焓变与熵变在碘盐使用条件分析中的应用

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1、焓变与熵变在碘盐使用条件分析中的应用：通过碘酸钾受潮、受热时所发生化学反应的焓变与熵变等计算，说明了在标准压力下，碘酸钾变为碘蒸气的温度为88℃，根据克劳修斯-克拉贝龙方程，计算得到实际烹调过程中在73℃以下就可以进行。所以，“食品熟后再放碘盐”才能保证碘盐使用的有效性。　　关键词：碘酸钾；碘蒸气；焓变；熵变　　：1008-0546（2012）11-0086-01：G633.8：B　　doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.11.035　　化学反应的焓变与熵变[1]是高中和大学化学[2]都涉及到的重要知识点。如何

2、使学生在学习这部分内容的同时，又能够学以致用。笔者从人们天天食用的碘盐入手，挖掘出化学反应的焓变与熵变在生活中的应用一例。　　市售碘盐包装上强调：保存时“防热、避光、防潮”；烹饪时，“食品熟后再放碘盐”。其中的“潮”后会发生什么反应？“热”后又会发生什么反应？“热”指的温度为多高？可以从相关化学反应的焓变与熵变的角度进行分析：　　一、碘盐受潮后会发生什么反应　　空气中含有二氧化碳，在潮湿的条件下，发生反应为：　　H2O（l）+CO2（g）=H2CO3（aq）（1）　　H2CO3（aq）=H++HCO3-（2）　　碘盐中的“碘”，其存在形式为

3、碘酸钾，在上述（1）、（2）所示的潮湿、酸性环境条件下，发生反应（3）　　4H++4IO3-=2I2（s）+5O2（g）+2H2O（l）（3）　　反应（3）可以发生的依据是该反应的标准摩尔吉布斯自由能变小于40kJ·mol-1。通过浓度、温度对化学平衡的影响，可以使反应正向自发进行[3]。以下的计算可以说明。　　二、碘盐受热后会发生什么反应　　碘盐“受热”后，会使反应（3）中生成的固体碘升华为碘蒸气而逸出，即发生反应（4）：　　I2（s）=I2（g）（4）　　反应（3）和（4）的总反应为碘盐“受潮”、“受热”后的总反应（5）：　　4H++4

4、IO3-=2I2（g）+5O2（g）+2H2O（l）（5）　　反应（5）可以发生的依据同反应（3）。　　三、标准压力下碘盐受热温度为多高　　298K、标准压力下反应（5）的摩尔反应焓变[2]、熵变[2]、和热容[3]变化分别为[4]：　　ΔrHm°=2ΔfHm°[I2（g）]+5ΔfHm°[O2（g）]+2ΔfHm°[H2O（l）]-　　4ΔfHm°[H+（aq）]-4ΔfHm°[IO3-（aq）]　　=2×62260+5×0+2（-285848）-4×0-4（-221300）　　=438024J　　ΔrS°=2Sm°[I2（g）]+5Sm

5、°[O2（g）]+2Sm°[H2O（l）]-　　4Sm°[H+（aq）]-4Sm°[IO3-（aq）]　　=2×260.58+5×205.029+69.96-4×0-4×118.4　　=1212.6J·K-1　　ΔrCp=2Cp，m[I2（g）]+5Cp，m[O2（g）]+2Cp，m[H2O（l）]-　　4Cp，m[H+（aq）]-4Cp，m[IO3-（aq）]　　=2×36.86+29.359+2×75.295-4×0-4×84.7　　=32.3J·K-1　　计算表明化学反应（5）的热容改变量？驻rCP=32.3JK-1，在室温的基础上，

6、每改变100℃，引起标准摩尔反应焓变和熵变的相对变化分别为：　　[ΔfCp，m（T2-T1）/ΔrHm°]×100%　　=[（32.3）×100/438024]×100%=0.74%　　{[ΔrCp，mln（T2/T1）]/ΔrSm°}×100%　　={[（32.3）×ln（398.2/298.2）]/1212.6}×100%=0.77%　　为了简化计算，将改变0.74%和0.77%忽略。并且假定化学反应（5）能够从左向右进行，必满足：　　ΔrGm°，T=（ΔrHm°-TΔrSm°）<0　　T>ΔrHm°/ΔrSm°=43802

7、4/1212.6=361.2K=88℃　　四、实际压力下受热温度为多高？　　由以上计算可知，潮湿条件下，对碘酸盐形成的酸性环境使其变为碘蒸气而挥发掉的碘蒸气p1=1×105Pa，与之平衡的温度T1=361.2K，而实际的烹调加热体系，碘蒸气的分压远小于大气之标准压力，因为88℃时水的饱和蒸汽压[5]为6.4×104Pa，实际碘蒸气的分压p2应该为（1×105P-6.4×104）Pa，即0.36倍的p1，考虑到烹调过程中碘盐用量因人而异且较小，故设为0.1～0.4倍的p1，与之平衡的温度为T2，碘的升华焓（假定为常数）即反应（4）的标准摩尔反

8、应焓变为：　　ΔsubHm°（298K）=ΔfHm°[I2（g）]+ΔfHm°[I2（s）]　　=62260-0=62260J·mol-1　　将P1，P2，T1数据代入克劳修斯-