在化学反应中,反应热(ΔH)是衡量化学反应过程中释放或吸收能量的重要参数。通过键能数据,我们可以估算反应热,从而更好地理解反应的能量变化过程。今天,我们来详细解析一道关于利用键能计算反应热的经典题目。
题目:
已知以下反应:
\[ CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g) \]
键能数据如下:
- C-H 键能:413 kJ/mol
- O=O 键能:498 kJ/mol
- C=O 键能:799 kJ/mol
- H-O 键能:463 kJ/mol
求该反应的标准反应热 ΔH。
解题步骤:
第一步:写出反应的键能表达式
反应的总键能变化可以表示为:
\[ \Delta H = \sum (\text{断裂键所需的能量}) - \sum (\text{形成键释放的能量}) \]
第二步:计算断裂键所需的能量
在反应中,需要断裂的键有:
- \( CH_4 \) 中的 4 个 C-H 键
- \( 2O_2 \) 中的 2 个 O=O 键
因此,断裂键所需的总能量为:
\[ E_{\text{断裂}} = 4 \times 413 + 2 \times 498 = 1652 + 996 = 2648 \, \text{kJ} \]
第三步:计算形成键释放的能量
在反应中,形成的键有:
- \( CO_2 \) 中的 2 个 C=O 键
- \( 2H_2O \) 中的 4 个 H-O 键
因此,形成键释放的总能量为:
\[ E_{\text{形成}} = 2 \times 799 + 4 \times 463 = 1598 + 1852 = 3450 \, \text{kJ} \]
第四步:计算反应热 ΔH
根据公式:
\[ \Delta H = E_{\text{断裂}} - E_{\text{形成}} \]
代入数据:
\[ \Delta H = 2648 - 3450 = -802 \, \text{kJ} \]
结论:
该反应的标准反应热为:
\[ \boxed{-802 \, \text{kJ}} \]
这个结果表明,该反应是一个放热反应,释放了 802 kJ 的能量。
总结:
通过键能数据计算反应热是一种简单而有效的方法,可以帮助我们快速估算化学反应的能量变化。在实际应用中,还需要考虑其他因素如温度和压力对反应热的影响。希望这道题目能够帮助你更好地掌握这一知识点!