反应焓计算器
输入带状态的配平方程式,即可由标准生成焓求得 ΔH°rxn,并获得求和过程、计算过程、任意物种在给定用量下的热量,以及可供选择的数值表。第二种模式按盖斯定律将已知反应相加。免费,无需注册。
需配平并注明状态,例如 CH4(g) + 2 O2(g) -> CO2(g) + 2 H2O(l)。物种之间加空格;电荷写作 Na+ 或 SO4^2-;对于表中没有的物种,可用 @ 加上数值,例如 C8H18(l)@-250.1。
结果
-890.5 kJ
ΔH°rxn
放热 (ΔH < 0)
热流方向
-965.1 kJ
生成物的 Σ ΔfH°
-74.6 kJ
反应物的 Σ ΔfH°
物种
| 侧 | 系数 | 物种 | ΔfH° (kJ/mol) | 系数 × ΔfH° (kJ) |
|---|---|---|---|---|
| 反应物 | 1 | CH₄(g) | -74.6 | -74.6 |
| 反应物 | 2 | O₂(g) | 0 | 0 |
| 生成物 | 1 | CO₂(g) | -393.5 | -393.5 |
| 生成物 | 2 | H₂O(l) | -285.8 | -571.6 |
计算过程
Σ 生成物 = 1 × (-393.5) + 2 × (-285.8) = -965.1
Σ 反应物 = 1 × (-74.6) + 2 × (0) = -74.6
ΔH°rxn = Σ 生成物 − Σ 反应物 = -965.1 − (-74.6) = -890.5 kJ
| 物种 | 名称 | ΔfH° (kJ/mol) | 加入方程式 |
|---|---|---|---|
| H₂(g) | Hydrogen | 0 | |
| O₂(g) | Oxygen | 0 | |
| N₂(g) | Nitrogen | 0 | |
| F₂(g) | Fluorine | 0 | |
| Cl₂(g) | Chlorine | 0 | |
| Br₂(l) | Bromine | 0 | |
| I₂(s) | Iodine | 0 | |
| C(graphite) | Carbon (graphite) | 0 | |
| S(s) | Sulfur (rhombic) | 0 | |
| P(s) | Phosphorus (white) | 0 | |
| Na(s) | Sodium | 0 | |
| K(s) | Potassium | 0 | |
| Mg(s) | Magnesium | 0 | |
| Ca(s) | Calcium | 0 | |
| Al(s) | Aluminum | 0 | |
| Fe(s) | Iron | 0 | |
| Cu(s) | Copper | 0 | |
| Zn(s) | Zinc | 0 | |
| Ag(s) | Silver | 0 | |
| C(diamond) | Carbon (diamond) | 1.9 | |
| O₃(g) | Ozone | 142.7 | |
| Br₂(g) | Bromine | 30.9 | |
| I₂(g) | Iodine | 62.4 | |
| H₂O(l) | Water | -285.8 | |
| H₂O(g) | Water | -241.8 | |
| H₂O₂(l) | Hydrogen peroxide | -187.8 | |
| HF(g) | Hydrogen fluoride | -273.3 | |
| HCl(g) | Hydrogen chloride | -92.3 | |
| HBr(g) | Hydrogen bromide | -36.3 | |
| HI(g) | Hydrogen iodide | 26.5 | |
| H₂S(g) | Hydrogen sulfide | -20.6 | |
| NH₃(g) | Ammonia | -45.9 | |
| N₂H₄(l) | Hydrazine | 50.6 | |
| PH₃(g) | Phosphine | 5.4 | |
| CO(g) | Carbon monoxide | -110.5 | |
| CO₂(g) | Carbon dioxide | -393.5 | |
| CH₄(g) | Methane | -74.6 | |
| C₂H₆(g) | Ethane | -84 | |
| C₃H₈(g) | Propane | -103.8 | |
| C₂H₄(g) | Ethene (ethylene) | 52.4 | |
| C₂H₂(g) | Ethyne (acetylene) | 227.4 | |
| C₆H₆(l) | Benzene | 49.1 | |
| CH₃OH(l) | Methanol | -239.2 | |
| CH₃OH(g) | Methanol | -201 | |
| C₂H₅OH(l) | Ethanol | -277.6 | |
| C₂H₅OH(g) | Ethanol | -234.8 | |
| CH₃COOH(l) | Acetic acid | -484.3 | |
| CCl₄(l) | Carbon tetrachloride | -128.2 | |
| CHCl₃(l) | Chloroform | -134.1 | |
| CH₃Cl(g) | Chloromethane | -81.9 | |
| CS₂(l) | Carbon disulfide | 89 | |
| HCN(g) | Hydrogen cyanide | 135.1 | |
| C₆H₁₂O₆(s) | Glucose | -1273.3 | |
| NO(g) | Nitrogen monoxide | 91.3 | |
| NO₂(g) | Nitrogen dioxide | 33.2 | |
| N₂O(g) | Dinitrogen monoxide | 81.6 | |
| N₂O₄(g) | Dinitrogen tetroxide | 11.1 | |
| SO₂(g) | Sulfur dioxide | -296.8 | |
| SO₃(g) | Sulfur trioxide | -395.7 | |
| HNO₃(l) | Nitric acid | -174.1 | |
| H₃PO₄(s) | Phosphoric acid | -1284.4 | |
| PCl₃(l) | Phosphorus trichloride | -319.7 | |
| PCl₅(g) | Phosphorus pentachloride | -374.9 | |
| Na₂O(s) | Sodium oxide | -414.2 | |
| MgO(s) | Magnesium oxide | -601.6 | |
| CaO(s) | Calcium oxide | -634.9 | |
| BaO(s) | Barium oxide | -548 | |
| Al₂O₃(s) | Aluminum oxide | -1675.7 | |
| FeO(s) | Iron(II) oxide | -272 | |
| Fe₂O₃(s) | Iron(III) oxide | -824.2 | |
| Fe₃O₄(s) | Iron(II,III) oxide | -1118.4 | |
| CuO(s) | Copper(II) oxide | -157.3 | |
| Cu₂O(s) | Copper(I) oxide | -168.6 | |
| TiO₂(s) | Titanium dioxide | -944 | |
| PbO₂(s) | Lead(IV) oxide | -277.4 | |
| Mg(OH)₂(s) | Magnesium hydroxide | -924.5 | |
| Ca(OH)₂(s) | Calcium hydroxide | -985.2 | |
| NaF(s) | Sodium fluoride | -576.6 | |
| NaCl(s) | Sodium chloride | -411.2 | |
| NaBr(s) | Sodium bromide | -361.1 | |
| KCl(s) | Potassium chloride | -436.5 | |
| KBr(s) | Potassium bromide | -393.8 | |
| MgCl₂(s) | Magnesium chloride | -641.3 | |
| CaCl₂(s) | Calcium chloride | -795.4 | |
| CaF₂(s) | Calcium fluoride | -1228 | |
| AlCl₃(s) | Aluminum chloride | -704.2 | |
| AgCl(s) | Silver chloride | -127 | |
| AgBr(s) | Silver bromide | -100.4 | |
| ZnCl₂(s) | Zinc chloride | -415.1 | |
| CuCl₂(s) | Copper(II) chloride | -220.1 | |
| PbCl₂(s) | Lead(II) chloride | -359.4 | |
| NH₄Cl(s) | Ammonium chloride | -314.4 | |
| NH₄NO₃(s) | Ammonium nitrate | -365.6 | |
| NaNO₃(s) | Sodium nitrate | -467.9 | |
| KNO₃(s) | Potassium nitrate | -494.6 | |
| AgNO₃(s) | Silver nitrate | -124.4 | |
| Na₂CO₃(s) | Sodium carbonate | -1130.7 | |
| K₂CO₃(s) | Potassium carbonate | -1151 | |
| CaCO₃(s) | Calcium carbonate (calcite) | -1207.6 | |
| BaCO₃(s) | Barium carbonate | -1213 | |
| Na₂SO₄(s) | Sodium sulfate | -1387.1 | |
| K₂SO₄(s) | Potassium sulfate | -1437.8 | |
| CaSO₄(s) | Calcium sulfate | -1434.5 | |
| BaSO₄(s) | Barium sulfate | -1473.2 | |
| (NH₄)₂SO₄(s) | Ammonium sulfate | -1180.9 | |
| ZnS(s) | Zinc sulfide (sphalerite) | -206 | |
| PbS(s) | Lead(II) sulfide | -100.4 | |
| CuS(s) | Copper(II) sulfide | -53.1 | |
| H⁺(aq) | Hydrogen ion | 0 | |
| OH⁻(aq) | Hydroxide ion | -230 | |
| Na⁺(aq) | Sodium ion | -240.1 | |
| NH₄⁺(aq) | Ammonium ion | -132.5 | |
| Mg²⁺(aq) | Magnesium ion | -466.85 | |
| Fe²⁺(aq) | Iron(II) ion | -89.1 | |
| Fe³⁺(aq) | Iron(III) ion | -48.5 | |
| Ag⁺(aq) | Silver ion | 105.6 | |
| F⁻(aq) | Fluoride ion | -332.6 | |
| Cl⁻(aq) | Chloride ion | -167.2 | |
| Br⁻(aq) | Bromide ion | -121.6 | |
| I⁻(aq) | Iodide ion | -55.2 | |
| SO₄²⁻(aq) | Sulfate ion | -909.3 | |
| CH₃COO⁻(aq) | Acetate ion | -486 | |
| HNO₃(aq) | Nitric acid | -207.4 | |
| H₂SO₄(aq) | Sulfuric acid | -909.3 | |
| NaF(aq) | Sodium fluoride | -572.8 | |
| NaCl(aq) | Sodium chloride | -407.3 | |
| NaBr(aq) | Sodium bromide | -361.7 | |
| NaNO₃(aq) | Sodium nitrate | -447.5 | |
| Pb(NO₃)₂(aq) | Lead(II) nitrate | -416.3 |
来源:CRC Handbook of Chemistry and Physics 第 84 版,转引自 LibreTexts 的“T1: Standard Thermodynamic Quantities”。其他手册的末位或末两位数字可能有所不同。
如何使用反应焓计算器
- 1. 写出带状态的配平方程式。 例如 CH4(g) + 2 O2(g) -> CO2(g) + 2 H2O(l)。在物种之间加空格,用 (g)、(l)、(s) 或 (aq) 表示状态,离子写作 Na+ 或 SO4^2-。您也可以在表格中点击“+ 反应物”或“+ 生成物”,代替手动输入。
- 2. 修正被标记的项目。 表中没有的物种会被指出;存在多种状态的物种(例如水)会要求您指定状态。如果您知道它的 ΔfH°,可以用 @ 自行添加,例如 C8H18(l)@-250.1。
- 3. 读取 ΔH°rxn。 您会得到两个求和、每个物种的贡献以及计算过程。如果方程式未配平,工具会发出警告,因为结果会随您输入的系数按比例变化。
- 4. 求取实际用量的热量。 选择一种物种以及以 mol 或克为单位的用量,即可得到释放或吸收的热量。切换到盖斯定律模式,则可以将已知反应相加。
公式
生成焓法
ΔH°rxn = Σ n·ΔH°f(生成物) − Σ m·ΔH°f(反应物)
参考状态
处于标准状态的元素 ΔH°f = 0
盖斯定律
ΔH(总) = Σ (系数 × ±每步的 ΔH)
标准生成焓 ΔH°f 是指由元素(各自处于最稳定的形态,压力为 1 bar,且在这些表中温度为 298.15 K)生成一摩尔化合物时的焓变。元素本身无需变化即可生成,因此它们的 ΔH°f 为零:O₂(g)、H₂(g)、Br₂(l)、石墨等。系数 n 会乘以每个数值,因此答案是按所写反应式的每摩尔反应计算的焓变;将所有系数加倍,ΔH°rxn 也随之加倍。
实例:甲烷燃烧
对于 CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(l),已知 CH₄(g) 的 ΔH°f 为 −74.6,CO₂(g) 为 −393.5,H₂O(l) 为 −285.8 kJ/mol:
- 生成物:1 × (−393.5) + 2 × (−285.8) = −965.1 kJ
- 反应物:1 × (−74.6) + 2 × 0 = −74.6 kJ
- ΔH°rxn = −965.1 − (−74.6) = −890.5 kJ(每燃烧 1 mol CH₄)
符号表明该反应为放热反应。将 H₂O(l) 改为 H₂O(g),其 ΔH°f 为 −241.8 kJ/mol,结果变为 −802.5 kJ:88.0 kJ 的差额正是两摩尔水蒸气凝结时各放出的 44.0 kJ。这就是状态符号并非装饰的原因——如果去掉它们,当某个化学式有多个条目时,工具会要求您指明所需的那一个。
若要计算实际用量的热量,在“热量表示对象”中选择 CH₄(g),并输入 10 g。CH₄ 的摩尔质量为 16.043 g/mol,因此 10 g 为 0.6233 mol,释放的热量为 0.6233 × 890.5 = 555.1 kJ。另一个例子是葡萄糖:C₆H₁₂O₆(s) + 6 O₂(g) → 6 CO₂(g) + 6 H₂O(l),ΔH°rxn = 6(−393.5) + 6(−285.8) − (−1273.3) = −2802.5 kJ,即每 10 g 约释放 155.6 kJ。
盖斯定律:合并已知反应
焓是状态函数,因此反应的焓变与反应途径无关;目标反应的 ΔH 等于能够相加得到它的各步 ΔH 之和。三条规则涵盖所有情形:逆转反应会使其 ΔH 变号;乘以某个数会使其 ΔH 乘以同一个数;相加结果时,两侧都出现的物种相互抵消。
要求 C(s) + ½O₂(g) → CO(g) 的 ΔH(由于总会有一部分生成 CO₂,无法干净地直接测量),可将 C(s) + O₂(g) → CO₂(g),ΔH = −393.5 kJ,与 CO(g) + ½O₂(g) → CO₂(g),ΔH = −283.0 kJ 的逆反应相加。逆转使 −283.0 变为 +283.0,总和为 −393.5 + 283.0 = −110.5 kJ,与 CO 的表列 ΔH°f 相符。在盖斯定律模式中,输入每一步的 ΔH,在第二步上勾选“逆转”,工具即会完成运算。它只对您输入的数字做加法;检查各步是否确实相加得到目标方程式,则由您自己负责。
数值来源及其局限
数值取自 CRC Handbook of Chemistry and Physics 第 84 版(2004 年),温度 298.15 K,转引自 LibreTexts 的“T1: Standard Thermodynamic Quantities”。其他手册在末位或末两位数字上可能有所不同:NBS 表给出 NO(g) 为 90.25,而本版为 91.3。结果是 298.15 K 下的标准态焓,而非您所处温度下的数值;水溶液中的离子取无限稀释状态,并依惯例将 H⁺(aq) 设为零。
常见问题
- 由生成焓求反应焓变的公式是什么?
- ΔH°rxn = Σ n·ΔH°f(生成物) − Σ m·ΔH°f(反应物),其中 n 和 m 为配平方程式中的系数。将每个 ΔH°f 乘以其系数,分别对生成物一侧和反应物一侧求和,再用生成物的和减去反应物的和。
- 为什么元素的生成焓为零?
- 生成焓的定义是由元素在其标准态下生成化合物,因此处于标准态的元素无需变化即可生成。O₂(g)、H₂(g)、Br₂(l) 和石墨均为零。同一元素的其他形态则不为零:金刚石为 +1.9 kJ/mol,臭氧 O₃(g) 为 +142.7 kJ/mol。
- 是否需要将 ΔHf 乘以系数?
- 需要。表中每个 ΔH°f 都针对一摩尔,因此系数为 2 即表示两倍数值。最终的 ΔH°rxn 是按所写反应式的每摩尔反应计算的,将所有系数减半,结果也减半。
- 负的 ΔH 意味着什么?
- 负的 ΔH 表示反应在恒压下向周围释放热量,即放热反应;正的 ΔH 表示吸热,即吸热反应。符号并不说明反应速率,单凭它也无法判断自发性,后者需要 ΔG。
- 为什么水的状态会改变结果?
- 液态水与气态水的生成焓不同,分别为 −285.8 和 −241.8 kJ/mol。生成 H₂O(l) 会释放凝结时额外放出的 44.0 kJ/mol,因此当水以液态存在时,同一燃烧反应的放热更多。
- 为什么我的答案与教材略有不同?
- 各手册列出的数值略有差异,有些会四舍五入到 0.1 或 1 kJ/mol。请查看您的课程使用哪一套表格;如果成绩取决于此,请用 @ 为每个物种输入您教材中的数值。