热化学与量热法

热化学量化了化学反应吸收或释放的热量，而量热法是测量这些热量以获得反应焓和热容的实验技术。

Definition

热化学是研究化学反应和相变中放出或吸收的热量的学科，而量热法是测量这些热量和物质热容的一系列实验方法。

Scope

本主题涵盖伴随化学反应的热量变化：标准生成焓、燃烧焓和反应焓；赫斯定律（恒定热量加和定律）；通过基尔霍夫定律（Kirchhoff's law）探讨反应焓的温度依赖性；以及键焓。它涵盖了用于测量这些量的量热技术，包括弹式量热法和恒压量热法以及差示扫描量热法，以及热容测量。热容的统计力学预测在统计热力学中处理。

Core questions

• 赫斯定律如何允许将列表中的生成焓组合起来计算反应焓？
• 基尔霍夫定律如何描述反应焓的温度依赖性？
• 弹式量热计和恒压量热计如何测量内能和焓变？
• 键焓如何用于估算反应焓？

Key concepts

• 标准生成焓和反应焓
• 赫斯定律（恒定热量加和定律）
• 基尔霍夫定律和热容
• 弹式量热法和恒压量热法
• 键焓

Key theories

赫斯定律

由于焓是状态函数，反应的焓变与所经历的路径无关，因此反应焓可以从列表中的标准生成焓中进行加减。

基尔霍夫温度依赖定律

反应焓随温度的变化受产物和反应物之间热容差异的控制，这使得在某一温度下测得的焓可以校正到另一温度。

Clinical relevance

热化学和量热法为能源和燃烧工程提供了所需的燃料值和反应热，为过程和反应器安全提供了热数据，通过生化中的差示扫描和等温滴定量热法测量了稳定性和折叠能量学，并确定了食物的营养能量含量。

History

量热法始于1780年代拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计；赫斯于1840年确立了反应热的加和性，而贝特洛在19世纪的弹式量热法使燃烧焓和生成焓的系统测量成为物理化学的基础。

Key figures

• Germain Henri Hess
• Antoine Lavoisier
• Marcellin Berthelot

Seminal works

• atkins2018
• mcquarrie1997

Frequently asked questions

弹式量热计和恒压量热计有什么区别？

弹式量热计在恒定体积下进行反应并测量内能变化，而恒压量热计（暴露于大气中）直接测量焓变；两者通过气体膨胀或收缩时对抗压力所做的功相关联。

为什么生成焓是相对于元素定义的？

绝对焓无法测量，因此需要一个参考点；将标准状态下元素的生成焓设为零提供了一个一致的基准，从中可以计算任何化合物的生成焓，进而计算任何反应焓。