1. 在 \(\text{25}{{\ }^{\text{o}}}\text{C}\),\(1\) 個大氣壓強下進行
  2. 以溶解 \(\text{1}\ \text{mol}\) 該物質作為基準
  3. 要將物質溶解至形成「無限稀溶液」(即使再進一步稀釋,亦不會產生任何熱變化的溶液)

點擊下面的按鍵,了解一些常見物質的標準溶解焓變並完成右側的題目。

物質的標準溶解焓變具有以下哪些特點?

溶解過程一定是放熱的

溶解過程一定是吸熱的

溶解過程的焓變為負

溶解過程的焓變為正

物質的溶解焓變沒有固定值

值得注意:物質的標準溶解焓變,實際上就是一摩爾該物質在標準狀況下溶解後,所能放出或吸收的熱的最大值

  1. 溶解過程可能是放熱的,也可能是吸熱的。
    這是因為溶解過程中包含兩個變化:一是物質的微粒在水中的擴散過程,它是吸熱的;二是物質的微粒與水形成水合分子或水合離子的過程,它是放熱的。物質的溶解過程是吸熱還是放熱,取決於這兩個過程的相對大小。
  2. 酸和鹼溶於水是放熱的,焓變為負。
  3. 大部分鹽(鋰鹽除外)溶於水是吸熱的,焓變為正。
  4. 鋰鹽溶於水時,多是放熱的。
熱化學反應式書寫

標準溶解焓變可以用熱化學反應式來描述。值得注意的是,在書寫關於標準溶解焓變的熱化學反應式時,必須以溶解 \(\text{1}\ \text{mol}\) 該物質作為基準。

例如,在標準狀況下,固體硝酸銨的標準溶解焓變可用下式來描述:

\[\text{N}{{\text{H}}_{\text{4}}}\text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{s} \right)\ \xrightarrow{\text{水}}\ \text{N}{{\text{H}}_{\text{4}}}\text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \ \ \ \ \Delta H_{s}^{\rlap{-} o}\ =\ +25.69\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\]

標準溶解焓變的應用

標準溶解焓變是指在標準狀況下,溶解 \(\text{1}\ \text{mol}\) 某物質能夠放出或吸收的熱量的最大值。與標準中和焓變的計算類似,其關係式如下:

\[\text{最多可放出或吸收的熱}\ =\ \text{被溶解的物質的摩爾數}\ \times \ \Delta H_{\text{s}}^{\rlap{-} o}\]

我們可以根據物質的標準溶解焓變選擇適當的物質和用量來製備市面上常用的熱敷包或冰袋。同學可以嘗試根據上面的關係式來完成下面的題目,從而了解涉及標準溶解焓變的計算。

練習:已知標準溶解焓變,求溶解過程能夠吸收或放出的最高熱量

已知硝酸銨(\(\text{N}{{\text{H}}_{\text{4}}}\text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}}\),摩爾質量為 \(\text{80}\text{.0}\ \text{g}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\))的標準溶解焓變是 \(+25.7\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}\)。那麼,將 \(120.0\ \text{g}\) 硝酸銨固體溶於水時,最多可吸收 \(\text{kJ}\) 的熱(答案保留三位有效數字)。

題解:

根據關係式:\(\text{最多可吸收或放出的熱}\ =\ \text{被溶解的物質的摩爾數}\ \times \ \Delta H_{\text{s}}^{\rlap{-} o}\)

其中, \(\text{被溶解的硝酸銨的摩爾數}\ =\ \displaystyle{ \frac{120.0\ \text{g}}{\text{80}\text{.0}\ \text{g}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}} } = \ \text{1}\text{.5}\ \text{mol}\)

所以, \(\text{溶解過程最多可放出的熱}\ =\ \text{硝酸銨的摩爾數}\times \Delta H_{\text{s}}^{\rlap{-} o} =\ \text{1.5}\ \text{mol}\times 25.7\ \text{kJ}\ \text{mo}{{\text{l}}^{-1}} =\ 38.6\ \text{kJ}\)

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