化學(xué)反應(yīng)熱及化學(xué)反應(yīng)的方向和限度課件

1、第六章化學(xué)反應(yīng)熱及化學(xué)反應(yīng)的 方向和限度主要內(nèi)容6.1 熱力學(xué)系統(tǒng)和狀態(tài)函數(shù)6.2 能量守恒和化學(xué)反應(yīng)熱 6.3 熵和Gibbs自由能 6.4化學(xué)反應(yīng)的限度和平衡常數(shù)重難點(diǎn): 焓變、自由能、反應(yīng)自發(fā)性判據(jù)反應(yīng)進(jìn)行的快慢、條件、機(jī)理化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性反應(yīng)能否發(fā)生及反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)的可能性化學(xué)反應(yīng)中能量的變化化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用石墨 金剛石2000K、6萬大氣壓NO+CO N2+CO2？條件反應(yīng)進(jìn)行徹底醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：判斷生物體內(nèi)的許多化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生？體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中能量的轉(zhuǎn)化和利用等化工領(lǐng)域：二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)1.狀態(tài)2.狀態(tài)函數(shù)（state function）

2、即確定體系 熱力學(xué)狀態(tài)的物理量如：p，V，T，n，（密度），U（熱 力學(xué)能或內(nèi)能），H（焓），S （熵），G（自由能）等。（1）一個(gè)體系的某個(gè)狀態(tài)函數(shù)的值改變，該體系的狀態(tài)就改變了 殊途同歸 例：始態(tài) T1 298K 350K T2 終態(tài) 520K 410K 途經(jīng)1 和途經(jīng)2： T = T2 - T1 =350K 298K = 52K狀態(tài)函數(shù)的變化只取決于始態(tài)和終態(tài)，而與途經(jīng)無關(guān)狀態(tài)函數(shù)的特征廣度性質(zhì):有些狀態(tài)函數(shù)，如物質(zhì)的量、質(zhì)量等具有加和性。強(qiáng)度性質(zhì):另一些狀態(tài)函數(shù)，如溫度、密度等不具有加和性的 性質(zhì)。三、熱力學(xué)第一定律 系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量交換有兩種方式，一種是熱傳遞，另一種是做功。 熱

3、熱（Q）與途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)。規(guī)定：系統(tǒng)從環(huán)境中吸熱：Q 0 （如無機(jī)鹽溶于水） 系統(tǒng)向環(huán)境中放熱：Q 0 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功：W 0 放熱反應(yīng)（exothermic）， H 0 2. 焓（enthalpy） 焓變?yōu)榛瘜W(xué)或物理過程中吸收或放出的熱量, 即過程完成之后的終態(tài)物質(zhì)的焓與過程發(fā)生之前的始態(tài)物質(zhì)的焓之差。H = H2 H1C(石墨) + O2(g) = CO2(g)= -393.5 kJ .mol-1rHm 三、熱化學(xué)方程式H + 吸熱反應(yīng)H - 放熱反應(yīng) 1.定義：表示化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)熱關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式。例：（一） 熱化學(xué)方程式“r ” 代表化學(xué)反應(yīng)（reaction）“m

4、” 代表1 摩爾進(jìn)度反應(yīng)“” 代表熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)（298）代表熱力學(xué)溫度（K） 的含義：標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變H2(g) + O2(g) = H2O(l) 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài):在100kPa、指定溫度下該物質(zhì)的狀態(tài)。 氣體： 溶液：固體和純液體：T, p p = 100 kPa溶質(zhì)B, bB = b = 1 molkg-1或 cB = c = 1 molL-1T, p下，純物質(zhì)2. 熱化學(xué)方程式的書寫要求 要注明反應(yīng)的溫度和壓力 要注明物質(zhì)的狀態(tài) 固體s (solid） 液體 l ( liquid） 氣體 g (gas） 水溶液aq (aqueous solution） 反應(yīng)熱與計(jì)量系數(shù)有關(guān)H2(g) + Cl

5、2(g) = 2HCl(g) H2(g) + Cl2(g) = HCl(g) 例：N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) = -92.38 kJ .mol-1 2NH3(g) = N2(g) + 3H2(g) = 92.38 kJ .mol-1 rHm rHm H正 = -H逆(4)正逆反應(yīng)的反應(yīng)熱的數(shù)值相等而符號(hào)相反。四、HeSS定律和反應(yīng)熱的計(jì)算 C A （始態(tài)） B（終態(tài)）rHm =？rHm (2) rHm(1) 途徑一：A B 途徑二：A C B 不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成的，還是分幾步完成的，該反應(yīng)的熱效應(yīng)相同。（一） 由已知的熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱 一個(gè)反應(yīng)若能分解成2步或幾

6、步實(shí)現(xiàn)，則總反應(yīng)的H等于各分步反應(yīng)H值之和。例如： (1) C(石墨) + O2(g) = CO2(g) = -393.5 kJ/mol (2) CO(g) + O2(g) = CO2(g) = -283.0 kJ/mol (3) C(石墨) + O2(g) = CO(g) = ?反應(yīng) (3) = 反應(yīng)(1) 反應(yīng)(2) = = -110.5 kJ/molA BrHHB HAH絕對(duì)值不可測定義物質(zhì)的焓值：即規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的焓值為0，各化合物以單質(zhì)為參照物得到相對(duì)焓值（生成焓），利用這些相對(duì)焓值求各反應(yīng)的焓變即rHHB HA= HB（相對(duì)） HA （相對(duì)） （二） 由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（standar

7、d molar enthalpy of formation）計(jì)算反應(yīng)熱 定義：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(100kPa，TK),由穩(wěn)定單質(zhì)生成1摩爾的某物質(zhì)時(shí)的反應(yīng)熱稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，符號(hào) ，f代表生成(formation) 單位：kJ.mol-1.fHm fHm (T ) = 0 kJmol-1例如： C（s,石墨） 的fHm 為0處于標(biāo)態(tài)下的各元素所指定最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為0標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（熱）例： C金剛石 + O2（g） = CO2(g) = - 395.4 kJ.mol-1rHm(1) C（石墨） + O2（g） = CO2(g) = - 393.5 kJ.mol-1 rHm(2)

8、fHm(CO2) = = - 393.5 kJ.mol-1rHm(2) fHm(NH3) = = -46.19 kJ.mol-1 rHm(4) N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)rHm(3) = -92.38 kJ.mol-1 1/2N2(g) + 3/2H2(g) = NH3(g) rHm(4) = -46.19 kJ.mol-1根據(jù)Hess定律=(產(chǎn)物)-(反應(yīng)物)利用物質(zhì)的 計(jì)算反應(yīng)的rHm fHm 解：CH4(g)+ 2O2(g) = CO2(g)+ 2H2O(l)查 -74.89 0 -393.5 -285.8 kJ.mol-1rHm 例：計(jì)算下列反應(yīng)的= -393.5 + 2

9、(-285.8)-(-74.89) = -890.21 kJ.mol-1 rHm 2. 查出數(shù)據(jù)后計(jì)算時(shí)要乘以反應(yīng)方程式中物質(zhì)的系數(shù)。 1. 查fHm 的值時(shí)要注意各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。狀態(tài)不同fHm值不同，并要注意正負(fù)號(hào)。 3. 近似認(rèn)為rHm(T) rHm(298.15)注意 在熱化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol某物質(zhì)完全燃燒時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱。 標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱（standard molar heat of combustion ）(三) 由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱計(jì)算反應(yīng)熱cHm 下標(biāo)：c 燃燒 m 1mol上標(biāo)： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)單位： kJmol-1 完全燃燒：物質(zhì)中的H、C、S、N、C

10、l經(jīng)燃燒后其產(chǎn)物是H2O(l)、CO2(g)、N 2(g)、SO2(g)、HCl(aq)利用物質(zhì)的 計(jì)算cHm rHm rHm =(n )反cHm -(n )產(chǎn)cHm 例 C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) 解 ： 1411 -286 -1560 kJ.mol-1rHm = -1411+（-286）-（-1560）= -137 (kJ.mol-1)標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓:以燃燒終產(chǎn)物為參照物的相對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓:以各種單質(zhì)為參照物的相對(duì)值二者既有區(qū)別又有聯(lián)系例如:H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l)則rHm= fHm(H2O,l)= -285.8kJ/mol rHm= cHm(H2,g)= -285.8kJ