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IB 化学/能量学

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

6.1 放热反应和吸热反应

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6.1.1 : 如果反应产生热量(提高周围环境的温度),则该反应为放热反应。如果它降低了温度(即吸收热量),则该反应为吸热反应。此外,如果一个放热平衡反应在低温下发生,则其产率会增加,而吸热反应在高温下产率会增加。

6.1.2 : 放热 -> 一个产生热量的反应。吸热 -> 一个吸收热量的反应。反应焓 -> 反应过程中内能变化 (H) 为 ∆H。

6.1.3 : 放热反应的 ∆H 为负值(因为内热正在损失),而吸热反应的 ∆H 为正值(因为内能正在增加)。

6.1.4 : 最稳定的状态是所有能量都已释放的状态...因此,当向更稳定的状态过渡时,能量会释放,而当向更不稳定的状态过渡时,能量会获得。在焓水平图中,较高的位置更不稳定(具有更多内能),因此,如果产物较低,则热量会释放(更稳定,∆H 为负值),但如果产物较高,则热量会获得(更不稳定,∆H 为正值)。

6.1.5 : 键的形成 -> 能量的释放。键的断裂 -> 能量的获取/吸收。

6.2 焓变的计算

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6.2.1 : 能量变化 = 质量 x 比热容 x 温度变化 --> E = mc∆T

6.2.2 : 焓变 (∆H) 与反应中的摩尔数相关...如果所有系数都加倍,则 ∆H 的值也会加倍(需要注意限制性试剂)。

6.2.3 : 当反应在水中进行时,水会从反应中获得或损失热量,并且希望热量几乎不会从水中逸出。因此,能量变化,因此 ∆H 值,可以用 E = mc∆T 计算,其中 E 等于 ∆H,m 是水的质量,c = 4.18 kJ Kg-1 K-1。然后可以根据此 ∆H 值计算出每摩尔反应物的焓变。

6.2.4 : 溶液应放置在尽可能绝缘的容器中,以防止尽可能多的热量逸出。应连续测量温度,并且在方程中使用的值是相对于初始位置的最大温度变化。

6.2.5 : 结果将是温度变化。这可以通过使用上述方程和已知的水的质量转换为热量(或能量)变化。这可以用来计算存在反应物量的 ∆H,然后可以用它来计算给定摩尔数的 ∆H。

6.3 盖斯定律

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6.3.1 : 盖斯定律指出,给定反应物和产物之间的总焓变与任何中间步骤(或反应路径)无关。要计算

1) 反转任何反向进行的反应,并将它们的 ∆H 值符号反转(乘以 -1)

2) 将反应除以或乘以一个因子,直到中间产物在垂直添加反应时相互抵消(始终将 ∆H 值乘以或除以相同的因子)

3) 垂直添加反应。

4) 将得到的反应除以或乘以一个因子,以获得正确的系数。

6.4 键焓

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6.4.1 : 键焓(也称为解离焓)-- 一摩尔键在气相中均裂断裂时的焓变。例如 X-Y(g) -> X(g) + Y(g) : ∆H(解离)。像 CH4 这样的分子有多个 C-H 键需要断裂,因此 C-H 的键焓实际上是一个平均值。这些值可以用来计算仅形成/断裂少量键的反应中未知的焓变。

6.4.2 : 如果反应可以用气态下键的断裂和形成来表示,那么通过添加(或在形成键时减去)∆H 值,就可以找到反应的总焓变。


6.5.1 混合两种不同类型的粒子、增加粒子的运动(包括状态变化)或增加粒子数量会导致无序度(熵)增加。增加气态粒子数量会产生最大的熵变化。

6.5.2 由于 ∆S = -∆H/T,如果 ∆H 为负值,则 ∆s 为正值,反之亦然。

6.6 吉布斯自由能

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6.6.1 标准反应自由能是在标准温度和压力下反应所需的或释放的自由能。∆G = ∆H - T.∆S

6.6.2 如果 ∆G 为负值,则反应是自发的。如果 ∆G 为正值,则反应是非自发的。

6.6.3 如果 ∆sT > ∆H,则反应是自发的。如果温度下降,使得 ∆sT < ∆H,则反应是非自发的。

HL 材料

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15.1

15.1.1 标准状态是指元素在自然情况下倾向于存在的状态。标准生成焓是伴随一摩尔化合物从其元素生成时焓变,所有物质都处于其标准状态。

15.1.2 ∆Hof = ∑∆Hof 产物 - ∑∆Hof 反应物

15.2

15.2.1 晶格焓是晶格结构(如金刚石)的焓。如果焓值为负值,则晶格形成。如果为正值,则不形成。

15.3

15.3.1 ∆S = ∆S产物 - ∆S反应物

15.3.2 使用方程式 ∆G = ∆H –T∆S 或 ∆G = ∆G产物 - ∆G反应物

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