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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
数值同样可以写作 +6.50 ℃。
q溶液 = mcΔT
因此 q反应 ≈ −q溶液 = −2.72 kJ
每摩尔反应焓 ΔrH = q反应/ξ
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。
放热示例的判断:温度升高说明溶液吸热,q溶液 > 0;这份热来自反应,所以 q反应 < 0。把“温度升高”直接读成“反应吸热”,正好把研究对象偷换了。
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。