熱化學(xué)與能源

普通化學(xué)歡迎你講課人：趙玉玲聯(lián)系地址：8幢207電話664398Email：yulingzhao@教材和參考書(shū)教材：《普通化學(xué)》(第五版)浙江大學(xué)普通化學(xué)教研組編王明華徐端鈞等修訂高等教育出版社，北京出版年：2002年7月普通化學(xué)參考書(shū)：《無(wú)機(jī)化學(xué)》（第五版），大連理工大學(xué)編，高等教育出版社2006年版《無(wú)機(jī)化學(xué)》陳吉書(shū)主編（南京大學(xué)出版社），第五閱覽室《無(wú)機(jī)化學(xué)》（上、下，第三版），武漢大學(xué)編（高等教育出版社）課外閱讀：《化學(xué)與生命科學(xué)》（英）湯普森主編，陳淮譯，（中國(guó)青年出版社），第五閱覽室《化學(xué)與生命科學(xué)》，惠永正主編，化學(xué)工業(yè)出版社1992年出版普通化學(xué)教學(xué)要求與安排1、學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)(4×12)。2、上課時(shí)間：周一1-2，周四8-9上課地點(diǎn)：16-512實(shí)驗(yàn)課地點(diǎn)：12幢教學(xué)樓-2樓答疑地點(diǎn)：8-207答疑時(shí)間：另定3、成績(jī)?cè)u(píng)定：考試占80%，作業(yè)20%。每章交一次。4、輔助工具：計(jì)算器普通化學(xué)化學(xué)的重要性我國(guó)著名的無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)化學(xué)家、北京大學(xué)教授徐光憲院士形象的把化學(xué)比做一個(gè)人：物理化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)→腦袋分析化學(xué)→耳目無(wú)機(jī)化學(xué)→左手有機(jī)化學(xué)→右手

配位化學(xué)→心腹高分子化學(xué)和材料化學(xué)→右腿生物化學(xué)→左腿普通化學(xué)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者1907年，E.畢希納（德）從事酵素和酶化學(xué)、生物學(xué)研究1915年，R.威爾斯泰特（德）從事植物色素（葉綠素）的研究1928年，A.溫道斯（德）研究出一族甾醇及其與維生素的關(guān)系1930年，H.非舍爾（德）從事血紅素和葉綠素的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)方面的研究1938年，R.庫(kù)恩（德）從事類胡蘿卜素以及維生素類的研究1946年，J.B.薩姆納（美）首次分離提純了酶1957年，A.R.托德（英）從事核酸酶以及核酸輔酶的研究1958年，F(xiàn).桑格（英）從事胰島素結(jié)構(gòu)的研究1961年，M.卡爾文（美）提示了植物光合作用機(jī)理1962年，M.F.佩魯茨和J.C.肯德魯測(cè)定了蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)1970年，L.F.萊洛伊爾（阿）發(fā)現(xiàn)糖核苷酸及其在糖合成過(guò)程中的作用1971年，G.赫茲伯格（加）從事自由基的電子結(jié)構(gòu)和幾何學(xué)結(jié)構(gòu)的研究1972年，C.B.安芬森（美）確定了核糖核苷酸酶的活性區(qū)位研究1980年，P.伯格（美）從事核酸的生物化學(xué)研究普通化學(xué)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者1981年，福井謙一（日）和R.霍夫曼（英）確定了核酸的堿基排列順序1982年，A.克盧格（英）從事核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體的立體結(jié)構(gòu)的研究1997年，P.B.博耶（美）、J.E.沃克爾（英）和J.C.斯科（丹）發(fā)現(xiàn)人體細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)儲(chǔ)藏轉(zhuǎn)移能量的離子傳輸酶2003年，阿格里（美）和麥克農(nóng)（美）研究細(xì)胞隔膜2004年，阿龍·切哈諾沃（以）、阿夫拉姆·赫什科（以）以及歐文·羅斯（美）發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解，解釋蛋白質(zhì)“死亡”的重要機(jī)理。2006年，羅杰·科恩伯格（美）在“真核轉(zhuǎn)錄的分子基幢研究領(lǐng)域”作出貢獻(xiàn)2008年，下村修（日）、馬丁·沙爾菲（美）和錢永健因在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白方面做出貢獻(xiàn)而分享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2009年，萬(wàn)卡特拉曼-萊馬克里斯南（英）、托馬斯-施泰茨（美）和阿達(dá)-尤納斯（以）因“核糖體的結(jié)構(gòu)和功能”的研究獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。普通化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)第一章至第四章：化學(xué)反應(yīng)基本原理及反應(yīng)，主要學(xué)習(xí)四大化學(xué)平衡（酸堿平衡、沉淀平衡、氧化還原平衡、配位解離平衡）。第五章：物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，主要學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)以及晶體等相關(guān)知識(shí)。第六章：元素化學(xué)與無(wú)機(jī)材料，主要學(xué)習(xí)單質(zhì)以及化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)、配位化合物相關(guān)知識(shí)。第七章和第八章：以讀書(shū)報(bào)告和小組討論為主。普通化學(xué)第一章、熱化學(xué)與能源了解定容熱效應(yīng)(qv)的測(cè)量原理，熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。了解狀態(tài)函數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)等的概念和熱化學(xué)定律。理解等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變的關(guān)系、等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能變的關(guān)系。掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。了解能源的概況，燃料的熱值和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。反應(yīng)熱的測(cè)量和反應(yīng)熱的理論計(jì)算普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量1-1-1幾個(gè)基本概念1、系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)：人為劃分出來(lái)作為研究對(duì)象的那部分物質(zhì)或空間稱為系統(tǒng)(或體系)。環(huán)境：系統(tǒng)之外但又與系統(tǒng)有關(guān)系的部分叫做環(huán)境。如密閉容器內(nèi)鋅與稀硫酸的反應(yīng)。系統(tǒng)+環(huán)境→孤立系統(tǒng)普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量敞開(kāi)系統(tǒng)封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量2、相系統(tǒng)中具有相同物理和化學(xué)性質(zhì)的均勻部分。分為單相（均勻）系統(tǒng)和多相（不均勻）系統(tǒng)。均勻指其分散度達(dá)到分子或離子大小的數(shù)量級(jí)。（固溶體、研磨）相的存在與物質(zhì)的量的多少無(wú)關(guān)，也可以不連續(xù)存在。（大塊或小塊的冰）系統(tǒng)內(nèi)無(wú)論有多少種氣體，都只有一個(gè)相。液體如果可以互溶，則為單相系統(tǒng)，如液態(tài)乙醇與水；如果不能互溶，則為多相系統(tǒng)，如甲苯與水，為二相系統(tǒng)。相與相之間有明確的界面普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量相與聚集狀態(tài)不同1)101.325kPa，273.15K

(0℃)下，H2O(l)、H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。（3相3態(tài)）2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。（3相2態(tài)）普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量3、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：描述一個(gè)體系的一系列物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的總和。如質(zhì)量、溫度、壓力、體積、密度、組成等，當(dāng)這些性質(zhì)都有確定值時(shí)，體系就處于一定的狀態(tài)。狀態(tài)函數(shù)：確定體系狀態(tài)的宏觀物理量稱為體系的狀態(tài)函數(shù)。如質(zhì)量、溫度、壓力、體積、密度、組成等是狀態(tài)函數(shù)。例如某理想氣體體系

n=2mol，p=1.013105Pa，V=44.8dm3

，T=273K這就是一種狀態(tài)。是由n、p、V、T

所確定下來(lái)的體系的一種存在形式。因而n、p、V、T

都是體系的狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)：1.體系的狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)值確定。2.狀態(tài)函數(shù)的改變值只由體系的始態(tài)和終態(tài)決定，與體系經(jīng)過(guò)的途徑無(wú)關(guān)。3.循環(huán)過(guò)程的狀態(tài)函數(shù)改變值為零。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，與系統(tǒng)中物質(zhì)的量成正比，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，與系統(tǒng)中物質(zhì)的量無(wú)關(guān)，如溫度、壓力等。思考：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？?jī)蓚€(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量4、過(guò)程和途徑過(guò)程：體系狀態(tài)發(fā)生變化的經(jīng)過(guò)稱為過(guò)程。途徑：完成過(guò)程的具體步驟稱為途徑。298K,H2O（g)

途徑1298K,H2O(l)373K,H2O（g)

始態(tài)

終態(tài)

373K,H2O(l)

途徑2

等溫過(guò)程：體系溫度保持不變，且等于環(huán)境的溫度，即T2=T1=T環(huán)或△T=0。等壓過(guò)程：體系壓力保持不變，且等于環(huán)境的壓力，即p1=p2=p環(huán)或△p=0。等容過(guò)程：體系體積保持不變，即V1=V2或△V=0。絕熱過(guò)程：體系與環(huán)境沒(méi)有熱交換，即Q=0。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量可逆過(guò)程：體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)程，由狀態(tài)Ⅰ變到狀態(tài)Ⅱ之后，如果通過(guò)逆過(guò)程能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原，這樣的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。它是在一系列無(wú)限接近平衡條件下進(jìn)行的過(guò)程。特點(diǎn)：（1）狀態(tài)變化時(shí)推動(dòng)力與阻力相差無(wú)限小，體系與環(huán)境始終無(wú)限接近于平衡態(tài)；（2）過(guò)程中的任何一個(gè)中間態(tài)都可以從正、逆兩個(gè)方向到達(dá)；（3）體系變化一個(gè)循環(huán)后，體系和環(huán)境均恢復(fù)原態(tài)，變化過(guò)程中無(wú)任何耗散效應(yīng)；（4）等溫可逆過(guò)程中，體系對(duì)環(huán)境作最大功，環(huán)境對(duì)體系作最小功?？赡孢^(guò)程是一種理想的過(guò)程，實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量5、化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)進(jìn)度aA+dD=gG+hH可寫作：gG+hH-aA-dD=0υB（讀作miu）為反應(yīng)物和產(chǎn)物在方程式中對(duì)應(yīng)的計(jì)量數(shù)，產(chǎn)物取正，反應(yīng)物取負(fù)，B代表產(chǎn)物或反應(yīng)物?！痞訠

B=0νA=-a，νD=-d，νG=g，νH=h化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示按照計(jì)量反應(yīng)式反應(yīng)時(shí)各物質(zhì)轉(zhuǎn)化的比例數(shù)，并不是反應(yīng)過(guò)程中各相應(yīng)物質(zhì)實(shí)際所轉(zhuǎn)化的量，與化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量反應(yīng)進(jìn)度ξ（Ksai）：表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度

aA+dD=gG+hHt=0nA(0)nD(0)nG(0)nH(0)t=tnA(t)

nD(t)nG(t)nH(t)nB

為物質(zhì)B的物質(zhì)的量，dnB表示微小的變化量。反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol）普通化學(xué)例：

3H2+N2=2NH3t=0310t0021-1反應(yīng)熱的測(cè)量在反應(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。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量

3/2H2+1/2N2=NH3t=0310t002ξ與反應(yīng)式的寫法有關(guān)當(dāng)ξ＝1mol時(shí)，表示以計(jì)量方程式為基本單元進(jìn)行了1mol的反應(yīng)或者稱作摩爾反應(yīng)。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量

1-1-2、反應(yīng)熱的測(cè)量

反應(yīng)熱：系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，使得生成物的溫度與反應(yīng)物的溫度相等的時(shí)候，系統(tǒng)吸收或者放出的熱量。在熱力學(xué)上主要研究等溫等容熱和等溫等壓熱。熱化學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)系統(tǒng)放出或吸收的熱量稱為摩爾反應(yīng)熱，即qm=q/ξ

。普通化學(xué)

1-1反應(yīng)熱的測(cè)量設(shè)有nmol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出的熱量使彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的溫度從T1上升到T2，彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的熱容為Cs(J·K-1)，比熱容為cs(J·K-1kg-1)，則：圖1.3彈式量熱計(jì)反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量例：聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知下列條件，計(jì)算聯(lián)氨完全燃燒所放出的熱量。解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為c(H2O)=4.18J.g-1.K-1普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量同一化學(xué)反應(yīng)可以在定容或者定壓條件下進(jìn)行。彈式量熱計(jì)測(cè)得的是定容反應(yīng)熱qv，而在敞口容器中或在火焰熱量計(jì)測(cè)得的是定壓反應(yīng)熱qp。實(shí)測(cè)的反應(yīng)熱（精確）均指qv，反應(yīng)熱均指qp。普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算1-2-1、熱力學(xué)第一定律1、熱和功熱：因溫度不同而在體系與環(huán)境之間進(jìn)行的能量傳遞形式稱為熱，用q表示（其它書(shū)中用Q表示）。體系吸熱:q

>0體系放熱:q<0符號(hào)與其它書(shū)中規(guī)定相同功：除熱以外其它能量傳遞形式稱為功，用w

表示（其它書(shū)中用W表示）。體系對(duì)環(huán)境做功，w<0環(huán)境對(duì)體系做功，w>0符號(hào)與其它書(shū)中規(guī)定相反熱和功不是體系的狀態(tài)函數(shù)普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體積功w體。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功w′。w=w體+w′

思考：1mol理想氣體，密閉在1)氣球中，2)密閉鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高20oC時(shí)，是否做了體積功？1)做體積功，2)未做體積功。普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算體積功w體的計(jì)算等外壓過(guò)程中，w體=–p

外(V2–V1)=–p外ΔV

p外=F/A，l=ΔV/A，因此，體積功w體=F·

l

=–(p外·

A)·(ΔV/A)

=–

p外ΔVlp外=F/A體積功示意圖普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算理想氣體的體積功：氣體分子不占有體積，氣體分子之間的作用力為零的氣態(tài)系統(tǒng)被稱為理想氣體。例、1mol理想氣體從始態(tài)100kPa、22.4dm3經(jīng)等溫恒外壓p2=50kPa膨脹到平衡，求系統(tǒng)所做的功。解：終態(tài)平衡時(shí)的體積為：理想氣體的狀態(tài)方程：普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算2、熱力學(xué)能熱力學(xué)能是體系內(nèi)部所有能量之和，包括分子原子的動(dòng)能，勢(shì)能，核能，電子的動(dòng)能以及一些尚未研究的能量。熱力學(xué)上用符號(hào)U

表示熱力學(xué)能（經(jīng)常稱為內(nèi)能）。雖然體系的內(nèi)能尚不能求得，但是體系的狀態(tài)一定時(shí)，內(nèi)能是一個(gè)固定值。因此，熱力學(xué)能U是體系的狀態(tài)函數(shù)?！鱑=U2-U1狀態(tài)1狀態(tài)2普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算3、熱力學(xué)第一定律定義：能量具有各種不同形式，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中能量的總值不變U=q+w【例】某過(guò)程中，體系吸熱100J，對(duì)環(huán)境做功20J。求體系的內(nèi)能改變量?！窘狻坑蔁崃W(xué)第一定律得

U=q+w=（100J）+（-20J）=80J即體系的內(nèi)能增加了80J普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算1-2-2、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓1、定容反應(yīng)熱在等溫條件下，若系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是恒容且不做非體積功的過(guò)程，則該過(guò)程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒容反應(yīng)熱，以符號(hào)“qV”來(lái)表示?！擀=q+w→qv=ΔU–w∵等容過(guò)程，則ΔV=0，∴w=-PΔV=0→qv=ΔU–w=ΔU在等溫等容反應(yīng)中，系統(tǒng)吸收的熱量全部用來(lái)改變其內(nèi)能等容反應(yīng)熱可以在彈式熱量計(jì)中測(cè)得。普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算2、等壓反應(yīng)熱在等溫條件下，若系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是恒壓且只做體積功不做非體積功的過(guò)程，則該過(guò)程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒壓反應(yīng)熱，符號(hào)為qpqp=ΔU–w=ΔU+PΔV=(U2–U1)+P(V2-V1)=(U2–U1)+（P2V2-P1V1）

=（U2+P2V2）-（U1+P1V1）令H=U+PV則qp=（U2+P2V2）-（U1+P1V1）

=H2–H1=ΔH即在等溫等壓反應(yīng)過(guò)程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部用來(lái)增加系統(tǒng)的焓普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算3、定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知：定容反應(yīng)熱：qV=ΔUv； 定壓反應(yīng)熱：qp=ΔUp+p(V2–V1)對(duì)恒溫過(guò)程，一般有：ΔUp=ΔUv（1）對(duì)液相和固相系統(tǒng)有：普通化學(xué)（2）對(duì)有氣體物質(zhì)參與的反應(yīng)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算普通化學(xué)思考：若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)的qV,m為多少？該反應(yīng)的Δn(g)=0，qV=qp

對(duì)于沒(méi)有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)=0的反應(yīng)，qVqp 對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且Δn(g)0的反應(yīng)，qVqp1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量2、熱化學(xué)反應(yīng)方程式表明化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)熱關(guān)系的化學(xué)反應(yīng)方程式，H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l)ΔrHθm,298=-286kJ.mol-1a.注明反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。放熱反應(yīng)，ΔH為負(fù)值；吸熱反應(yīng)，ΔH為正值b.ΔrHθm,298中，298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。ΔrHθm,298也可以寫作ΔrHθ或者ΔHθ。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量c.同一反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)不同的化學(xué)計(jì)量方程式，其反應(yīng)熱的數(shù)值不同

d.應(yīng)注明參與反應(yīng)的諸物質(zhì)的聚集狀態(tài)，以g、l、s表示氣、液、固態(tài)，聚集狀態(tài)不同化學(xué)熱效應(yīng)不同。e.應(yīng)注明反應(yīng)溫度，如果在298.15K，通?？梢允÷圆粚?。普通化學(xué)1-1反應(yīng)熱的測(cè)量熱力學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)同理想氣體中的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的區(qū)別：a．理想氣體中的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)指的是壓力為101.3kPa、溫度為273.15K時(shí)的狀況；而熱力學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)則是指的壓力為101.3kPa（為了計(jì)算方便，現(xiàn)在已經(jīng)改為100kPa），而溫度為任意溫度下的狀況。b．物質(zhì)所處的狀態(tài)不同，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的規(guī)定也不同。對(duì)氣體而言，純理想氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是該氣體處于標(biāo)準(zhǔn)壓力pθ下的狀態(tài)，混合理想氣體中任一組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是該氣體組分的分壓為pθ時(shí)的狀態(tài)；對(duì)固體和液體而言，純液體（或純固體）物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就是標(biāo)準(zhǔn)壓力pθ下的純液體（或純固體）。對(duì)理想溶液來(lái)說(shuō)，指的是溶液濃度為1mol.L-1。普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算4、蓋斯定律在不做其它功并處于恒容或恒壓的情況下，任一化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成的，還是分幾步完成的，其化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)總是相同的，即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)只與始、終狀態(tài)有關(guān)而與具體途徑無(wú)關(guān)。根據(jù)蓋斯定律，可以間接地求算一些不易直接準(zhǔn)確測(cè)定或不能直接測(cè)定的反應(yīng)熱。普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算始態(tài)

C(石墨)+O2(g)終態(tài)

CO2(g)中間態(tài)

CO(g)+?O2(g)即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。普通化學(xué)已知298.15K下求C(S)+1/2O2(g)=CO(g)的△rHθm（3）

解：根據(jù)Hess定律，可知：

∴△rHΘm,3=△rHΘm,1-△rHΘm,2

=-393.51-(-282.98)=-110.53kJ·mol-11-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算運(yùn)用蓋斯定律時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題:1.反應(yīng)式相加減,△rHm也要相應(yīng)相加減。2.反應(yīng)式乘了系數(shù),△rHm也要乘上相同的系數(shù)。3.整個(gè)反應(yīng)方向調(diào)換,△rHm要變符號(hào)。4.合并以及對(duì)消的項(xiàng)要完全相同(包括物態(tài)、晶型、濃度、壓力等)普通化學(xué)1-2-3、反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算1、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓在溫度T的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變即為物質(zhì)在T溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，用

ΔfHmθ表示，單位kJ.mol-1。附錄三可查。

ΔfHmθ（298.15K）1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算焓的變化反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)溫度反應(yīng)進(jìn)度為1mol生成（formation）普通化學(xué)答(b)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算C石墨、S斜方、P白，而C金剛石、S單斜、P紅則不是穩(wěn)定單質(zhì)。反應(yīng)物是穩(wěn)定單質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零。普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol的焓變稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，ΔrHmθ（T）。測(cè)定原理：qp=ΔH所以可以通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱得到反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。

ΔrHmθ（298.15K）焓的變化反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)溫度反應(yīng)進(jìn)度為1mol反應(yīng)（reaction）普通化學(xué)1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算

單質(zhì)反應(yīng)物生成物IIIIII

rHm(I)=ifHm(反)

rHm(III)=ifHm(生)

rHm(II)

根據(jù)Hess定律rHm(I)+rHm(II)=rHm(III)所以 rHm(II)=rHm(III)－rHm(I)即 rHm=ifHm(生)－ifHm(反)查出物質(zhì)的fHm即可求出反應(yīng)的焓變r(jià)Hm，即反應(yīng)的熱效應(yīng)。普通化學(xué)【解】：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)查-74.890-393.5-285.8kJ.mol-1△rHm【例】計(jì)算下列反應(yīng)的=-393.5+2(-285.8)-(-74.89)=-890.21kJ.mol-1

△rHm1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算普通化學(xué)注意事項(xiàng)

物質(zhì)的聚集狀態(tài)，查表時(shí)仔細(xì)應(yīng)用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓時(shí)需要注意

公式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)方程式相符

數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)；

溫度的影響普通化學(xué)3、常見(jiàn)能源及其有效與清潔利用能源是自然界中為人類提供能量的物質(zhì)資源。能源是當(dāng)今社會(huì)的三大支柱（材料、能源、信息）之一。能源是我們賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。普通化學(xué)3.1、世界能源的結(jié)構(gòu)與能源危機(jī)能源的分類一次能源二次能源常規(guī)

能源燃料能源煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能煤氣、焦碳、成品燃油、液化氣、酒精非燃料能源水能電力、蒸汽、熱水新能源燃料能源核能人工沼氣、氫能非燃料能源太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能、海洋能激光利用

狀況使用

性質(zhì)形成條件表1.2能源的分類普通化學(xué)3.2、世界能源的結(jié)構(gòu)和消耗195019601970198019902010102030405060能源結(jié)構(gòu)比例(%)年代圖1.7世界消耗的一次能源結(jié)構(gòu)煤炭

石油

天然氣

水電及其它普通化學(xué)3.3、能量消耗前六名的國(guó)家美國(guó)中國(guó)俄羅斯日本德國(guó)印度51015202530能源結(jié)構(gòu)比例(占世界%)國(guó)家煤炭

石油

天然氣

核能

水電25.44.12.9圖1.8世界六國(guó)消耗的一次能源比例及總比例（占世界）趨勢(shì)（比例）：石油和天然氣下降；煤炭上升；核電上升。普通化學(xué)3.4、能源危機(jī)本質(zhì)：能量總量不變，質(zhì)量衰退了，有序能下降。思考：核能屬于常規(guī)能源嗎？普通化學(xué)煤炭與潔煤技術(shù)思考：我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)重要地位：占總能量的70%以上。此外，我國(guó)也是世界上煤炭?jī)?chǔ)量最大的國(guó)家，因此，如何高效、科學(xué)、清潔地利用煤炭資源是我國(guó)能源科學(xué)和研究中的重要課題。我國(guó)煤炭的一個(gè)特點(diǎn)是煤炭中含硫量較高，煤炭中的硫在燃燒時(shí)生成二氧化硫。大氣中的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。普通化學(xué)1煤炭的成分與熱值煤炭的主要成分：碳、氫、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或體積的燃料完全燃燒放出的熱量。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29.3MJ·kg-1。無(wú)煙煤：低硫，較好；煙煤：高硫，燃燒環(huán)境污染；褐煤：儲(chǔ)量大，但熱值低。煤炭的分類：普通化學(xué)2潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù)于1986年由美國(guó)率先提出，現(xiàn)已成為解決環(huán)境和能源問(wèn)題的主導(dǎo)技術(shù)之一。煤甲醇合成汽油液體燃料(新型液態(tài)燃料)普通化學(xué)石油和天然氣石油石油是多種烴類的混合物，其中含有鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧、含硫的有機(jī)物。思考：世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)在哪兒？我國(guó)的原油產(chǎn)地在哪兒？世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)是中東。我國(guó)的原油產(chǎn)地在東北、西北和山東（黑龍江省的大慶油田、新疆的克拉瑪依油田和山東省的勝利油田是中國(guó)三大油田）。普通化學(xué)1石油燃料產(chǎn)品石油經(jīng)過(guò)分餾和裂解等加工過(guò)程后可得到石油氣、汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油和瀝青等產(chǎn)品。思考：以上產(chǎn)品中最重要的是什么？汽油。95%的汽油用于驅(qū)動(dòng)汽車。衡量汽油質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是辛烷值。直餾汽油的辛烷值約為55~72之間，在汽油中加入少量四乙基鉛可以將辛烷值提高到79~88，為了防止鉛在汽缸中沉積，加入少量二溴乙烷，使生成揮發(fā)性的溴化鉛，與尾氣一同排入大氣。思考：汽車尾氣污染物是什么？如何解決？主要污染物：NO、CO、HC和含鉛化物等。解決方法：采用無(wú)鉛汽油，對(duì)汽車尾氣進(jìn)行催化凈化。普通化學(xué)2

天然氣天然氣是低級(jí)烷烴的混合物，主要成分是甲烷，常與石油伴生。其熱值約為55.6MJ?kg-1。天然氣的優(yōu)點(diǎn)：可直接應(yīng)用易于管道輸送污染少思考：西氣東送具有哪些重要意義？普通化學(xué)3沼氣和生物質(zhì)能植物殘?bào)w在隔絕空氣的情況下發(fā)生自然分解時(shí)產(chǎn)生的氣體稱為沼氣。沼氣約含60%的甲烷，其余為二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考：可用哪些原料制備沼氣？如果你來(lái)自農(nóng)村，你家使用過(guò)沼氣嗎？農(nóng)村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。生物質(zhì)能的現(xiàn)代利用是將植物枝桿等在汽化爐中加壓汽化制成可燃?xì)怏w。都是。沼氣也屬于生物質(zhì)能。柴火是生物質(zhì)能的直接利用。思考：沼氣和柴火是生物質(zhì)能嗎？普通化學(xué)4

可燃冰—未來(lái)的新能源天然氣被包進(jìn)水分子中，在深海的低溫高壓下形成的透明結(jié)晶，外形似冰，用火柴一點(diǎn)就著，故稱“可燃冰”。CH4·xH2O(s)。形成條件：低溫高壓如0℃，76MPa。儲(chǔ)量：數(shù)據(jù)相差較大?？偭肯喈?dāng)于161萬(wàn)億噸煤，可用100萬(wàn)年；是地球上煤、石油和天然氣能量總和的2~3倍。分布：深水大陸架和陸地永久凍土帶。我國(guó)東海、南海有大量可燃冰，約相當(dāng)于全國(guó)石油儲(chǔ)量的一半。開(kāi)采難，儲(chǔ)量豐富。普通化學(xué)煤氣和液化氣煤氣煤的合成氣及煉焦氣都是城市煤氣。來(lái)源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產(chǎn)品。液化氣煤氣的組成H2：50%；CO：15%；CH4：15%，熱值約16MJ?M-3思考：與煤氣相比，液化氣有哪些優(yōu)點(diǎn)？無(wú)毒、低污染、熱值高于煤氣。液化氣作動(dòng)力→綠色汽車←燃料電池（各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展）。普通化學(xué)清潔能源與可持續(xù)發(fā)展思考1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是無(wú)限的(不考慮太陽(yáng)的壽命)？思考2：你認(rèn)為伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的深層次原因是什么？1：礦物能源（煤炭和石油）是有限的，來(lái)自宇宙的能源（如太陽(yáng)能）和核能是無(wú)限的。2：開(kāi)放性的結(jié)論1992年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境于發(fā)展大會(huì)上提出了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的口號(hào)。能源作為最緊缺的資源對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵的作用。普通化學(xué)能源開(kāi)發(fā)與可持續(xù)發(fā)展我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源比重太小。必須合理開(kāi)發(fā)及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新能源，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。圖1.9治理前的熱電廠最有希望的清潔能源是氫能、太陽(yáng)能以及核能和生物質(zhì)能等?？沙掷m(xù)發(fā)展三原則：公平性、共同性和持續(xù)性。普通化學(xué)氫能氫能是一種理想的二次清潔能源。氫能的優(yōu)點(diǎn)

熱值高，其數(shù)值為142.9MJ?kg-1。燃燒反應(yīng)速率快，功率高原料是水，取之不盡產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境思考：用氫作能源目前還存在一些問(wèn)題，你認(rèn)為是哪些方面的問(wèn)題？經(jīng)濟(jì)的制備方法，安全高效的儲(chǔ)運(yùn)方法和有效地利用。普通化學(xué)1氫氣的制取太陽(yáng)能光解電解作為氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，是目前工業(yè)氫氣的制備方法。2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH電解思考：用電解的方法大規(guī)模制取用作能源的氫氣可行嗎？從經(jīng)濟(jì)上考慮是不可行的。利用太陽(yáng)光的能量催化分解水得到氫氣，最有前途的制氫方法。是研究的熱點(diǎn)。普通化學(xué)2氫氣的儲(chǔ)運(yùn)氫氣的密度小，且極難加壓液化，因此氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。合金貯氫法原理：氫可以與某些合金在較高的壓力下生成化合物，這些化合物在合適的條件下可以釋放出氫氣。如鑭鎳合金：開(kāi)發(fā)研究貯氫合金材料是當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的熱門分支。LaNi5