热化学 · 即时演算

咖啡杯里,
谁得热,谁失热?

温度升高不等于“反应吸热”。先把溶液这一个对象算清楚,再让能量守恒替你判断反应的符号。

先盯住被测对象 q = mcΔT
?

反应后溶液从 22.0 ℃ 升到 28.5 ℃。它吸收的热量是正还是负?别急着给反应下结论——先把“溶液”当作系统来算。

填入量热记录

咖啡杯量热法在常压下记录的是溶液温度变化。每改一个数值,右侧都会重新判断能量流向。

g

稀水溶液常近似为体积 × 密度。

J/(g·℃)

水溶液近似值,不是所有溶液都恒为 4.18。

℃

反应混合后的起始温度。

℃

反应达到最高或最低后的温度。

mol

ξ 为反应进度:从本次反应开始计,ξ = Δnᵢ/νᵢ,单位 mol;须按所写反应式的计量数换算,不等于任一试剂的投料量。

单位检查ΔT = T终 − T初。温差写成 ℃ 或 K,数值相等;但热量 q 的单位是 J(或 kJ),绝不是 ℃。

能量账本

默认近似:量热器吸热忽略,溶液与反应体系之间交换热量。

溶液升温:它正在吸热
反应→溶液

所以 q溶液 为正;在近似能量守恒下,q反应 必为负。

温度变化 ΔT +6.50 K

数值同样可以写作 +6.50 ℃。

q溶液 = mcΔT +2.72 kJ

因此 q反应 ≈ −q溶液 = −2.72 kJ

每摩尔反应焓 ΔrH = q反应/ξ −54.3 kJ/mol

以 ξ = 0.0500 mol 计。

拿两组数据试一试

选择后会替换上方记录,并解释符号。

这条近似从哪里来?

咖啡杯量热法近似在常压下进行。若把溶液、反应和量热器都列入能量账本:

q反应 + q溶液 + q量热器 = 0

本练习暂取 q量热器 ≈ 0,才得到 q反应 ≈ −q溶液。实验若给出量热器常数,就必须把它的吸热也算进去;浓溶液、挥发、显著散热或反应不完全时,稀水溶液近似也会变差。

注意,这是个陷阱

q 的正负永远先问“谁”:对溶液,升温代表 q溶液 > 0;对反应,若它是这份热的来源,q反应 < 0。同一次实验中两个对象的热量符号相反,并不矛盾。
  • ΔT 写成 T终 − T初,不要倒过来。
  • 先用 J 算 q,再按需要换成 kJ;除以 n 后才是 kJ/mol。
  • 反应进度 ξ 按所写反应式由 Δnᵢ/νᵢ 确定(νᵢ 对反应物为负、产物为正);不能把任一物种消耗的摩尔数直接代入。

教学示意:默认溶液保持液态、c 在该温区近似恒定,无显著散热、蒸发或相变;恒压且仅有体积功时 q反应≈ΔH。反应进度 ξ 由所写反应式的计量数换算。示例数值非实验记录。