生成焓(Enthalpy of Formation),也称为生成热,是热力学中描述物质形成经过能量变化的重要概念。下面内容是其核心要点:
1. 基本定义
生成焓指在指定温度和标准情形(100 kPa)下,由最稳定的单质元素生成1摩尔某化合物时的焓变(热效应)。
例如:由石墨碳(C)和氧气(O)生成1摩尔CO的反应焓变即为CO的生成焓:
$$ceC(s, 石墨) + O2(g) -> CO2(g)} quad Delta H_f^circ = -393.51
extkJ/mol}$$
负值表明该反应放热。
2. 标准生成焓(ΔH_f°)
标准情形:温度为298.15 K(25°C),压力为100 kPa。
单质的生成焓为零:所有元素的最稳定单质(如O(g)、C(石墨)、Fe(s))的生成焓定义为0 kJ/mol(参考基准)。
例外情况:磷元素的最稳定单质是红磷或黑磷,但标准参考情形规定为白磷(P),因其更常见。
3. 物理意义与应用
物质稳定性:生成焓越负(如CO为-393.51 kJ/mol),表明该化合物越稳定;正值(如NO为+90 kJ/mol)则相对不稳定。
反应焓变计算:
化学反应的标准焓变(ΔH°)可通过生成焓计算:
$$Delta H^circ = sum Delta H_f,
ext产物}}^circ
sum Delta H_f,ext反应物}}^circ$$
例如:计算甲烷燃烧反应的热效应需用到CH、CO、HO的生成焓。
工业应用:在化工生产与能源领域用于预测反应热量变化,优化工艺安全性及能耗。
4. 生成焓的数值特性
多数化合物为负值:因单质形成化合物通常释放能量(放热)。
少数正值物质:如NO(g)(+90 kJ/mol)、CH(g)(+226.7 kJ/mol),其分解反应吸热。
拓展资料
生成焓本质是物质生成经过的能量标度,以单质为基准,量化化合物形成的能量变化。其核心应用包括评估物质稳定性、计算反应热,并为热力学分析提供基础数据。如需具体数值,可查阅热力学手册(如无机物和有机物的标准生成焓参考表)。