高中化学教学论文：剖析热化学方程式的表示方法

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1、高中化学教学论文：剖析热化学方程式的表示方法    「摘要」本文介绍高中化学教材“化学反应中的能量变化”中引入△H（焓变、反应热效应）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」热化学方程式反应热 焓 反应进度   按照国家指令性规定，在使用“量和单位”的名称、符号、书写规则时都应符合《中华人民共和国国家标准GB3100～3102-93“量和单位”》（以下简称《国标》）的规定。《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

2、有关规定，结合中学化学教学特点，在物理量的引用上，积极贯彻“量和单位”国家标准，规范了教材中相关物理量的表述。本文就新教材里“化学反应中的能量变化”中引入热力学函数“△H”及其由此引发的热化学方程式的表示方法问题作一些探讨。   一、新教材引入△H的必要性和依据   在化学反应中，物质发生化学变化的同时，还伴随有能量的变化，通常以热能的形式表现出来，称为反应热。这种化学反应的热效应（反应中吸收或放出的热量）可用热化学方程式来表示。在旧教材中热化学方程式是这样表示的：   C（固）+O2（气）=CO2（气）+393.5kJ

3、   上式表示标准状态（即反应体系在压强为101kPa和温度为25℃时的状态）下，1mol固态碳和1mol氧气反应生成1mol二氧化碳气体时放出393.5kJ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。但由于物质的化学式具有表示物种及其质量之意义，化学方程式揭示的又是物质的转化关系，而热化学方程式的这种表示方法把反应中物质的变化和热量的变化用加号连在一起是欠妥的。因此，《国标》规定，热量（Q）应当用适当的热力学函数的变化来表示，例如用“T.△S”或“△H”表示（△S是熵的变化，△H是焓的变化）。   在中等化

4、学中，一般仅研究在一定压强（即恒压条件）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：系统在过程中的热力学能（旧称内能）变化“△U”等于传给系统的热量“Q”与外界对系统所作功“W”之和，即：△U=Q+W.当系统处于恒压过程时，则有：   △U=QP+W   若系统在反应过程中只有体积功，即：W=－P（V2－V1）=－（P2V2－P1V1），则有：   △U=QP－（P2V2－P1V1）   依据焓（H）的定义：H=U +PV，显然：   QP=（U2－U1）+（P2V2－P1V1）=（U2+P2V

5、2）－（U1+P1V1）=H2－H1=△H   即有：                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。但需注意的是，限于中等化学学生的知识水平和接受能力，教材不便引入焓的概念，而仍称“△H”为反应热，教学中也不必引深。二、引入△H后的热化学方程式表示方法   新教材引入△H这个物理量后，热化学方程式的表示方法同旧教

6、材相比发生了如下变化。   1.根据《国家标准》，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反应热的“+”、“－”所表示的意义正好与《国家标准》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（表明系统能量减少）；当反应为吸热反应时，△H为“+”

7、或△H＞0（表明系统能量增加）。   2.在旧教材里，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《国家标准》，应当用英文字母（取英文词头）表示，如“s”代表固体（solid）、“l”代表液体（liquid）、“g”代表气体（gas）、“aq”表示水溶液（Aqueoussolution）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）=C

8、O2（气）+393.5kJ   C（固）+H2O（气）=CO（气）+H2（气）－131.5kJ   正确的表示方法为：   在化学方程式中用规定的英文字母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）。实际上通常给出的是反应体系处于标准状态（指温度为298.15K，压