無機與分析化學(xué)第二章熱化學(xué)

1、第二章 熱化學(xué),2.1 熱力學(xué)術(shù)語和基本概念,2.2 熱力學(xué)第一定律,2.3 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),2.4 Hess定律,2.5 反應(yīng)熱的求算,2.1 熱力學(xué)術(shù)語和基本概念,2.1.1 系統(tǒng)和環(huán)境,2.1.5 化學(xué)反應(yīng)計量式和反應(yīng)進度,2.1.4 相,2.1.3 過程和途徑,2.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù),2.1.1 系統(tǒng)和環(huán)境,系統(tǒng)：被研究對象。,環(huán)境：系統(tǒng)外與其密切相關(guān)的部分。,系統(tǒng)分類 （按系統(tǒng)與環(huán)境之間的物質(zhì)和能量傳遞情況）： 敞開系統(tǒng)，封閉系統(tǒng)和隔離系統(tǒng)(孤立系統(tǒng))。,敞開系統(tǒng)：與環(huán)境有物質(zhì)交換也有能量交換。,封閉系統(tǒng)：與環(huán)境無物質(zhì)交換有能量交換。,隔離系統(tǒng)：與環(huán)境無物質(zhì)、能量交換。,三種系

2、統(tǒng)與環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換情況,選擇題： 下列情況中屬于封閉體系的是（ ） A）氫氣在盛有氯氣的密閉絕熱容器中燃燒 B）反應(yīng)N2O4(g） 2NO2(g)在密閉容器中進行 C）氫氧化鈉與鹽酸在敞口的燒杯中反應(yīng) D）用水壺?zé)_水,答案：B,2.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù),狀態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。由壓力、溫度、體積和物質(zhì)的量等物理量所確定下來的系統(tǒng)存在的形式稱為系統(tǒng)的狀態(tài)。 狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量 (p,V,T)。 狀態(tài)函數(shù)的關(guān)系： 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT 狀態(tài)函數(shù)之間有一定聯(lián)系。,P2=303.9kPa T2=473K V2=0.845m3,P1=101.3kPa T1

3、=373K V1=2m3,P3=202.6kPa T3=373K V3=1m3,（I）加 壓,（II）加壓、升溫,減壓、降溫,始 態(tài),終 態(tài),2.1.3 過程和途徑,過程： 系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)發(fā)生的一系列變化。 定溫過程：始態(tài)、終態(tài)溫度相等，并且過程中始終保持這個溫度。T1=T2 定壓過程：始態(tài)、終態(tài)壓力相等，并且過程中始終保持這個壓力。p1=p2 定容過程：始態(tài)、終態(tài)容積相等，并且過程中始終保持這個容積。V1=V2,途徑： 系統(tǒng)從始態(tài)變?yōu)榻K態(tài)所經(jīng)歷的過程總和，被稱為途徑。 狀態(tài)函數(shù)的特點是： 其變化值只取決于系統(tǒng)的起始狀態(tài)和終了狀態(tài)，而與系統(tǒng)變化所經(jīng)歷的具體途徑無關(guān)。,2.1.4 相,均相系統(tǒng)

4、(或單相系統(tǒng)) 非均相系統(tǒng)(或多相系統(tǒng)),系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的且與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分，叫做相。,是非題： 1）聚集狀態(tài)相同的物質(zhì)混在一起，一定是單相體系。 2）系統(tǒng)內(nèi)相界面越多，則相越多。 思考題： 1） 高爐煉鐵反應(yīng)中， FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) 問該系統(tǒng)中共有幾相？,2.1.5 化學(xué)反應(yīng)計量式和反應(yīng)進度,物質(zhì)B的化學(xué)計量數(shù) 規(guī)定：生成物為正，反應(yīng)物為負。,化學(xué)反應(yīng)計量式：,如 WO3(s)+6H2(g )= 6H2O(l)+W(s) ( WO3) = -1, (H2)= -6, (H2O)=6, (W)=1,反應(yīng)進度():表示化學(xué)

5、反應(yīng)進行程度的物理量。 例如:對化學(xué)計量方程： d = B-1 d nB 或 = B-1 nB = B-1 nB 式中：nB為B物質(zhì)的量， B為B的化學(xué)計量數(shù)， 為反應(yīng)進度,單位為mol 。,t0時 nB/mol 3.0 10.0 0 0,t1時 nB/mol 2.0 7.0 2.0,t2時 nB/mol 1.5 5.5 3.0,2.0 7.0 2.0 (mol),3.0 10.0 0 (mol),使用 時應(yīng)注意： （1）反應(yīng)進度()的值與選用反應(yīng)式中何種物質(zhì)的量的變化進行計算無關(guān)。 （2）同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法不同物質(zhì)量改變相同，則不同。,2.2 熱力學(xué)第一定律,2.2.1 熱

6、和功,2.2.3 熱力學(xué)第一定律,2.2.2 熱力學(xué)能,2.2.1 熱和功,系統(tǒng)與環(huán)境之間由于存在溫差而傳遞 的能量。,1.熱( Q ),熱不是狀態(tài)函數(shù)。 規(guī)定：系統(tǒng)吸熱：Q 0； 系統(tǒng)放熱： Q 0。,系統(tǒng)與環(huán)境之間除熱之外以其他形式傳遞的能量 。,分類：體積功，非體積功,系統(tǒng)對環(huán)境做功，W0（得功）,2.功( W ),規(guī)定：,功不是狀態(tài)函數(shù),體積功的計算：,2.2.2 熱力學(xué)能,熱力學(xué)能(U)： 系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部 能量之和，也稱內(nèi)能。 U是狀態(tài)函數(shù)。,熱力學(xué)能變化只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與變化途徑無關(guān)。,2.2.3 熱力學(xué)第一定律,對于封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達是為：,熱力學(xué)第一

7、定律的實質(zhì)是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。,U2 = U1 + Q + W U2 - U1 = Q + W,2.3 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),2.3.1 定容反應(yīng)熱,2.3.5 標準摩爾生成焓,2.3.4 熱化學(xué)方程式,2.3.3 rUm和rHm,2.3.2 定壓反應(yīng)熱,2.3.6 標準摩爾燃燒焓,封閉系統(tǒng)，在定容過程中，系統(tǒng)和環(huán)境之間交換的熱量為定容反應(yīng)熱。用QV表示。 因為：V = 0，所以：體積功W = 0； QV = U 即，在定容且非體積功為零的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加。,2.3.1 定容反應(yīng)熱,封閉系統(tǒng)，在定壓過程中，系統(tǒng)和環(huán)境之間交換的熱量為定壓反應(yīng)熱。用Qp表示。若系

8、統(tǒng)不做非體積功，則：,2.3.2 定壓反應(yīng)熱,令：U + pV = H 焓，狀態(tài)函數(shù) H = H2 H1 焓變 則：Qp = H 即，在定壓且非體積功為零的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱等于系統(tǒng)焓的增加。,對于無氣體參加的反應(yīng)，W = pex V=0,有氣體參加的反應(yīng)：,2.3.3 rUm和rHm,標準狀態(tài)：,表示化學(xué)反應(yīng)及其反應(yīng)熱(標準摩爾焓變)關(guān)系的化學(xué)反應(yīng)方程式。,2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),氣體：T，p = p =100kPa,液、固體：T，p 下，純物質(zhì),溶液：溶質(zhì)B，bB=b =1molkg-1,cB=c =1molL-1,2.3.4 熱化學(xué)方程式,2H2(g)+O2

9、(g) 2H2O(g),2H2(g)+O2(g) 2H2O(l),H2(g)+ O2(g) H2O(g),在溫度T下,由參考狀態(tài)單質(zhì)生成物質(zhì)B(B=+1)反應(yīng)的標準摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標準摩爾生成焓。,H2(g)+ O2(g) H2O(g),2.3.5 標準摩爾生成焓,在溫度T下, 物質(zhì)B (B= 1)完全氧化成指定產(chǎn)物時的標準摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標準摩爾燃燒焓。,2.3.6 標準摩爾燃燒焓,2.4 Hess定律,化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱總是相同的。,例：已知298.15K下，反應(yīng)：,計算298.15K下，CO的標準摩爾生成焓。,解：解法一：利用Hess定律,途徑1,途徑2,解法二：,2.5 反應(yīng)熱的求算,2.5.1 由標準摩爾生成焓計算 反應(yīng)的標準摩爾焓變,2.5.2 由標準摩爾燃燒焓計算 反應(yīng)的標準摩爾焓變,=490.