第3章 物质的热化学数据及其估算方法
3.1 物质的热化学性质数据表
3.1.1 纯物质的相变焓(热)——相变化热效应
3.1.1.1 有机化合物的相变焓及摩尔定压热容
表3-1列出284个有机化合物的相变焓及摩尔定压热容Cp数据。对表的说明如下。
表3-1 有机化合物的相变焓及在标明温度下的摩尔定压热容[1,2]
①参考文献[3]列有此数据,参考文献[1]未列出。
②参考文献[1]似有误,见参考文献[2]。
(1)ΔmH 熔点下摩尔熔化(融)焓,ΔvH沸点下摩尔蒸发(气化)焓,ΔsH 298.15K下升华焓,单位皆为kJ/mol。
(2)Cp 标明温度下化合物存在的物理状态的Cp值。
(3)ΔtH 标明转变点温度t℃下(右上角标)的转变焓(不同晶态间),单位为kJ/mol。
(4)表中数据主要选自新文献[1];标有“”者取自文献[2]。
3.1.1.2 元素和无机化合物的相变焓(热)及不同温度(T,K)下的Cp
对表3-2的说明同表3-1。
表3-2 元素和无机化合物的相变焓及不同温度下的摩尔定压热容
①新版文献[1]未列有此化合物数据。
②文献[4]数据。
③新版数据有误,此列数据取自Lange’s Handbook of Chemistry 13th ed,1985。
④文献[1]为196.8似有误原文献[3]为296.81。
⑤文献[1],括号内列为70.5,70.0似有误,原文献[3]为79.5,70.0。
3.1.1.3 聚合物的熔化(融)热(焓)和熔化(融)熵[5,6]
具体内容见表3-3~表3-11;表3-12为有机化合物蒸发焓温度关联式参数值,表3-13为个别元素及无机物摩尔蒸发焓温度关联式系数值。
表3-3 某些聚合物的熔化热(焓)和摩尔熔化熵[5]
表3-4 聚合物熔化热 (焓) ΔmH基团贡献的近似值[5]
表3-5 某些聚合物的平衡熔融温度。该温度下, 结晶聚合物的比熔化热 (焓) Δmh,比体积变化Δmv及在标准压力下测出的导数dTm/dp[6]
? 原文献如此。似应为聚2-甲基-1,4-丁二烯;聚2-氯-1,4-丁二烯。
? 原文献如此。似应为聚2-甲基-1,4-丁二烯;聚2-氯-1,4-丁二烯。
注: vm—晶体聚合物熔融时的比体积。
表3-6 共聚物和聚合物混合物的熔点和其摩尔熔 (融)化热 (焓) ΔmH,摩尔熔化 (融) 熵ΔmS[6]
①表示第一组分的摩尔分数; ②表示聚乙烯链节的分子量。
表3-7 某些
型聚酯酰胺的摩尔熔化焓ΔmH,摩尔熔化熵ΔmS[6]
注:m和n的其它值,=[235+18.5(n+m)]·10-6,m3/mol;ΔmH=11+0.93(n+m),kcal/mol,ΔmH=46+3.89(n+m), kJ/mol。
表3-8 丙烯酸正十八烷酯-丙烯酸乙酯-丙烯腈共聚物的比熔化热 (焓)、 玻璃化温度[6]
①是侧链形成的晶体的熔化焓值。
表3-9 硬脂酸乙烯酯-氯乙烯和硬脂酸乙烯酯-乙酸乙烯酯-氯乙烯共聚物的比熔化热 (焓) Δmh[6]和玻璃化温度Ts
①是侧链形成的晶体的熔化热值。
表3-10 四甲基正硅亚苯基酯-二甲基硅氧烷嵌段共聚物的比熔化热、玻璃化温度和熔点以及结晶度和密度[6]
表3-11 几种材料的比熔化热 (焓) Δmh?[7]
? 文献 [7] 表中数值乘以4.184换算得出。
表3-12 有机化合物蒸发焓温度关联式参数值[8]
(此表中各化学式所对应的化合物中文名, 英文名见表3-37之后附表)
注:* 带有此标记的数值系原表作者的估算值。
表3-13 个别元素及无机物摩尔蒸发焓ΔvH温度关联式系数值[7] [ΔvH=Cl×(1-Tr,J/kmol]
注:
表的应用例:分别估算(a)四氟化碳(CF4)在183.16K下和(b)乙烷(C2H6)在210K的蒸发焓ΔvH183.16。
(a)将表列(CF4序号5)Δv=11.966,T1=145.2,Tc=227.5数值代入式与实验值比较偏差为
(b)同(a)将(C2H6序号79)表列数据代入式中
与文献数据比较偏差为
3.1.2 溶液中的热效应,溶解焓(热)、稀释焓(热)及混合焓(热)
3.1.2.1 有机物溶于水的积分溶解焓(热)
具体内容见表3-14。
表3-14 某些有机物溶于水的积分溶解焓(热)[7,9](无限稀释,近似室温)
注:+吸热,-放热;溶解焓数值系由文献[7]表中数值乘以4.184换算得出。
3.1.2.2 无机物溶于水的积分溶解焓(热)
具体内容见表3-15。
表3-15 无机物溶于水的积分溶解焓(热)[7](18°C)
①稀释度数字表示溶解1mol物质所用水的摩尔数,∞表示无限稀释度,aq—不确定稀释度的水溶液。“-”代表放热。溶解焓数值系由文献[7]表中数值乘以4.184换算而得。
3.1.2.3 聚合物溶液的溶解热(焓)及混合热(焓)[6]
具体内容见表3-16~表3-27。
表3-16 聚合物和加氢单体(298K)的溶解热
表3-17 某些聚合物的积分溶解和溶胀热(298K)
注:原文献表中未区分溶解热、溶胀热,所用符号亦相同。
表3-18 聚环氧乙烷在不同溶剂中(303K)的比混合热(焓)Δmixh、比溶解热(焓)Δsolh比熔化热(焓)Δmh 单位:kJ/kg(kcal/kg)
注:φ2、w2下角标“2”表示溶质,Δsolh——比溶解热(焓),Δmixh——比混合热(焓),Δmh——比熔化(融)热(焓)对于结晶聚合物Δsolh=Δmixh+Δmh。
表3-19 聚氯乙烯在四氢呋喃中(303K)的溶解热(焓) 单位:kJ/kg(kcal/kg)
①对于温度低于Tg(玻璃化温度)和Tm(熔点温度)时,无定形固态聚合物。Δsolh=Δmixh+Δmh+Δgh,Δgh—玻璃态破坏时的焓变。
表3-20 聚氯乙烯(2)在环己酮中(303K)的溶解热(焓) 单位:kJ/kg(kcal/kg)
①是聚合物玻璃相或者结晶相还没有完全破坏时该浓度下的(Δmh+Δgh)之值。
表3-21 聚氯乙烯在不同溶剂中(303K)溶液的稀释热(焓)
表3-22 聚环氧乙烷在不同溶剂中(303K)溶液的稀释热(焓)
注:φ下角标2代表溶质。
表3-23 某些聚合物的摩尔稀释热(焓)和摩尔稀释熵(298K)
表3-24 各种溶剂与聚甲基丙烯酸乙酯的无限稀释溶解热(焓)ΔsolH∞和热力学作用参数χ1
注:表中数据是用反相气体色谱法获得的。χ下角标“1”代表溶剂。
表3-25 聚环氧丙烷-苯和聚环氧乙烷-苯体系的混合热力学参数
表3-26 聚苯乙烯 (2)-乙酸乙酯 (1) 体系 (303K) 的稀释热 (焓) ΔdilH、相互作用的焓参数χH
表3-27 具有直链和支链型烷烃与某些聚合物的混合热(焓)和接触作用参数χ12
3.1.3 固体表面的吸附热(焓)
3.1.3.1 吸附质在活性炭、硅胶上的积分吸附热(焓)
具体内容见表3-28。
表3-28 不同吸附质在活性炭、硅胶上的积分吸附热(焓) ΔadsH[10,11]
注:带*者吸附热数值是文献[11]表2-7中数值乘以4.184换算得出。
3.1.3.2 吸附质在合成沸石上的等量吸附热(焓)
具体内容见表3-29。
表3-29 不同吸附质在合成沸石上的等量吸附热(焓)Δads 单位:kJ/mol
注:①θ—遮盖率;②cm3/g。
*指吸附量0.5%(质量分数)之值。
3.1.3.3 水蒸气在不同吸附剂上的吸附热
具体内容见表3-30。
表3-30 水蒸气在不同吸附剂上的吸附热(焓)ΔadsH[11] 单位:kJ/mol
3.1.3.4 CO2在不同类型活性炭上的积分吸附热
具体内容见表3-31。
表3-31 CO2在不同类型活性炭上的积分吸附热(焓)ΔadsH[10] 单位:kJ/mol
3.1.4 化学反应的热效应,物质的标准热化学性质数据
3.1.4.1 有机化合物的标准热化学性质
表3-32列出1273种有机化合物的标准热化学性质数据。
(1)在标准状态下的物质的热化学性质用上角标“”表示,参考温度298.15K。
(2)下标准(摩尔)生成焓(热),单位J/mol。
(3)下标准(摩尔)生成Gibbs自由能,单位J/mol。
(4)下标准(摩尔)熵,单位J/(mol·K)。
(5)下标准摩尔定压热容,单位J/(mol·K)。
(6)标准状态:晶体、液体(纯物质),标准状态压力,任意温度下的纯物质;气体,标准状态压力,温度T下,假想理想气体;对于元素,通常选在298.15K和下稳定形态为其参考物质,因此标准状态下的稳定单质其,皆为零。
(7)此表标准状态压力,标有“+”者的数据是摘自参考文献[3]其标准状态压力。
3.1.4.2 元素及无机化合物的标准热化学性质数据
表3-33列出729种元素及无机化合物的标准热化学性质数据。对表的说明同3.1.4.1(1)~(6),标准状态压力
表3-33 元素及无机化合物的标准热化学性质,,
注:状态c—晶体,g—气体,l—液体。
3.1.4.3 离子和中性物质在水溶液中的标准热化学性质数据
见表3-34。表中,,,,皆是指在标准状态下的数值,参考温度298.15K=。
表3-34 离子和中性物质在水溶液中的标准热化学性质,,,
在此标准状态规定为:,质量摩尔浓度m=1mol/kg的假想的理想溶液,且H+(aq)的,皆规定为零。
3.1.4.4 个别物质不同温度下自由能函数、热焓函数、、数据
具体内容见表3-35。
表3-35 的目录①
①此目录列出表3-35中序号1~80元素或化合物的化学式,中、英文名,可作相应对照。
表3-35 个别物质不同温度(298.15~1500K)下标准热化学性质, ,,自由能函数,热焓函数数据[13]
注:为自由能函数;为热焓函数;Tr为参考温度,通常可选0K,或298.15K=;,ΔR下标R为反应。
3.1.4.5 有机化合物理想气体的△fH与T的关联式系数值
3.1.4.6 有机化合物理想气体的△fG与T的关联式系数值
表3-36应用例题
(1)估算低压甲烷气(CH4)在500K(标准)生成焓由表查得CH4(序号29)关联式常数A=-63.43,B=-4.33546×10-2,C=1.72197×10-5及T=500K代入关联式得
(2)计算900K温度下1-丁烯(1-C4H8)脱氢生成1,3-丁二烯(1,3-C4H6)的标准反应焓变
——计量系数,反应物取负值,产物取正
对此反应
由表列1-C4H8(序号143),1,3-C4H6(序号136)查出相应的关联式常数,并代入T=900K
代入反应焓变式得
反应焓变为正值系为吸热反应,需要加热才能维持反应温度在900K。
表(3-12,3-36,3-37)中有机化合物的化学式,汉、英名称对照
3.1.4.7 有机化合物标准燃烧焓(热)
有机化合物的标准摩尔燃烧焓(热)列于表3-38。
表3-38 有机化合物标准摩尔燃烧焓(热)
注:c—晶体,l—液体,g—气体。标有“|-”者皆摘自马沛生主编“有机化合物实验物性数据手册.北京:化学工业出版社,2006.此手册亦包含有碳、氢、氧、卤素的有机物更多的Δc”数据。
(1)是含有C,H,N,O元素的有机化合物标准燃烧焓。
(2)燃烧产物为标准状态下 的CO2(g),H2O(l),N2(g),为高(总)热值——higher(gross)calorific value(HCV),此值减去H2O的冷凝热即可得到低(净)热值——lower(net)calorific Value(LCV)。
(3)表中给出化合物的摩尔质量M,以便于将摩尔燃烧焓转换为比燃烧焓。
(4)表中数值是负数,代表燃烧1mol化合物放出的热量。
(5)更多有机物数据可由文献[16][17]中查到,马沛生在文献[2]中所列4916种有机化合物不同相态的实验数据其中部分也是取自文献[16]。
3.1.4.8 燃料的热值及单位能量(MJ)的碳排放量
具体内容见表3-38a。
表3-38a 燃料的热值、单位能量排出的碳量[13]
注:1. ucont 原文献为energy content定为标准(比)燃烧焓的负值即 ucont=-Δch,在此译为热值值(heating value)似更为适宜通用,又因其燃烧产物CO2为气体,H2O为液体故为高热值(higher heating value i.e.gross heat combustion)。
2. gc 单位兆焦能量释放出CO2的碳量,g of C per MJ[g(C)/MJ](the grams of carbon released as carbon dioride per megajoule of energy)可以认为是获得单位能量(MJ)的碳排放量(g)。
3.化石燃料和其它材料的ucont是代表性的个别样品会显示出大的变化。
4. Δ 天然气假定甲烷为95%,乙烷为2.5%,惰性化合物为2.5%,实际天然气组成可能有较大的变化。