化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系ppt課件

1、化學(xué)研討的幾個(gè)主要問題研討的物質(zhì)或混合物能否發(fā)生化學(xué)反響?假設(shè)有反響發(fā)生，質(zhì)量和能量變化如何?由原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率是多少?反響的速度大小?. 第二章 化學(xué)反響中的質(zhì)量和能量關(guān)系化學(xué)反響過程中伴隨有兩種變化 質(zhì)量 能量-重點(diǎn).1、理想氣體形狀方程式理想氣體: 無體積，分子間無相互吸引力的氣體。 *低壓、高溫條件下的實(shí)踐氣體性質(zhì)接近理想氣體分子間間隔大分子體積可忽略，分子間相互作用可忽略。 .理想氣體形狀方程實(shí)驗(yàn)測知1mol氣體在規(guī)范情況下的體積為22.41410-3m3,那么.101.325103Pa22.41410-3 m31mol273.15K=R= pV/nT= 8.3144 Pam3

2、mol-1K-1= 8.3144 Jmol-1K-1.理想氣體形狀方程式 PV = nRT *R值的選取與P，V的單位有關(guān) .R與P、V單位的關(guān)系P的單位 V的單位 R的單位 Pa m3 8.314 m3 Pa mol-1 K-1 kPa L 8.314 L kPa mol-1 K-1 R = 8.314 J mol-1 K-1 1atm = 101.3kN/m2; 1N/m2 = 1 Pa 1atm = 101.3 kPa m3 Pa = L kPa = m3 1N/m2 =1N m = 1J.2、混合氣體的分壓定律 P總=p1+p2+p3+.+pi =pi * pi 指混合氣體中每一種氣體

3、單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積所呈現(xiàn)的壓力。 * 混合氣體-每一種氣體所占有的容積一樣，溫度相等。.He(T,V,PHe)Ne(T,V,PNe)He+Ne(T,V,P)P= PHe+ PNe.推導(dǎo) PiVi=niRTi P1V1 +P2V2 +P3V3 +PiVi = n1RT1+n2RT2+ n3RT3+.+niRTi 因是混合氣體， V1 =V2 =V3 =Vi =V T1=T2= T3=.=Ti=T(P1 +P2 +P3 +PiV =n1+n2+ +.+niRT n總= n1+n2+ n3+.+ni 所以 P總 =P1 +P2 +P3 +Pi.等式成立的條件氣體間無化學(xué)反響 理想氣體 容積一

4、樣，溫度相等或混合氣體 . 化學(xué)反響中的質(zhì)量關(guān)系 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反響進(jìn)度(自學(xué))化學(xué)計(jì)量數(shù)().1.化學(xué)計(jì)量數(shù)()反響式: cC + dD = yY + zZ 0 = -cC - dD + yY + zZ令 c = -c , D = -d, Y= y, Z =z 0 = BB.2.反響進(jìn)度()反響進(jìn)度： =(n2-n1)/B.2.反響進(jìn)度()化學(xué)計(jì)量方程: 0 = BB d = B-1dnB nB : B的物質(zhì)的量 B : B的化學(xué)計(jì)量數(shù).d = B-1dnB dnB = Bd nB() - nB(0) = B ( - 0) nB = B .舉例 N2 + 3H2 = 2NH3 ( nB = B

5、 )n (N2)/mol n (H2)/mol n (NH3)/mol /mol 0 0 0 0 -1/2 -3/2 1 -1 -3 2 1 -2 -6 4 2. N2 + 3/2 H2 = NH3= 1 ( nB = B )n (N2)/mol n (H2)/mol n (NH3)/mol -1/2 -3/2 1.結(jié)論對同一化學(xué)反響方程式,反響進(jìn)度()的值與選用反響式中哪種物質(zhì)的量的變化計(jì)算無關(guān).一樣反響進(jìn)度時(shí)對應(yīng)各物質(zhì)的量的變化與反響式的寫法有關(guān).化學(xué)反響中的能量關(guān)系1.體系與環(huán)境(開放)敞開體系： 體系與環(huán)境既有物質(zhì)交換又有能量交換 封鎖體系： 體系與環(huán)境沒有物質(zhì)交換只需能量交換 孤立體

6、系： 體系與環(huán)境既無物質(zhì)交換又無能量交換.2.形狀和過程形狀 當(dāng)系統(tǒng)處于一定的溫度、壓力、體積、物質(zhì)的量、某一物態(tài)等。.過程等溫過程從始態(tài)到終態(tài)的溫度一樣等壓過程從始態(tài)到終態(tài)的壓力一樣等容過程從始態(tài)到終態(tài)的體積一樣.自發(fā)過程-自然而然發(fā)生的過程，不需外力。非自發(fā)過程-不會(huì)自然發(fā)生，需借助外力。.3. 形狀函數(shù)由物質(zhì)系統(tǒng)的形狀決議的物理量。體系的形狀是體系性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。.形狀函數(shù)的特點(diǎn)體系的性質(zhì)只決議于所處的形狀，與過去的歷史無關(guān)。其變化只決議于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化的途徑無關(guān)。.4.能量的幾種方式熱力學(xué)能內(nèi)能U： 是系統(tǒng)體系內(nèi)各種方式的能量的總和。 形狀函數(shù) U = U終態(tài) U始態(tài).能量的

7、幾種方式熱量 Q： 由于溫度不同而在環(huán)境和體系之間傳送的能量。 系統(tǒng)吸熱 Q 0 ; 系統(tǒng)放熱 Q 0 形狀函數(shù)?.例 H2g + O2 g = H2Ol等溫298K等壓P=100Kpa: Q = -240.580kJmol-1等溫298K等容: Q = -241.818kJmol-1 與過程有關(guān)-熱量為非形狀函數(shù).能量的幾種方式功 W：除熱的方式外的其他各種被傳送 的能量。系統(tǒng)對環(huán)境做功體系失功 : W 0 形狀函數(shù)?.熱力學(xué)能(內(nèi)能) : U系統(tǒng)吸熱不做功 Q = U 環(huán)境對系統(tǒng)做功，沒有熱量交換,內(nèi)能添加 U = W 系統(tǒng)吸熱且環(huán)境對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能的變化 U = Q +W. 熱力學(xué)第

8、一定律能量守恒定律 自然界一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種方式，可以從一種方式轉(zhuǎn)化為另一種方式，從一種物體傳送給另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和傳送中能量的總數(shù)量不變。 U體系= Q + W.封鎖體系： U體系=Q + W體系吸收熱量，Q0 ； 體系放出熱量，Q0 ； 體系對環(huán)境做功，W0. 反響熱和反響焓變反響熱Q 反響焓變: 化學(xué)反響時(shí)體系不做非體積功，當(dāng)反響終態(tài)的溫度恢復(fù)到始態(tài)的溫度時(shí)體系所吸收或放出的熱量，稱為該反響的反響熱。 *通常,反響熱的數(shù)值為發(fā)生1摩爾反響時(shí)的反響熱。.如： 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) Qp=-571.66kJmol-1 H2(g)+ 1/2 O2(g)H2O(

9、l) Qp=-285.83kJmol-1.恒壓反響熱 Qp 等壓過程，只做體積功。 敞口反響無氣體.推導(dǎo) U體系= Qp+W 又 W= -pv 所以，U體系 = Qp-pv 即，U2-U1=Qp-pV2-V1 Qp = U2- U1 +pV2-V1 =U2 +p2V2-p1V1 + U1 設(shè)： U +pV=H (焓) Qp= H2-H1= H(焓變).闡明 Qp= HH = U +pV 焓(H) 形狀函數(shù) Q 非形狀函數(shù)； H 形狀函數(shù)*反響過程的焓變在數(shù)值上與等壓反響熱相等。 .反響熱的測定.2.熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反響與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式rHm = -241.82 kJmol-1H2(g)

10、 + O2(g) H2O(g) 298.15K100kPa如12.留意： 注明反響的溫度、壓力等。注明各物質(zhì)的聚集形狀。同一反響,反響式系數(shù)不同, rHm不同 。 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) HQp=-571.66kJmol-1H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1.正、逆反響的Qp的絕對值一樣, 符號相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-112.赫斯(蓋斯)定律一個(gè)化學(xué)反響假設(shè)分幾步完成，那么總

11、反響的反響熱等于各步反響的反響熱之和。 Q總= Q1+ Q2 +.C(s) + O2(g)rHm CO(g) + O2(g)12H1H2CO2(g)rHm= H1+ H2.結(jié)論反響的熱效應(yīng)只與反響的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān)。條件：只適宜等容或等壓且一步或多步的條件是一樣的情況。 U=Qv ,H=Qp.蓋斯定律的重要性可以經(jīng)過計(jì)算得到用實(shí)驗(yàn)難以獲得的熱效應(yīng)反響慢副反響多反響熱小.1-3-3運(yùn)用規(guī)范摩爾生成焓計(jì)算規(guī)范摩爾反響焓變 運(yùn)用規(guī)范摩爾生成焓計(jì)算規(guī)范摩爾反響焓變 規(guī)范(狀)態(tài)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力(p =100kPa)下純氣體液體固體標(biāo)準(zhǔn)壓力(p =100kPa)下純液體、純固體、

12、溶液中的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力(p )下質(zhì)量摩爾濃度為1molkg-1(近似為1molL-1) .規(guī)范摩爾生成焓熱 fHm0在規(guī)范態(tài)，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成一摩爾該物質(zhì)時(shí)的等壓熱效應(yīng)。定義：最穩(wěn)定單質(zhì)的規(guī)范摩爾生成熱都等于零。H+(aq)的規(guī)范摩爾生成熱等于零。* fHm0相對值。.fHm0 (CO2) C (s) + O2 (g) = CO2 (g) fHm0 (C, 石墨 ) = 0, fHm0 (O2 , g ) = 0rHm0 = fHm0(CO2, g ) fHm0 (C, S ) + fHm0 (O2 , g ) = fHm0(CO2, g ) .規(guī)范摩爾焓變r(jià)Hm0的計(jì)算 cC + dD = y

13、Y + zZ rHm0 = y fHm0 Y+ zfHm0 Z - cfHm0 C+ dfHm0 D = i fHm0 生成物 + i fHm0 反響物 = i fHm0 . 計(jì)算時(shí),留意系數(shù)和正負(fù)號 計(jì)算恒壓反響:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)的rHm 例1解：4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82rHm = 4fHm(NO,g) + 6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g)=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1= -905.48kJmol-1.本卷須知公式中所涉及的各種反響物質(zhì)，需思索其凝聚形狀。rHm0的數(shù)值大小與反響式的寫法有關(guān)。當(dāng)溫度不是298.15K時(shí)，可近似用fHm0 。計(jì)量系數(shù)無量綱