恆壓下的反應，我們可透過卡計來求出焓變化。然而，執行的過程可能十分困難。事實上有些反應是不可能用卡計測量的。

化學原理啟迪223

1.     恆壓下的反應，我們可透過卡計來求出焓變化。然而，執行的過程可能十分困難。事實上有些反應是不可能用卡計測量的。舉例來說，固體的「碳」從石墨變成鑽石的過程：

C石墨(s)→C鑽石(s)

這個反應過程的焓變化ΔH沒有辦法用卡計測量。接下來我們將說明如何用標準生成熱計算化學反應與物理改變的焓變化ΔH。

2.     化合物的標準生成熱 the standard enthalpy of formation（ΔH⁰_f）定義：在標準狀態下，1mole 化合物的組成元素，從元素變成化合物的焓變化。

3.     熱力學函數 「焓H」右上角的0是指反應在標準狀態下進行。物質的標準狀態standard state是一個定義清楚的參考狀態。因為熱力學函數通常與物質濃度（或壓力）有關，我們必須用共同的參考狀態，才能恰當地比較二種物質的熱力學性質。

4.     只有在標準狀態下，我們才能衡量清楚多數的物質的熱力學變化差異。舉例來說，我們沒有辦法判斷焓的絕對值。我們只能透過以下各種實驗測量焓變化（ΔH值）。

5.     摘要 標準狀態的定義 Definitions of Standard States

l         氣體的標準狀態是壓力1atm。

l         溶液內的物質，標準狀態是濃度1M，壓力1atm。

l         凝聚狀態（液態或固態）的純物質，標準狀態是純液體或純固體。

l         元素的標準狀態是元素存在於1atm壓力下，溫度通常是25℃。

6.     舉例說明標準生成熱的定義。假設在標準狀態下，元素「氮N」和「氧O」組成「二氧化氮NO2」：

1/2N2(g)+O2(g)→NO2(g)  ΔH⁰_f＝34kJ/mol

特別留意，氧O和氮N二種元素都在他們的標準狀態，並且反應後形成1mole的產物。標準生成熱是指在產物的標準狀態下，每莫耳產物的焓（熱含量）。

7.     形成甲醇methanol的反應：

C(s)+2H2(g)+1/2O2(g)→CH3OH(l)  ΔH⁰_f＝－239 kJ/mol

碳C的標準狀態是石墨，氧O和氫H的標準狀態是雙原子氣體，甲醇CH3OH的標準狀態是液態。

8.     常見物質的標準生成熱如下 

許多反應的焓都可以用上表的數據計算。

9.     為了說明清楚上表到底是如何使用，我們將計算甲烷燃燒反應的標準生成熱的變化：

CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)

10.   焓是狀態函數，所以我們可引用赫斯定律，並且依據反應物與產物選擇最簡便的反應路徑，然後把所有的焓變化都加起來。最簡便的反應路徑，如圖：

最簡便的反應路徑就是在標準狀態下把反應(a)和反應(b)反應物切割成元素，然後利用這些元素形成反應(c)和反應(d)。

11.  反應(a)甲烷分子分割成元素：

CH4(g)→C(s)+2H2(g)

這是甲烷生成反應的逆反應：

C(s)+2H2(g)→CH4(g)  ΔH⁰_f＝－75kJ/mol

12.  反應逆轉代表能量流動方向相反，所以焓變化ΔH的能量數值相同，正負號相反，反應(a)的ΔH是－ΔH⁰_f，或75kJ。

13.  接下來我們討論反應(b)。在這個反應中，氧氣是元素，已經處在標準狀態中，所以不需要改變。ΔH⁰_b＝0。

14.  利用反應(a)和反應(b)分解出來的元素，去製造反應(c)和反應(d)的產物。反應(c)是形成二氧化碳的反應：

C(s)+O2(g)→CO2(g)  ΔH⁰_f＝－394kJ/mol

並且ΔH⁰_(c)＝ΔH⁰_f[CO2(g)]＝－394kJ/mol

15.  反應(d)是水的生成反應

H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)  ΔH⁰_f＝－294kJ/mol

然而，要平衡這個方程式需要2moles的水，我們必須讓元素形成2moles的水：

2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

ΔH⁰_(d)＝2×[H2O(l)]＝2(－286kJ)＝－572kJ

16.  我們現在已經完成所有從反應物到產物的所有路徑。把各路徑的焓變化加起來，就是整個反應的焓變化ΔH⁰：

ΔH⁰_反應

＝ΔH⁰_(a)+ΔH⁰_(b)+ΔH⁰_(c)+ΔH⁰_(d)

＝－ΔH⁰_f [for CH4(g) ]+0+ΔH⁰_f [for CO2(g)]+2×ΔH⁰_f [for H2O(l) ]

＝－(－75kJ)+0+(－394kJ)+(－572kJ)

＝－891kJ

17.  讓我們仔細地檢驗這個範例中的反應路徑。首先，反應物碎裂成元素，進入到標準狀態。這個步驟牽涉到生成反應的逆反應，因為必須要改變生成反應焓的正負號。然後元素又形成產物。

18.  整個反應可摘要如下：特定反應的焓變化，可從「產物的生成熱」減掉「反應物的生成熱」計算出來。記得必要的時候，可以依據平衡方程式把某些生成熱乘上整數倍。計算程序如下：

ΔH⁰_reaction ＝ΣΔH⁰_f (products)－ΣΔH⁰_f (reactant)

注：Σ意思是取相關數值的總和。

19.  元素沒有列入生成熱的計算中，因為元素不需要改變型態。因為我們把元素當成計算生成熱的參考點，我們定義在標準狀態下元素的生成熱為0。

20.  摘要 進行焓計算的重要觀念 Key Concepts for Doing Enthalpy Calculations

l         當一個反應逆向進行，它的焓變化ΔH一樣，但是符號改變。

l         當一個反應的平衡方程式乘上一個整數，這個反應的焓變化ΔH的值也必須乘上同樣的整數。

l         一個特定反應的焓變化ΔH，可從它的反應物和產物的生成熱計算出來：

ΔH⁰_reaction ＝ΣΔH⁰_f (products)－ΣΔH⁰_f (reactant)

l         在標準狀態下的元素不列入反應生成熱ΔH的計算。元素在標準狀態下的標準生成熱是0。

n         翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》