第1章化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)換

1、1普通化學(xué)普通化學(xué) 授課教師 湯建庭 聯(lián) 系 方 式 2成績(jī)?cè)u(píng)定方法：成績(jī)?cè)u(píng)定方法： 平時(shí)：平時(shí)：4040（包括考勤、課堂提問(wèn)、（包括考勤、課堂提問(wèn)、作業(yè)完成情況等）作業(yè)完成情況等） 考試：考試：6060本課程共計(jì)本課程共計(jì)4040學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)。3醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)藥衛(wèi)生國(guó)防軍事國(guó)防軍事衣食住行衣食住行冶冶 金金環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)新材料新材料新能源新能源生物技術(shù)生物技術(shù)化學(xué)化學(xué)化學(xué)化學(xué)是在原子和分子層次上研究物質(zhì)的組是在原子和分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的學(xué)科。成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的學(xué)科。4化學(xué)的分支學(xué)科：化學(xué)的分支學(xué)科： 無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、

2、有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子化學(xué)、分析化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)物理化學(xué)等；應(yīng)用方面等；應(yīng)用方面( (交叉邊緣學(xué)科交叉邊緣學(xué)科) )有燃料化學(xué)、有燃料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、材料化學(xué)、生物化學(xué)、放射化學(xué)、激光環(huán)境化學(xué)、材料化學(xué)、生物化學(xué)、放射化學(xué)、激光化學(xué)、地質(zhì)化學(xué)、計(jì)算化學(xué)、能源化學(xué)、化學(xué)信息化學(xué)、地質(zhì)化學(xué)、計(jì)算化學(xué)、能源化學(xué)、化學(xué)信息學(xué)、化學(xué)生物學(xué)等。學(xué)、化學(xué)生物學(xué)等。普通化學(xué)普通化學(xué)是非化學(xué)化工類專業(yè)的一門公共基礎(chǔ)課，是非化學(xué)化工類專業(yè)的一門公共基礎(chǔ)課，它對(duì)化學(xué)科學(xué)各分支的基礎(chǔ)知識(shí)作一整體的介紹。它對(duì)化學(xué)科學(xué)各分支的基礎(chǔ)知識(shí)作一整體的介紹。5普通化學(xué)課程的教學(xué)目的：普通化學(xué)課程的教學(xué)目的： 普通化

3、學(xué)課程的教學(xué)目的是要給學(xué)生以高素質(zhì)的化學(xué)通普通化學(xué)課程的教學(xué)目的是要給學(xué)生以高素質(zhì)的化學(xué)通才教育。才教育。 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的學(xué)習(xí)，使學(xué)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解當(dāng)代化學(xué)學(xué)科的概貌，能運(yùn)用化學(xué)的理論、觀點(diǎn)、生了解當(dāng)代化學(xué)學(xué)科的概貌，能運(yùn)用化學(xué)的理論、觀點(diǎn)、方法審視公眾關(guān)注的能源危機(jī)、環(huán)境污染、新興材料、生方法審視公眾關(guān)注的能源危機(jī)、環(huán)境污染、新興材料、生命科學(xué)、健康與營(yíng)養(yǎng)等社會(huì)熱點(diǎn)話題，了解化學(xué)對(duì)人類社命科學(xué)、健康與營(yíng)養(yǎng)等社會(huì)熱點(diǎn)話題，了解化學(xué)對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)和作用。會(huì)的貢獻(xiàn)和作用。 對(duì)工科專業(yè)，著重把化學(xué)的理論、方法與工程技術(shù)的對(duì)工科專業(yè)，著重把化

4、學(xué)的理論、方法與工程技術(shù)的觀點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用化學(xué)的觀點(diǎn)分析、認(rèn)識(shí)工程技術(shù)中的化觀點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用化學(xué)的觀點(diǎn)分析、認(rèn)識(shí)工程技術(shù)中的化學(xué)問(wèn)題。學(xué)問(wèn)題。6化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化第1章71.1 基本概念基本概念系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。開(kāi)放系統(tǒng)開(kāi)放系統(tǒng)有物質(zhì)和能量交換有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)只有能量交換只有能量交換1.1.1 系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)與環(huán)境隔離系統(tǒng)隔離系統(tǒng)無(wú)物質(zhì)和能量交換無(wú)物質(zhì)和能量交換環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。83NH爐膛爐膛 2N、2H 絕熱層絕熱層 兩塊難熔金屬片

5、低熔合金 （如錫和鉍的合金） 圖1.1 反應(yīng)燒結(jié)爐示意圖系統(tǒng)的選擇根據(jù)研究需要而定，不同的方法和不同角系統(tǒng)的選擇根據(jù)研究需要而定，不同的方法和不同角度對(duì)系統(tǒng)的劃分也不同。度對(duì)系統(tǒng)的劃分也不同。 9相相系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分稱為相。根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為：稱為相。根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為：?jiǎn)蜗啵ň鶆颍┫到y(tǒng)單相（均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng) 相與相之間有明確的界面相與相之間有明確的界面。氣體物質(zhì)及其混合物，一般為均勻的單相氣體物質(zhì)及其混合物，一般為均勻的單相，如空氣。，如空氣。液體物質(zhì)按其溶解度的不同，可以分為完

6、全互溶和部分互溶液體物質(zhì)按其溶解度的不同，可以分為完全互溶和部分互溶，前，前者如酒精與水，形成一個(gè)相；后者則形成有明顯界面分開(kāi)的多個(gè)者如酒精與水，形成一個(gè)相；后者則形成有明顯界面分開(kāi)的多個(gè)相，如四氯化碳和水的情況。沒(méi)有絕對(duì)互不相溶的，只是溶解度相，如四氯化碳和水的情況。沒(méi)有絕對(duì)互不相溶的，只是溶解度及其微小罷了。及其微小罷了。固態(tài)物質(zhì)較為復(fù)雜，它有晶態(tài)和非晶態(tài)之分，晶態(tài)中又有多種結(jié)固態(tài)物質(zhì)較為復(fù)雜，它有晶態(tài)和非晶態(tài)之分，晶態(tài)中又有多種結(jié)構(gòu)，分屬不同的相。構(gòu)，分屬不同的相。10思考思考：1) 101.325kPa，273.15K(0C)下，下，H2O(l), H2O(g)和和H2O(s)同時(shí)共存

7、時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。2) CaCO3(s)分解為分解為CaO (s)和和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。的相數(shù)。答：答：1）在此條件下，存在）在此條件下，存在3相（氣、液、固各一相；相（氣、液、固各一相；2）3相（氣體相（氣體1相，固體相，固體2相）相）111.1.2 狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)是用來(lái)描述系統(tǒng)的諸如壓力、體積、系統(tǒng)的狀態(tài)是用來(lái)描述系統(tǒng)的諸如壓力、體積、溫度等溫度等各種宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)各種宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。如溫度（如溫度（T）壓強(qiáng)（壓強(qiáng)（p）體積（體積（V）物質(zhì)的量（物質(zhì)的量（n）質(zhì)量（質(zhì)量（m）密度（密度（

8、）一般只要確定少數(shù)幾個(gè)性質(zhì)，一般只要確定少數(shù)幾個(gè)性質(zhì)，狀態(tài)就確定了。狀態(tài)就確定了。狀態(tài)函數(shù)：描述狀態(tài)的物理量。狀態(tài)函數(shù)：描述狀態(tài)的物理量。12狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)13始態(tài)始態(tài)終態(tài)終態(tài)途徑途徑途徑途徑 系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生的任何變化都稱為系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生的任何變化都稱為過(guò)程（過(guò)程（process）。 如氣體的壓縮與膨脹、液體的蒸發(fā)與凝固以及化學(xué)反應(yīng)如氣體的壓縮與膨脹、液體的蒸發(fā)與凝固以及化學(xué)反應(yīng)等都是熱力學(xué)過(guò)程。等都是熱力學(xué)過(guò)程。 體系由同一始態(tài)變到同一終態(tài)可以經(jīng)由不同的方式，體系由同一始態(tài)變到同一終態(tài)可以經(jīng)由不同的方式，這種不同的方式稱為這種不同的方式稱為途徑（途徑（path）。1.1.3 過(guò)程與

9、途徑過(guò)程與途徑14圖1.2 過(guò)程與途徑示意圖 恒溫 恒壓 100 kPa 328 K 100 kPa 288 K 80 kPa 328 K 80 kPa 288 K 恒溫 100 kPa 278 K (始態(tài)) (終態(tài)) 100 kPa 288 K 恒壓 恒壓 恒壓 恒壓過(guò)程 151.1.4 熱和功熱和功在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為度差而交換的能量稱為熱熱。熱的符號(hào)規(guī)定：熱的符號(hào)規(guī)定： 系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。熱量熱量q不是狀態(tài)函數(shù)不是狀態(tài)函數(shù)1. 熱熱16在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與

10、環(huán)境除熱以在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為外的方式交換的能量都稱為功功。功的符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。功的符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體積功積功w體體。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功w 。功功w也不是狀態(tài)函數(shù)也不是狀態(tài)函數(shù)思考思考：1mol理想氣體，密閉在理想氣體，密閉在1)氣球中，氣球中，2) 鋼瓶中；將理鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高想氣體的溫度提高20C時(shí)，是否做了體積功？時(shí)，是否做了體積功？答：答：1)1)做體積功，做體積功

11、，2)2)未做體積功。未做體積功。w = w體體+ w 2. 功功17熱和功的相同點(diǎn)：熱和功的相同點(diǎn)：第一，熱和功都是能量傳遞的基本形式，具有能量的單第一，熱和功都是能量傳遞的基本形式，具有能量的單位位(kJ) ；第二，熱和功都不是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，它們都是與過(guò)程第二，熱和功都不是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，它們都是與過(guò)程的具體途徑相聯(lián)系的物理量，不能說(shuō)某系統(tǒng)內(nèi)含有多少的具體途徑相聯(lián)系的物理量，不能說(shuō)某系統(tǒng)內(nèi)含有多少熱或多少功，但卻可以說(shuō)系統(tǒng)在某過(guò)程吸收熱或多少功，但卻可以說(shuō)系統(tǒng)在某過(guò)程吸收(或放出或放出)了多了多少熱或做了多少功。少熱或做了多少功。 第三，能量是系統(tǒng)做功和放熱的潛在本領(lǐng)，可以表現(xiàn)為第三，能

12、量是系統(tǒng)做功和放熱的潛在本領(lǐng)，可以表現(xiàn)為各種具體形式。各種具體形式。181.1.5 熱力學(xué)能熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)包括分子的平動(dòng)、系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)包括分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)以及電子運(yùn)動(dòng)和核運(yùn)動(dòng)。又稱內(nèi)能。轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)以及電子運(yùn)動(dòng)和核運(yùn)動(dòng)。又稱內(nèi)能。思考：思考：同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在10000m高空，以高空，以400m/s飛行的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。飛行的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。兩者的內(nèi)能相同嗎？?jī)烧叩膬?nèi)能相同嗎？答：相同。答：相同。熱力學(xué)能的特征：熱力學(xué)能的特征： 狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù) 無(wú)絕對(duì)數(shù)值無(wú)

13、絕對(duì)數(shù)值由于分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的相互作用十分復(fù)雜，因此目前尚無(wú)法測(cè)定熱力學(xué)能的絕對(duì)數(shù)值。191.1.6 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度對(duì)任一反應(yīng)：對(duì)任一反應(yīng)： aA+dD = eE + fF也可寫(xiě)為也可寫(xiě)為 0= eE+fF -aA-dDBB0B化學(xué)反應(yīng)方程式又稱為化學(xué)反應(yīng)方程式又稱為化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式。化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式。或簡(jiǎn)化成或簡(jiǎn)化成B代表反應(yīng)物或產(chǎn)物，代表反應(yīng)物或產(chǎn)物，B為反應(yīng)式中相應(yīng)物質(zhì)為反應(yīng)式中相應(yīng)物質(zhì)B的的化學(xué)計(jì)量數(shù)。化學(xué)計(jì)量數(shù)。對(duì)于反應(yīng)物，對(duì)于反應(yīng)物，B為負(fù)值（如為負(fù)值（如A = -a，B = -d）；）；對(duì)于產(chǎn)物，對(duì)于產(chǎn)物，B為正值（如為正值（如E = e，F(xiàn) = f）。）。1.

14、 化學(xué)計(jì)量數(shù)化學(xué)計(jì)量數(shù)202. 反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，常用符號(hào)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，常用符號(hào)表示，其定義為：表示，其定義為：B1BddnB1B2B)()(tntnnBB=(t2) -(t1) =21 gNH2gH3gN322t0時(shí)時(shí) nB/mol 3.0 10.0 0 0 t1時(shí)時(shí) nB/mol 2.0 7.0 2.0 t2時(shí)時(shí) nB/mol 1.5 5.5 3.0 1 2 mol0 . 11mol)0 . 30 . 2(NN2211nmol5 . 12mol0 . 12mol)00 . 2(NHNH3311nmol0 . 13mol)0 .100 . 7(HH2211n例如：例如

15、： =1.0mol時(shí)，表明時(shí)，表明按該化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式按該化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式進(jìn)行了進(jìn)行了1.0mol反應(yīng)，反應(yīng)，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱摩爾反應(yīng)摩爾反應(yīng)。 引入反應(yīng)進(jìn)度這一物理量最大的優(yōu)點(diǎn)就是在反應(yīng)進(jìn)行到任意時(shí)刻時(shí)，可用任一反應(yīng)物或產(chǎn)物來(lái)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，所得的值總是相等的，而與使用何種組分無(wú)關(guān)。 22故反應(yīng)進(jìn)度必須對(duì)應(yīng)具體的反應(yīng)方程式。故反應(yīng)進(jìn)度必須對(duì)應(yīng)具體的反應(yīng)方程式。 gNHgH23gN21322mol0 . 22/1mol)0 . 30 . 2(22NN1n時(shí)1tt 2.0 7.0 2.0 (mol) 3.0 10.0 0 (mol)0t若上述合成氨反應(yīng)寫(xiě)成：若上述合成氨反應(yīng)寫(xiě)成：231.3.3 化學(xué)反應(yīng)

16、熱的測(cè)量化學(xué)反應(yīng)熱的測(cè)量q-q(H2O)+qb -C(H2O)T+CbT -CTC量熱計(jì)常數(shù)，即彈液量熱計(jì)常數(shù)，即彈液(如水如水)和熱量計(jì)部件和熱量計(jì)部件(杯體、杯體、鋼彈、溫度計(jì)、攪拌棒和鋼彈、溫度計(jì)、攪拌棒和引燃絲等引燃絲等)熱容之和。熱容之和。常用彈式熱量計(jì)測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的常用彈式熱量計(jì)測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。常用燃料如煤、天然氣、反應(yīng)熱。常用燃料如煤、天然氣、汽油等均可按此法測(cè)得。汽油等均可按此法測(cè)得。彈式熱量計(jì)示意圖彈式熱量計(jì)示意圖24定容熱效應(yīng)定容熱效應(yīng)(qv)與定壓熱效應(yīng)與定壓熱效應(yīng)(qp) 恒壓條件下反應(yīng)的熱效應(yīng)稱為定壓熱效應(yīng)恒壓條件下反應(yīng)的熱效應(yīng)稱為定壓熱效應(yīng)qp 比如在敞口容器

17、中進(jìn)行反應(yīng)的熱效應(yīng)比如在敞口容器中進(jìn)行反應(yīng)的熱效應(yīng). 恒容條件下反應(yīng)的熱效應(yīng)稱為定容熱效應(yīng)恒容條件下反應(yīng)的熱效應(yīng)稱為定容熱效應(yīng)qv 比如彈式熱量計(jì)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的熱效應(yīng)比如彈式熱量計(jì)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的熱效應(yīng)若無(wú)特別注明，若無(wú)特別注明，“精確測(cè)定的反應(yīng)熱精確測(cè)定的反應(yīng)熱”均指均指qv；“反應(yīng)熱反應(yīng)熱”均指均指qp 。25問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1. 大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是在定壓條件下發(fā)生的，能否大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是在定壓條件下發(fā)生的，能否確定確定qv與與qp之間的關(guān)系，以求得更常用的之間的關(guān)系，以求得更常用的qp？2. 有些反應(yīng)的熱效應(yīng)難以直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)得，那么有些反應(yīng)的熱效應(yīng)難以直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)得，那么如何獲得這些反應(yīng)熱？如何獲得

18、這些反應(yīng)熱？例如反應(yīng)：2C(s) + O2(g) = 2CO(g)思考思考：為什么上述反應(yīng)的反應(yīng)熱無(wú)法實(shí)驗(yàn)測(cè)定？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法控制生成產(chǎn)物完全是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法控制生成產(chǎn)物完全是CO。因此，只能用理論方法來(lái)計(jì)算反應(yīng)熱。261.2 熱力學(xué)第一定律與反應(yīng)熱熱力學(xué)第一定律與反應(yīng)熱1.2.1 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律對(duì)封閉系統(tǒng)，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱對(duì)封閉系統(tǒng)，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功從環(huán)境得功w，則系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加則系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加U (U2 U1)為：為：U = q + w熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律在熱力學(xué)中的熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律在熱力學(xué)中的的應(yīng)用。的應(yīng)用。27例例

19、 1.1 某一熱力學(xué)能為某一熱力學(xué)能為1U的封閉的封閉系系統(tǒng)統(tǒng)，從環(huán)境吸熱，從環(huán)境吸熱 50kJ，對(duì)環(huán)境做功，對(duì)環(huán)境做功 30 kJ。試問(wèn)。試問(wèn) (1) 系系統(tǒng)統(tǒng)的熱力學(xué)能變和終態(tài)的熱力學(xué)能的熱力學(xué)能變和終態(tài)的熱力學(xué)能2U為多少？為多少？(2) 此過(guò)程中環(huán)此過(guò)程中環(huán)境能量又發(fā)生了什么變化？境能量又發(fā)生了什么變化？ 解：解：(1) 由題由題意意可知：可知：q=50kJ，w=30kJ 則則 U=12UU =wq =kJ)30(kJ50= 20kJ 又又 2U=1UU =kJ201U (2) 當(dāng)當(dāng)系系統(tǒng)統(tǒng)吸收吸收 50 kJ 時(shí)，環(huán)境必然放熱時(shí)，環(huán)境必然放熱 50 kJ，對(duì)環(huán)境來(lái)講，對(duì)環(huán)境來(lái)講Q=5

20、0kJ。另外另外系系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功對(duì)環(huán)境做功 30 kJ，對(duì)環(huán)境來(lái)講，對(duì)環(huán)境來(lái)講w= 30kJ，于是環(huán)境的能量改變?yōu)椋?，于是環(huán)境的能量改變?yōu)椋?U=wq =kJ30kJ50=20kJ 28例例 1.2 某一定某一定量的理想氣體，始態(tài)體積為量的理想氣體，始態(tài)體積為 103dm、壓力為、壓力為 1000kPa，在恒，在恒定溫度定溫度 298K 時(shí)，經(jīng)下列途徑膨脹到終態(tài)的體積為時(shí)，經(jīng)下列途徑膨脹到終態(tài)的體積為 1003dm，壓力，壓力 100kPa。計(jì)算。計(jì)算各途徑的體積功：各途徑的體積功：(1) 外壓始終保持外壓始終保持 100kPa，由始態(tài)膨脹到終態(tài)；，由始態(tài)膨脹到終態(tài)；(2) 首先首先系系統(tǒng)統(tǒng)

21、在在 500kPa 的外壓下膨脹到的外壓下膨脹到 203dm，然后在外壓力為，然后在外壓力為 100kPa 條件下繼續(xù)膨脹到條件下繼續(xù)膨脹到終態(tài)。終態(tài)。 解：為解題方便，依據(jù)題意可繪出下列過(guò)程示意圖解：為解題方便，依據(jù)題意可繪出下列過(guò)程示意圖 途徑途徑? 恒溫恒壓恒溫恒壓膨脹膨脹w 恒溫恒壓膨脹恒溫恒壓膨脹1w 恒溫恒壓膨脹恒溫恒壓膨脹2w 途徑途徑? (1) w=Vp =)(13VVp=3dm)10100(kPa100=9kJ (2) 根據(jù)題意，途徑根據(jù)題意，途徑? 分兩步完成，即分兩步完成，即 w=21ww 所以所以 w=)()(233122VVpVVp =33dm)20100(kPa10

22、0dm)1020(kPa500=13kJ 始態(tài)：始態(tài)：Bn mol， 1V=103dm，1p=1000kPa Bn mol， 2V=203dm，2p=500kPa 終態(tài)終態(tài)：Bn mol， 3V=1003dm，3p=100kPa 途徑途徑II途徑途徑I291.2.2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓通常把反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收通常把反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做反應(yīng)熱?；蚍懦龅臒崃拷凶龇磻?yīng)熱。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為：根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為： 定容反應(yīng)熱定容反應(yīng)熱恒容過(guò)程，體積功w體 = 0，不做非體積功 w =0時(shí)，所以， w= w體

23、+ w =0 ，qV = U 定壓反應(yīng)熱定壓反應(yīng)熱恒壓過(guò)程，不做非體積功時(shí)， w體= p(V2V1)，所以qp = U + p(V2V1)思考思考：這兩個(gè)公式有什么用處？這兩個(gè)公式有什么用處？答：可以利用這兩個(gè)公式計(jì)算反應(yīng)熱答：可以利用這兩個(gè)公式計(jì)算反應(yīng)熱。301. 焓焓 qP =U + p(V2 V1) = (U2 - U1)+ p(V2 V1) = (U2 + p 2V2) (U1 + p 1V1)公式公式qp =H 的意義：的意義：1）等壓熱效應(yīng)即為焓的增量，故）等壓熱效應(yīng)即為焓的增量，故qP也只決定于始終態(tài)，而與也只決定于始終態(tài)，而與途徑無(wú)關(guān)。途徑無(wú)關(guān)。2）可以通過(guò)）可以通過(guò)H的計(jì)算求

24、出的的計(jì)算求出的qP值。值。令令 H = U + p V 則則qp =H2 H1=HH 稱為焓，是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)。稱為焓，是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)。思考思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的絕對(duì)數(shù)值？答：是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對(duì)數(shù)值。答：是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對(duì)數(shù)值。312. 定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知已知定容反應(yīng)熱：定容反應(yīng)熱：qV = U定壓反應(yīng)熱：定壓反應(yīng)熱：qp = H對(duì)于一個(gè)恒壓對(duì)于一個(gè)恒壓( (1p ) )過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)熱過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)熱pq)( H的產(chǎn)生， 可以設(shè)計(jì)成分下述的產(chǎn)生， 可以設(shè)計(jì)成分下述二二步來(lái)實(shí)現(xiàn)：步來(lái)實(shí)現(xiàn)： 恒溫恒

25、壓恒溫恒壓 )(pqH 恒容恒容 可逆過(guò)程可逆過(guò)程 )(VqU )(pV pq = =VpU= =VpqV= =H 始態(tài)始態(tài)1p，1V，1T，)B(1n ( (反應(yīng)物反應(yīng)物) ) p，1V，T，)B(2n 虛擬中間狀態(tài)虛擬中間狀態(tài) 終態(tài)終態(tài)1p，2V，1T，)B(2n ( (反應(yīng)物反應(yīng)物) ) 32,()p mv mgBqqBRT()pvgBqqp Vn BRT()rmrmgBHUBRT對(duì)于有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)，由于凝聚相相對(duì)氣對(duì)于有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)，由于凝聚相相對(duì)氣相來(lái)說(shuō)，體積可以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體相來(lái)說(shuō)，體積可以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體的物質(zhì)的量。的物質(zhì)

26、的量。BBn33思考：思考：若反應(yīng)若反應(yīng) C(石墨石墨) + O2(g) CO2(g) 的的qp,m為為393.5kJmol 1，則該反應(yīng)的，則該反應(yīng)的qV,m 為多少？為多少？小結(jié)小結(jié):rmrmHU與近似相等rmrmHU與不等()0gBB1、對(duì)無(wú)氣體物質(zhì)參加的反應(yīng)，、對(duì)無(wú)氣體物質(zhì)參加的反應(yīng)，2、對(duì)有氣體物質(zhì)參加的反應(yīng)、對(duì)有氣體物質(zhì)參加的反應(yīng)()0gBBrmrmHU與近似相等341.2.3 熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式。表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式。書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)，先寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式，然后在式時(shí)，先寫(xiě)出反應(yīng)的

27、化學(xué)方程式，然后在方程式下方方程式下方(或右邊或右邊)寫(xiě)出相應(yīng)的焓變。寫(xiě)出相應(yīng)的焓變。由于化學(xué)反應(yīng)熱與反應(yīng)時(shí)的條件由于化學(xué)反應(yīng)熱與反應(yīng)時(shí)的條件(溫度、壓力等溫度、壓力等)、物質(zhì)的聚集狀態(tài)及物質(zhì)的量有、物質(zhì)的聚集狀態(tài)及物質(zhì)的量有關(guān)，因此在書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)反應(yīng)方程式時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：關(guān)，因此在書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)反應(yīng)方程式時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)： (1) 要注明反應(yīng)的溫度、 壓力等條件。 如果溫度是要注明反應(yīng)的溫度、 壓力等條件。 如果溫度是298.15K， 壓力是， 壓力是 100.00kPa時(shí)，習(xí)慣上可不加注明。時(shí)，習(xí)慣上可不加注明。 (2) 必須在化學(xué)式后標(biāo)注物質(zhì)的物態(tài)和濃度。如必須在化學(xué)式后標(biāo)注物質(zhì)的物

28、態(tài)和濃度。如 s、l、g、aq 分別表示固態(tài)、分別表示固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和稀的水溶液。如果涉及的固態(tài)物質(zhì)有幾種晶型還應(yīng)注明確定的晶液態(tài)、氣態(tài)和稀的水溶液。如果涉及的固態(tài)物質(zhì)有幾種晶型還應(yīng)注明確定的晶型。型。 (3) 同一化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，反應(yīng)熱同一化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，反應(yīng)熱 H不同。并且不同。并且反應(yīng)熱反應(yīng)熱 H的的數(shù)值表示一個(gè)已經(jīng)完成的反應(yīng)所吸收或放出的熱量。例如數(shù)值表示一個(gè)已經(jīng)完成的反應(yīng)所吸收或放出的熱量。例如 )g(O21)g(H22=O(g)H2 )K15.298(mrH=8 .2411molkJ 上式表明，在溫度為上式表明，在溫度為 298.15K，各種氣體的分壓均為，各

29、種氣體的分壓均為 100kPa 時(shí)進(jìn)行等溫等時(shí)進(jìn)行等溫等壓反應(yīng)，壓反應(yīng)， 由由 1mol)g(H2與與21mol)g(O2反應(yīng)生成反應(yīng)生成 1molO(g)H2時(shí)，時(shí)， 反應(yīng)放出的熱量反應(yīng)放出的熱量為為 241.8 1molkJ，故其標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?yōu)?，故其?biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?yōu)? .2411molkJ。 35361.3 化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的計(jì)算1.3.1 熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓1. 熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p 下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力p 下，質(zhì)量摩爾濃度為c =1.

30、0 mol.dm-3)液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力p 下的純液體或純固體。372. 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)壓力和該溫度下最穩(wěn)定的單質(zhì)。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l) 等。但P為白磷(s)，即P（s，白）。水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。顯然，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為顯然，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為0 0。生成焓的負(fù)值越。生成焓的負(fù)值越大，表明該物質(zhì)鍵能越大，對(duì)熱越穩(wěn)定。大，表明該物質(zhì)鍵能越大，對(duì)熱越穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)B時(shí)反應(yīng)的焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，記作時(shí)反應(yīng)的焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩

31、爾生成焓，記作 。mfHH2(g) + O2 = H2O(l)-1fm(298.15 )285.8kJ molHK 1238思考思考：以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓( (反反應(yīng)物和生成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)應(yīng)物和生成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài))?)?CO(g)(O21)C(2g石墨(g) CO)g(O)C(22石墨 (g)CO)(O21CO(g)22g(1)(4) (g) CO2)g(O)2C(2 石墨(2)(3)答答： （2） （4）不是）不是391.3.2 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變及計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變及計(jì)算1. 蓋斯定律蓋斯定律化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)

32、的始態(tài)或終化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無(wú)關(guān)。態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無(wú)關(guān)。始態(tài)始態(tài)C(石墨石墨) + O2(g)終態(tài)終態(tài)CO2(g)1 m,rH中間態(tài)中間態(tài)CO(g) + O2(g)2 m,rH3 m,rH3 m,r2 m,r1 m,rHHH即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。此式為什么成立？此式為什么成立？40蓋斯定律示例蓋斯定律示例(2)-(1) COO21C2式式,3,1,211 393.5( 283)kJ mol110.5kJ molrm rmrmHHH 由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反應(yīng)熱也可由蓋

33、斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反應(yīng)熱也可以加和。以加和。12,molkJ0 .283 Hmr COO21CO22 COO21CO22已知反應(yīng) COOC22和的反應(yīng)焓，計(jì)算 COO21C2的反應(yīng)焓， COOC22解：解：11 ,molkJ5 .393 Hmr41例例 1.5 在在 298.15K、100kPa 下，已知下，已知 (1) )g(O21), s (C2石墨=)g(CO，)K15.298(1 ,mrH=5 .1101molkJ (2) )g(O2) s (3Fe2=) s (OFe43，)K15.298(2,mrH=4 .11181molkJ 試求試求(3) ), s (4COFe

34、43石墨=)g(4CO3Fe(s)，)K15.298(3 ,mrH=？ 解：根據(jù)解：根據(jù)蓋斯蓋斯定律可知，定律可知，)2() 1 (4 = (3) 所以所以 )K15.298(3 ,mrH=)K15.298()K15.298(42,1 ,mrmrHH =1molkJ)4 .1118()5 .110(4= 676.41molkJ 422. 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算穩(wěn)定單質(zhì)穩(wěn)定單質(zhì)可從手冊(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可從手冊(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算298.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓.反應(yīng)物反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物生成物標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) r Hm f Hm (p) f Hm (r)由蓋斯定律，得：由蓋斯定律，得：Bm,fBBmrHH43例例 1.6 試 用 標(biāo) 準(zhǔn) 摩 爾 生 成 焓 的 熱 力 學(xué) 基 礎(chǔ) 數(shù) 據(jù) ， 計(jì) 算 反 應(yīng) ：試 用 標(biāo) 準(zhǔn) 摩 爾 生 成 焓 的 熱 力 學(xué) 基 礎(chǔ) 數(shù) 據(jù) ， 計(jì) 算 反 應(yīng) ：)aq(Cu) s (Zn2=) s (Cu)aq(Zn2的反應(yīng)熱的反應(yīng)熱mrH。 解：查附表解：查附表 3