1、222NO(g)2CO(g)N (g)2CO (g)& 浙江大學普通化學教學組編，普通化學高等教育出 版社，2005.& 傅獻彩編，大學化學高等教育出版社，2003.& 曲保中等編，新大學化學高等教育出版社，2005.& 張密林主編， 大學化學哈爾濱工程大學出版社，2005.& 華彤文等編，普通化學原理北京大學出版社，2005.& 段連運等譯，化學與社會，化學工業(yè)出版社2000課時：課時：40 學時學時 理論課理論課32 學時，實驗課學時，實驗課8學時學時成績：期末考試占成績：期末考試占80 實驗成績占實驗成績占20 熱力學:專門研究能量相互轉變

2、過程中所遵循的規(guī)律的一門科學。 化學熱力學:用熱力學的理論和方法研究化學反應方向問題、化學反應過程的能量變化問題以及化學反應進行的程度問題。1.2 化學反應的能量守恒與反應熱效應化學反應的能量守恒與反應熱效應1.3 化學反應熱效應的理論計算化學反應熱效應的理論計算1.1 熱力學基本概念熱力學基本概念1.1.1 體系和環(huán)境體系和環(huán)境1.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數狀態(tài)和狀態(tài)函數1.1.3 過程和途徑過程和途徑1.1.4 熱力學能熱力學能1.1.5 熱和功熱和功 體系之外并與體系有密切聯系的那部分物質 或空間稱為環(huán)境。 被劃分出來作為研究對象的那部分物質或空 間稱為體系(系統）。 敞開體系：體系與環(huán)境之

3、間既有物質 交換，又有能量交換。敞開體系 封閉體系 孤立體系根據體系與環(huán)境之間有無物質和能量交換。 封閉體系:體系與環(huán)境之間只有能量 交換，而沒有物質交換。孤立體系：體系與環(huán)境之間既沒有 物質交換也沒有能量交換。體系分類體系分類體系與環(huán)境交換體系與環(huán)境交換物質物質能量能量敞開體系敞開體系封閉體系封閉體系孤立體系孤立體系用來描述體系狀態(tài)的物理量（p、T、V、H、U、S、G）叫做狀態(tài)函數。 由一系列表征體系性質的物理量所確定下來的體系的存在形式稱為體系的狀態(tài)。 狀態(tài)函數的特征 體系狀態(tài)一定，狀態(tài)函數值一定 p1=100 kPa T1=373 K V1=2 L始態(tài)始態(tài)方式方式1 1，加壓 終態(tài)終態(tài)

4、p2=200 kPa T2=373 K V2=1 L減壓降溫方式方式2 2加壓升溫 p3=300 kPa T3=473 K V3=0.845 L方式方式1： p= p2-p1= 100 kPa V=V2-V1= -1 L T=T2-T1= 0 K方式方式2： p= (p3-p1)+ (p2-p3)= 100 kPa V= (V3-V1)+ (V2-V3) = -1 L T=(T3-T1)+ (T2-T3) = 0 K狀態(tài)函數的特征 體系狀態(tài)一定，狀態(tài)函數值一定 體系狀態(tài)變化時，狀態(tài)函數值的變化只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與變化途徑無關 循環(huán)過程狀態(tài)函數的變化值為零體系的狀態(tài)由于外界條件的改變會

5、發(fā)生變化，這種狀態(tài)變化稱為過程。變化過程可以采取多種不同的具體形式，我們把實現過程的每一種具體的形式稱為途徑。 恒溫過程：T1 = T2 = T外 恒壓過程： p1 = p2 = p外 恒容過程：V1 = V2 絕熱過程：Q=0 熱力學能(內能): 是體系內各種形式的能量的總和，用符號U表示。單位: J 或 kJ 熱力學能特點: 狀態(tài)函數; 其絕對值不可測量; 具有加和性1.1.4 熱力學能定義: 體系與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱為熱，以符號Q表示。單位: J 或 kJ1.1.5 熱和功規(guī)定 若環(huán)境向體系做功，W 0 若體系向環(huán)境做功，W 0 定義: 除熱之外，在體系和環(huán)境之間被傳遞的其它能

6、量，稱為功，以符號W表示。單位: J 或 kJ 功和熱都與途徑有關，不是狀態(tài)函數2. 功體積功外的所有其他形式的功稱為非體積功。如電功、表面功等。 由于體系體積變化而與環(huán)境交換的能量，稱為體積功。 體積功 非體積功 體系做功：體系做功： W = p外外V5組基本概念組基本概念1. 體系和環(huán)境2. 狀態(tài)和狀態(tài)函數3. 過程和途徑4. 熱力學能U5. 熱和功敞開、封閉、孤立狀態(tài)函數特征恒溫、恒壓、恒容、絕熱狀態(tài)函數、具有加和性、絕對值不可測過程函數，正負號規(guī)定，體積功1.2 化學反應的能量守恒與反應熱效應化學反應的能量守恒與反應熱效應1.3 化學反應熱效應的理論計算化學反應熱效應的理論計算1.1

7、熱力學基本概念熱力學基本概念1.2.1 熱力學第一定律熱力學第一定律1.2.2 熱化學方程式與蓋斯定律熱化學方程式與蓋斯定律1.2.3 化學反應的熱效應化學反應的熱效應1.2 化學反應的能量守恒與反應熱效應熱力學第一定律的數學表達式：U = Q + W 自然界的一切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，能夠從一種形式轉化為另一種形式，在轉化的過程中，能量的總值不變。熱力學第一定律內容（能量守恒和轉化定律）：體體 系系環(huán)境環(huán)境U 0U 0體系吸熱Q0對體系做功W0對環(huán)境做功例例 1.1起始狀態(tài)為起始狀態(tài)為U1的體系，假設體系放出的體系，假設體系放出200 J的的熱量，環(huán)境對體系做了熱量，環(huán)境對體

8、系做了350 J的功，計算體系的功，計算體系的能量變化和終態(tài)的能量變化和終態(tài)U2。解解:由題意可知： Q=200 J；W=+ 350 J U=Q + W 200 J + 350 J=150 J因為 U2U1 = U所以U2 = U1 + U = U1 + 150 J 恒容熱效應 QV在恒容過程中完成的化學反應稱為恒容反應，其熱效應稱為恒容熱效應。體體 系系U = QvU = Q +WW=0 點火線點火線+恒容反應熱效應的測量 彈式熱量計 反應熱Qv ？ 恒壓 Qp 在恒壓過程中完成的化學反應稱為恒壓反應，其熱效應稱為恒壓熱效應。體系U = Qp p外 V W = pV U 2 - U 1 =

9、Qp -（p2V2 -p1V1）Qp=(U 2 p2V2) (U 1+ p1V1) 如果體系是在等壓，只做體積功下變化, 即 p1 = p2 = p外 U 2 - U 1 = Qp p外(V2 -V1) H: 是一個新的熱力學函數，稱為焓； 單位：J 或 kJ 焓變： H = Qp 焓的特點:問題？問題？不能直接用實驗測量的反應，如何知道不能直接用實驗測量的反應，如何知道反應的熱效應呢？反應的熱效應呢？反應：反應： C(石墨石墨) + 1/2 O2(g) = CO(g) 的反應熱能不能直接用實驗測量？的反應熱能不能直接用實驗測量？一、選擇題一、選擇題（1）下列對于功和熱的描述中，正確的是 （

10、） A. 都是過程函數，對應于某一狀態(tài)有一確定值。 B. 都是過程函數，無確定的變化途徑就無確定的數值。 C. 都是狀態(tài)函數，變化量與途徑無關。 D. 都是狀態(tài)函數，始終態(tài)確定，其值也確定（2）敞開系統是指系統與環(huán)境之間 （ ） A. 既有物質交換 ，又有能量交換 B. 只有物質交換 C. 既沒有物質交換，也沒有物質交換 D. 只有能量交換課堂練習題：課堂練習題：二、判斷題二、判斷題 （1）狀態(tài)函數的變化值只取決于體系的始終， 而與變化的途徑無關。 （ ） （2）因為QP=H，而H與變化途徑無關，是狀態(tài)函數，所以QP也是狀態(tài)函數。 （ ）課堂練習題：課堂練習題： 某溫度下一定量的理想氣體向環(huán)境

11、吸收熱量100kJ，使得體系從p1=1.6106Pa，V1=1dm3，在恒外壓p外=1.0105Pa下恒溫膨脹至p2=1.0105Pa， V2=16dm3，求過程中體系的熱力學能的變化值。課堂練習題：課堂練習題：三、計算題三、計算題 1. 熱力學的標準態(tài)氣體標準壓力（p=100 kPa）下具有理想氣體性質的氣體的狀態(tài)液體、固體標準壓力下最穩(wěn)定的純液體、純固體溶液中的溶質標準壓力下質量摩爾濃度1 molkg1的狀態(tài)1.2.3 熱化學方程式與蓋斯定律2. 反應進度反應進度對于化學反應：d D + e E = g G + h H一般化學反應式 則有：BBB0d= B-1dnB對于有限的變化 ,有 =

12、 nB/ B當反應進度 = 1mol時，即按計量方程式進行了一次完整的反應時，稱為1mol的化學反應或簡稱摩爾反應。的化學反應或簡稱摩爾反應。 例如例如: (1) O2(g) + 2 H2(g) 2 H2O(g) (2) 1/2O2(g) + H2(g) H2O(g) = 1 mol 時，時， ( 1 ) 表示生成了表示生成了 2 mol 的的 H2O ( 2 ) 表示生成了表示生成了 1 mol 的的 H2O + 化學計量方程與熱效應都寫出的方程稱熱化學方程式 。 3. 熱化學方程式 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) 1mrmolkJ6 .483)K298.15(H化學反應中

13、各物質處于標準態(tài)時的焓變稱為該反應的標準摩爾反應焓變，用 表示。 rmH變化值變化值reaction反應溫度反應溫度rHm(T)標準態(tài)標準態(tài)mole標準摩爾反應焓變標準摩爾反應焓變 應注明反應的溫度和壓力。 如果是298.15K和 100kPa，可省略。 必須標出物質的聚集狀態(tài)。通常以g、l和s分別表示氣、液和固態(tài)。+書寫熱化學方程式時注意下列幾點：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)mHr= 483.6 kJ.mol-12H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)mHr= 571.6 kJ.mol-1 必須注明固體物質的晶型。 碳有石墨、金剛石、無定形等晶型。 同一反應，反應

14、式系數不同，熱效應值也不同。2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)mHr= 571.6 kJ.mol-1H2(g) + O2(g) = H2O(l)mHr= 285.8 kJ.mol-121例例 1.2)(NH)(H23)(N21) 1 (322ggg)(NH32)(H)(N31)2(322ggg)(N21)(H23)(NH(3)223gggmHrmHr)(NH2)(H3)(N322ggg 已知T=298.15 K，p=100 kPa時， 反應的 = 91.8 kJmol1，計算在同樣條件下，下列反應的 。 )(NH)(H23)(N21) 1 (322ggg11mrm,1rmolkJ

15、9 .45)molkJ8 .91(2121-HH)(NH32)(H)(N31)2(322ggg11mrm,2rmolkJ6 .30)molkJ8 .91(3131-HH)(N21)(H23)(NH(3)223ggg11mrm,3rmolkJ9 .45)molkJ8 .91(2121-HH 4. 蓋斯定律+ 蓋斯定律的內容： “不管化學過程是一步完成或分為數步完成，這個過程的熱效應是相同的。”+ 蓋斯定律的用途： 利用實驗易測量的反應熱效應，來計算難以用實驗方法測得的反應熱效應。 (1) C (石墨) O2 (g) = CO2 1-molkJ5 .393K)(298.15m,1rH(2) C (

16、金剛石) O2 (g) = CO2 )K15.298(m,2Hr =395.4 kJmol-1?)K15.298(m,3Hr(3) C (石墨)= C (金剛石) rH rH +rH m,3m,2m,1rH rH rHm,2m,3m,1 = 393.51 kJmol-1(395.41kJmol 1) =1.90 kJmol-1 rHm,3例例 1.3在煤氣生產過程中，下列反應在煤氣生產過程中，下列反應C(s)1/2O2 (g) = CO(g) 是很重要的。工廠設計或工藝改革時需是很重要的。工廠設計或工藝改革時需要該反應的熱效應數值，由于單質碳與氧不能要該反應的熱效應數值，由于單質碳與氧不能直接

17、生成純粹的一氧化碳，總會有一些二氧化直接生成純粹的一氧化碳，總會有一些二氧化碳生成，因此實驗很難準確測定該反應的熱效碳生成，因此實驗很難準確測定該反應的熱效應數值。請根據所掌握的知識如何間接求得該應數值。請根據所掌握的知識如何間接求得該反應的熱效應？反應的熱效應？ 已知反應：已知反應： C(石墨石墨)O2(g)=CO2(g) rH =393.5 kJmol-1 CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g) rH = 283 kJmol-1 1 ,m3 ,mrH ,1 rH ,2 +rH ,3mmm始態(tài)C (石墨) + O2 (g) 終態(tài) CO2 (g)CO (g) +1/2 O2 (g)(1

18、)(2)(3)rH ,2 rH ,1 -rH ,3mmm例例 1.4已知25時， -11 ,molkJ0 .221mrH求反應（3）Fe3O4 (s)+4C(石墨) = 3Fe (s)+4CO (g) 在25時的反應熱。 -12,molkJ4 .1118mrH（2 ） 3Fe (s)+ 2O2(g) = Fe3O4 (s)（1）2C(石墨)+O2(g) = 2CO (g)解解： = 2(221.0) kJmol1 (1118.4 kJ.mol1) = 676.4 kJmol1（3）（1） 2 （2）m,2rm,1rm,3r2HHH1 2 3課堂練習題：課堂練習題：1.2 化學反應的能量守恒與反

19、應熱效應化學反應的能量守恒與反應熱效應1.3 化學反應熱效應的理論計算化學反應熱效應的理論計算1.1 熱力學基本概念熱力學基本概念1.3.1物質的標準摩爾生成焓物質的標準摩爾生成焓1.3.2 化學反應標準摩爾焓變的計算化學反應標準摩爾焓變的計算變化值變化值formationmolefHm (B，p，T )反應溫度反應溫度phase標準態(tài)標準態(tài)1.3.1 物質的標準摩爾生成焓+ 在標準態(tài)時，由元素穩(wěn)定的純態(tài)單質生成在標準態(tài)時，由元素穩(wěn)定的純態(tài)單質生成 1 mol 某純物質某純物質B的的焓變（即恒壓反應熱），稱為該物質焓變（即恒壓反應熱），稱為該物質B的的標準摩爾生成焓標準摩爾生成焓。符號為。符號

20、為)Tp,B,(mfH任何一種穩(wěn)定單質的標準摩爾生成焓等于零。任何一種穩(wěn)定單質的標準摩爾生成焓等于零。針對對象)Tp,B,(mfH標準摩爾生成焓標準摩爾生成焓一個反應一種物質Bm的意義摩爾反應1mol的物質B標準摩爾反應焓變標準摩爾反應焓變)T(mrH C (石墨) O2 (g) = CO2 1-molkJ5 .393K)(298.15mrHC (金剛石) O2 (g) = CO2 )K15.298(mHr =395.4 kJmol-11fm2H(CO ,g,298.15 K)393.5 kJ m ol 1mfm2(298.15K) =-395.4kJ molH (CO ,g,298 .15

21、K)rH 2222H (g)O (g)2H O()g1mH(298.15 K)483.6 kJ mol r mfm2H(298.15 K )H(H O,g,298.15 K )2r1483.6241.8 kJ mol2 fm2mH (H O,g,298.15 K)?H (298.15 K) r例如：在298.15K時2221H (g,p)O (g,p)H O(l,p)21fm2H(H O,l,298.15 K)285.8 kJ m ol 2221H (g,p)O (g,p)H O(g,p)21fm2H(H O,g,298.15 K )241.8 kJ m ol + 使用標準摩爾生成焓時注意：

22、這是一個相對值，相對于穩(wěn)定純態(tài)單質的標準摩爾生成焓等于零。 注明摩爾生成焓的溫度，不寫就是指298.15 K，該溫度下的數值可查熱力學數據表。 注明B物質的相態(tài)，同一物質而不同相態(tài)，其標準摩爾生成焓的值不等。穩(wěn)定單質穩(wěn)定單質(1)(2)(3)反應物dD + eE生成物gG + hH)()(1 ,EHeDHdHmfmfmr)()(2,HHhGHgHmfmfmr+ 用標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓：1.3.2 化學反應焓變的計算1 ,2,3 ,mrmrmrHHHjjiiHnHnH）反應物生成物(mfmfmr計算下列反應在298.15K時的標準摩爾反應焓變。O(l)2H(g)CO(g)2O(g)CH2224解：2(285.8 kJmol-1)+(393.5 kJmol-1)(74.6kJmol-1)= 890.5 kJmol-1jjiiHnHnH）反應物）生成物(mfmfmr例例 1.5 74.6 0 393.5 285.8 molkJ/ H-1mf 74.6 0 393.5 285.8 molkJ/ H-1mf 74.6 0 393.5 285.8=(1675.7 kJ.mol-1)0 kJ.mol-10 kJ.mol-1+(824.2kJ.mol-1)=851.5 kJ.mol-1解 根據標準生成焓的數據，計 算