大學(xué)物理化學(xué)-熱力學(xué)第一定律課件_第1頁(yè)
大學(xué)物理化學(xué)-熱力學(xué)第一定律課件_第2頁(yè)
大學(xué)物理化學(xué)-熱力學(xué)第一定律課件_第3頁(yè)
大學(xué)物理化學(xué)-熱力學(xué)第一定律課件_第4頁(yè)
大學(xué)物理化學(xué)-熱力學(xué)第一定律課件_第5頁(yè)
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物理化學(xué)一、物理化學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容用數(shù)學(xué)和物理的方法,從研究物理變化和化學(xué)變化的聯(lián)系入手,探求化學(xué)變化的基本規(guī)律。 (1)化學(xué)熱力學(xué):化學(xué)反應(yīng)提供的能量、方向和限度 (2)化學(xué)動(dòng)力學(xué):化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理化學(xué)反應(yīng)熱光電功磁物理化學(xué)一、物理化學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容化學(xué)熱光電功磁二、物理化學(xué)在藥學(xué)中的地位與作用藥物劑型設(shè)計(jì):藥劑學(xué)藥物體內(nèi)過(guò)程:藥理學(xué)、藥代動(dòng)力學(xué)藥物提取分離和合成:藥物合成化學(xué)、天然藥物化學(xué)三、物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法1、課前預(yù)習(xí),課上筆記,課后復(fù)習(xí);勤于思考,勤于應(yīng)用,勤于對(duì)比與總結(jié)。2、抓住每章重點(diǎn),掌握基本概念和理論,掌握公式的物理意義和使用條件。二、物理化學(xué)在藥學(xué)中的地位與作用第一章熱力學(xué)第一定律第一節(jié)熱力學(xué)概論(自學(xué))

第二節(jié)熱力學(xué)基本概念

第三節(jié)熱力學(xué)第一定律

第四節(jié)體積功與可逆過(guò)程第五節(jié)焓

第六節(jié)熱容

第七節(jié)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用

第八節(jié)熱化學(xué)

第九節(jié)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算第十節(jié)能量代謝與微量量熱技術(shù)簡(jiǎn)介(自學(xué))第一章熱力學(xué)第一定律第二節(jié)熱力學(xué)基本概念一、系統(tǒng)和環(huán)境1、系統(tǒng):研究的對(duì)象,包括一定量物質(zhì)或一部分空間。2、環(huán)境:指體系以外與體系密切相關(guān)的部分。3、系統(tǒng)分類(lèi)敞開(kāi)體系:體系與環(huán)境即有物質(zhì)交換,又有能量交換。封閉體系:體系與環(huán)境沒(méi)有物質(zhì)交換,只有能量交換。孤立體系:體系與環(huán)境既無(wú)物質(zhì)交換,又無(wú)能量交換。第二節(jié)熱力學(xué)基本概念系統(tǒng)分類(lèi)示意圖系統(tǒng)分類(lèi)示意圖1、廣度性質(zhì)(extensiveproperties)

性質(zhì)的數(shù)值與系統(tǒng)中物質(zhì)的數(shù)量成正比,具有加和性,如體積、質(zhì)量等。2、強(qiáng)度性質(zhì)(intensiveproperties)性質(zhì)的數(shù)值與系統(tǒng)中物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān),不具有加和性,如溫度、壓力等。3、廣度性質(zhì)與強(qiáng)度性質(zhì)的關(guān)系廣度性質(zhì)×強(qiáng)度性質(zhì)=廣度性質(zhì)如:體積V×密度d=質(zhì)量m二、系統(tǒng)的性質(zhì)1、廣度性質(zhì)(extensiveproperties)二1、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

描述系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的物理量如T、V、P、n等稱(chēng)為狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn):(1)狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單一函數(shù)。(2)狀態(tài)函數(shù)的變化值取決于系統(tǒng)始終態(tài),與所經(jīng)歷的途徑無(wú)關(guān)。(3)不同狀態(tài)函數(shù)的集合(和、差、積、商)也是狀態(tài)函數(shù)。

三、狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)方程1、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)三、狀態(tài)函數(shù)與狀態(tài)方程例如,設(shè)某狀態(tài)函數(shù)為xABxBxAABxB2、狀態(tài)方程

系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)之間的定量關(guān)系式稱(chēng)為狀態(tài)方程。理想氣體的封閉系統(tǒng),其狀態(tài)方程為:

pV=nRT例如,設(shè)某狀態(tài)函數(shù)為xABxBxAABxB2、狀態(tài)方程當(dāng)系統(tǒng)的所有性質(zhì)或狀態(tài)函數(shù)不隨時(shí)間而改變時(shí),則系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡態(tài),包括下列幾個(gè)平衡:(1)熱平衡(thermalequilibrium)

系統(tǒng)各部分溫度相等。(2)力學(xué)平衡(mechanicalequilibrium)

系統(tǒng)各部的壓力都相等,邊界不再移動(dòng)。四、熱力學(xué)平衡態(tài)(3)相平衡(phaseequilibrium)

多相共存時(shí),各相的組成和數(shù)量不隨時(shí)間而改變。(4)化學(xué)平衡(chemicalequilibrium)

反應(yīng)系統(tǒng)中各物的數(shù)量不再隨時(shí)間而改變。當(dāng)系統(tǒng)的所有性質(zhì)或狀態(tài)函數(shù)不隨時(shí)間而改變時(shí),則系統(tǒng)處五、過(guò)程和途徑

狀態(tài)發(fā)生變化的經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程,完成狀態(tài)變化所經(jīng)歷的具體步驟或一系列過(guò)程稱(chēng)為途徑。1、恒溫過(guò)程(isothermalprocess):溫度恒定T始態(tài)=T終態(tài)=T環(huán)境2、恒壓過(guò)程(isobarprocess):壓強(qiáng)恒定

P始態(tài)=P終態(tài)=P環(huán)境

3、恒容過(guò)程(isovolumicprocess):體積恒定V始態(tài)=V終態(tài)4、絕熱過(guò)程(adiabaticprocess):無(wú)熱交換Q=05、循環(huán)過(guò)程:由某一狀態(tài)經(jīng)一系列變化又回到始態(tài)五、過(guò)程和途徑1、熱(heat):系統(tǒng)與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱(chēng)為熱,用符號(hào)Q表示。系統(tǒng)吸熱,Q>0;系統(tǒng)放熱,Q<0。2、功(work):系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的除熱以外的其它能量都稱(chēng)為功,用符號(hào)W表示。系統(tǒng)得功,W>0

系統(tǒng)作功,W<0六、熱和功

說(shuō)明:熱和功不是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù),它們與系統(tǒng)變化的途徑有關(guān)。1、熱(heat):系統(tǒng)與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱(chēng)為熱(1)體積功(We)

系統(tǒng)發(fā)生體積變化時(shí)所做的功。We=-fe.dl=-pe.A.dl=-pedVWe=-pedV

We=-peV(2)非體積功(Wf)

除體積功以外的所有其他功。(1)體積功(We)第三節(jié)熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律

能量守恒定律二、熱力學(xué)能(內(nèi)能)

系統(tǒng)內(nèi)部一切能量形式的總和。內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù),有加合性。理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù),溫度確定,內(nèi)能確定。三、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式U=Q+W或

dU=δQ+δW

U:系統(tǒng)內(nèi)能變化Q:系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量W:系統(tǒng)從環(huán)境中得到的功。第三節(jié)熱力學(xué)第一定律例題1:計(jì)算下列系統(tǒng)內(nèi)能的變化。(1)系統(tǒng)放出2.5kJ的熱量,并且對(duì)環(huán)境作功500J。(2)系統(tǒng)放出650J的熱量,環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作功350J。解:(1)U=Q+W=-2500-500=-3000J(2)U=Q+W=-650+350=-300J例題1:計(jì)算下列系統(tǒng)內(nèi)能的變化。W

=-pedV第四節(jié)體積功與可逆過(guò)程一、體積功例如:自由膨脹pe=0再如:恒外壓膨脹W=-pedV第四節(jié)體積功與可逆過(guò)程一、體積功例二、恒溫過(guò)程的體積功1.恒外壓膨脹(pe恒定)熱源pVWV1V2P1V1TP2V2T二、恒溫過(guò)程的體積功1.恒外壓膨脹(pe恒定)熱源pVWV12.多次恒外壓膨脹熱源pVWW=-piVi3.準(zhǔn)靜態(tài)膨脹熱源WpVV1V22.多次恒外壓膨脹熱源pVWW=-piVi3.準(zhǔn)靜態(tài)膨理想氣體恒溫準(zhǔn)靜態(tài)膨脹

膨脹:pep,W=-pedV,準(zhǔn)靜態(tài)膨脹體系作最大功WpVV1V24.恒外壓壓縮在恒定外壓pe下將氣體從V2壓縮到V1,環(huán)境所做的功為

W=-pe(V1-V2)W’VpV1V2理想氣體恒溫準(zhǔn)靜態(tài)膨脹

膨脹:pep,W=-5.多次恒外壓壓縮W’2VpV1V26.準(zhǔn)靜態(tài)壓縮WpVV1V2理想氣體的恒溫準(zhǔn)靜態(tài)壓縮壓縮:pep,W=-pedV,準(zhǔn)靜態(tài)壓縮環(huán)境作最小功5.多次恒外壓壓縮W’2VpV1V26.準(zhǔn)靜態(tài)壓縮WpVV1pVWV1V2WVpV1V2pVWWVpV1V2WpVV1V2結(jié)論:功與變化的途徑有關(guān)。準(zhǔn)靜態(tài)膨脹,系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作最大功;準(zhǔn)靜態(tài)壓縮,環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作最小功。WpVV1V2一次膨脹,一次壓縮系統(tǒng)得功放熱環(huán)境失功得熱三次膨脹,三次壓縮系統(tǒng)得功放熱環(huán)境失功得熱準(zhǔn)靜態(tài)膨脹與壓縮系統(tǒng)復(fù)原環(huán)境復(fù)原pVWV1V2WVpV1V2pVWWVpV1V2WpVV1V體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)程從狀態(tài)1變到狀態(tài)2之后,如果能使體系和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)而未留下任何永久性的變化,則該過(guò)程稱(chēng)為熱力學(xué)可逆過(guò)程。三、可逆過(guò)程可逆過(guò)程的特點(diǎn):(1)可逆過(guò)程進(jìn)行時(shí),體系始終無(wú)限接近于平衡狀態(tài)??梢哉f(shuō),可逆過(guò)程是由一系列連續(xù)的、漸變的平衡狀態(tài)所構(gòu)成。(2)可逆過(guò)程進(jìn)行時(shí),過(guò)程的推動(dòng)力和阻力只相差無(wú)限小。(3)按照與原來(lái)途徑相反的方向進(jìn)行,可使體系和環(huán)境完全恢復(fù)原態(tài)。(4)體系在可逆過(guò)程中作最大功,環(huán)境在可逆過(guò)程中作最小功,可逆過(guò)程做功的效率最大。體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)程從狀態(tài)1變到狀態(tài)2之后,如果能使體系例題1:2mol理想氣體在298K時(shí),分別按下列三種方式從15.00dm3膨脹到40.00dm3:(1)自由膨脹;(2)恒溫可逆膨脹;(3)恒溫對(duì)抗100kPa外壓下膨脹。求上述三種過(guò)程的Q、W、ΔU。解:(1)自由膨脹過(guò)程,溫度不變,所以:ΔU=0(2)恒溫可逆膨脹:ΔU=0(3)恒外壓膨脹ΔU=0例題1:2mol理想氣體在298K時(shí),分別按下列三種方式從1例題2:4mol氫氣在298K時(shí),從1atm可逆恒溫壓縮到5atm,求上述過(guò)程的Q、W、ΔU。解:恒溫可逆膨脹:ΔU=0例題2:4mol氫氣在298K時(shí),從1atm可逆恒溫壓縮到5第五節(jié)焓恒容過(guò)程,體積功為零,上式可寫(xiě)成:

或一、恒容過(guò)程的熱效應(yīng)封閉系統(tǒng)在不做非體積功的情況下,熱力學(xué)第一定律可寫(xiě)成:結(jié)論:在不做非體積功的情況下,恒容過(guò)程中的熱效應(yīng)等于系統(tǒng)的熱力學(xué)能變。注意:QV不是狀態(tài)函數(shù)第五節(jié)焓恒容過(guò)程,體積功為零,上式可寫(xiě)成:二、恒壓過(guò)程中的熱效應(yīng)恒壓下:p1=p2=pe規(guī)定:H=U+pV

,H叫做焓(enthalpy),單位J。與內(nèi)能相同,理想氣體的焓只與溫度有關(guān)。在不做非體積功的條件下,恒壓過(guò)程中的熱效應(yīng)Qp等于系統(tǒng)的焓變。注意:Qp不是狀態(tài)函數(shù)二、恒壓過(guò)程中的熱效應(yīng)規(guī)定:H=U+pV,H例題3:20mol氧氣,在p=750mmHg的恒壓下加熱,使其體積自1000升膨脹至2000升,已知體系吸熱352kJ,求過(guò)程中的Q、W、ΔU、ΔH

。解:Qp=352kJΔH=Qp=352kJ

W=-pe(V2-V1)=(750/760)101325(2000-1000)

10-3

=100kJΔU=Qp+W=352-100=252kJ例題3:20mol氧氣,在p=750mmHg的恒壓下加熱,使

練習(xí)1:10克二氧化碳,在270C自5升恒溫可逆膨脹至10升,求過(guò)程中的Q、W、ΔU、ΔH

。解:ΔU=ΔH=0練習(xí)1:10克二氧化碳,在270C自5升恒溫第六節(jié)熱容一、熱容C在不做非體積功的情況下,一個(gè)不發(fā)生化學(xué)變化和相變化的封閉系統(tǒng),溫度每升高10C所需要的熱。單位

二、恒容熱容

CV和摩爾恒容熱容

CV,m

封閉系統(tǒng)在恒容過(guò)程中溫度每升高10C所需要的熱稱(chēng)為恒容熱容。1mol物質(zhì)在恒容過(guò)程中溫度每升高10C所需要的熱稱(chēng)為恒容熱容。第六節(jié)熱容一、熱容C單位二、恒容熱容CV和摩在不做非體積功無(wú)相變和化學(xué)變化的的情況下若CV.m為常數(shù)在不做非體積功無(wú)相變和化學(xué)變化的的情況下若CV.m為常數(shù)在不做非體積功無(wú)相變和化學(xué)變化的情況下若Cp為常數(shù)三、恒壓熱容Cp和摩爾恒壓熱容Cp,m

封閉系統(tǒng)在恒壓過(guò)程中溫度每升高10C所需要的熱稱(chēng)為恒壓熱容。1mol物質(zhì)在恒壓過(guò)程中溫度每升高10C所需要的熱稱(chēng)為恒壓熱容。在不做非體積功無(wú)相變和化學(xué)變化的情況下若Cp為常數(shù)三、恒壓熱練習(xí)2:壓縮機(jī)氣缸內(nèi)(絕熱)吸入1atm,250C的空氣,壓縮到1.9atm,溫度自動(dòng)升高到790C,試求每壓縮1mol空氣所做的功。CV,m=25.3J.mol-1.K-1解:絕熱過(guò)程中Q=0練習(xí)3:200g空氣恒定1.9atm,由250C升高到1200C,試求Q、W、U及H

。Cp,m=33.7J.mol-1.K-1解:恒壓過(guò)程中練習(xí)2:壓縮機(jī)氣缸內(nèi)(絕熱)吸入1atm,250C的空氣,壓第七節(jié)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓U=Q+W=0+0=0U=f(T,V),U=f(T,p)同理=0=00結(jié)論:理想氣體的熱力學(xué)能和焓只與T有關(guān),與其他性質(zhì)無(wú)關(guān)。T不變真空第七節(jié)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用U=Q+W=0+二、理想氣體Cp與Cv的關(guān)系結(jié)論:理想氣體的Cp.m與CV.m相差一個(gè)氣體常數(shù)R。

二、理想氣體Cp與Cv的關(guān)系結(jié)論:理想氣體的Cp.m與CVCp與Cv的關(guān)系一般性推導(dǎo)Cp與Cv的關(guān)系一般性推導(dǎo)1、對(duì)于固體或液體,其體積隨溫度變化很小

Cp=CV2、對(duì)于理想氣體結(jié)論:理想氣體的恒壓摩爾熱容與恒容摩爾熱容相差一氣體常數(shù)R1、對(duì)于固體或液體,其體積隨溫度變化很小2、對(duì)于理想氣體結(jié)論根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)可以證明在常溫下,對(duì)于理想氣體:分子類(lèi)型CV,m

Cp,m單原子分子3/2R5/2R雙原子分子5/2R7/2R多原子分子(非線型)3R4R根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)可以證明在常溫下,對(duì)于理想氣體:分子類(lèi)型C三、理想氣體的絕熱過(guò)程1.絕熱過(guò)程中的功

若溫度范圍不太大,CV為常數(shù),則W=nCV,m(T2-T1)對(duì)于理想氣體:若W<0,則dU<0,dT<0若W>0,則dU>0,dT>0結(jié)論:絕熱膨脹,溫度降低,內(nèi)能減少;絕熱壓縮,溫度升高,內(nèi)能增加。三、理想氣體的絕熱過(guò)程若溫度范圍不太大,CV為常數(shù),則W=2.理想氣體的絕熱可逆過(guò)程方程式理想氣體絕熱可逆過(guò)程,若不做非體積功,則2.理想氣體的絕熱可逆過(guò)程方程式理想氣體絕熱可逆過(guò)程,若不做若將T=pV/nR代入上式得:理想氣體絕熱可逆過(guò)程方程式:若將T=pV/nR代入上式得:理想氣體絕熱可逆過(guò)程方例題:一理想氣體經(jīng)過(guò)一絕熱可逆過(guò)程自00C、5atm、10L的始態(tài)膨脹到1atm,計(jì)算終態(tài)的溫度,并計(jì)算過(guò)程的Q、W、U及H

。CV,m=12.47J.K-1.mol-1,Cp,m=20.79J.K-1.mol-1.例題:一理想氣體經(jīng)過(guò)一絕熱可逆過(guò)程自00C、5atm、10L等溫線--AB線斜率:PV=nRT絕熱線--AC線斜率:PV=K3、絕熱可逆過(guò)程與恒溫可逆過(guò)程的比較pV絕熱線C等溫線BAW等溫W絕熱同一始態(tài)出發(fā),理想氣體經(jīng)絕熱可逆過(guò)程和恒溫可逆過(guò)程不可能到達(dá)相同的終態(tài)。等溫線--AB線斜率:PV=nRT絕熱線--AC線斜率:P問(wèn)題:從同一始態(tài)出發(fā),經(jīng)絕熱可逆膨脹和絕熱恒外壓膨脹能否到達(dá)相同的終態(tài)?例題:一理想氣體自300K、1atm、2L的始態(tài)分別經(jīng)過(guò)絕熱可逆過(guò)程和絕熱恒外壓過(guò)程膨脹到相同的體積4L,計(jì)算終態(tài)的溫度和壓強(qiáng),并計(jì)算Q、W、U及H。CV,m=12.47J.K-1.mol-1。解(1)絕熱可逆膨脹問(wèn)題:從同一始態(tài)出發(fā),經(jīng)絕熱可逆膨脹和絕熱恒外壓膨脹能否到達(dá)(2)絕熱恒外壓膨脹300K1atm、2L192K0.32atm、4L225K0.38atm、4L絕熱恒外壓膨脹絕熱可逆膨脹Vp可逆線BAC同一始態(tài)出發(fā),經(jīng)絕熱可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程不可能到達(dá)相同的終態(tài)(2)絕熱恒外壓膨脹300K192K225K絕熱恒外壓膨脹絕pV絕熱線C等溫線BAW等溫W絕熱問(wèn)題2:從同一狀態(tài)A出發(fā),理想氣體經(jīng)下列四個(gè)過(guò)程膨脹到相同體積的終態(tài),問(wèn)終態(tài)狀態(tài)點(diǎn)的位置。(1)恒溫可逆膨脹(2)恒溫不可逆膨脹(3)絕熱可逆膨脹(4)絕熱不可逆膨脹問(wèn)題3:理想氣體從同一狀態(tài)C出發(fā),經(jīng)下列四個(gè)過(guò)程壓縮到相同體積的終態(tài),問(wèn)終態(tài)狀態(tài)點(diǎn)的位置。(1)恒溫可逆膨脹(2)恒溫不可逆膨脹(3)絕熱可逆膨脹(4)絕熱不可逆膨脹膨脹或壓縮到相同壓強(qiáng)的終態(tài),問(wèn)終態(tài)點(diǎn)的位置?pV絕熱線C等溫線BAW等溫W絕熱問(wèn)題2:從同一狀態(tài)A出發(fā),第八節(jié)熱化學(xué)一、化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)(一)熱效應(yīng)

封閉系統(tǒng)中發(fā)生某化學(xué)反應(yīng),當(dāng)產(chǎn)物的溫度與反應(yīng)物的溫度相同時(shí),系統(tǒng)所吸收或放出的熱,稱(chēng)為該反應(yīng)的熱效應(yīng),簡(jiǎn)稱(chēng)反應(yīng)熱。(二)恒容反應(yīng)熱與恒壓反應(yīng)熱恒容反應(yīng)熱:反應(yīng)在恒容下進(jìn)行所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。如果不作非體積功,QV

=rU恒壓反應(yīng)熱:反應(yīng)在恒壓下進(jìn)行所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。如果不作非體積功,則

Qp=rH第八節(jié)熱化學(xué)恒容反應(yīng)熱:反應(yīng)在恒容下進(jìn)行所產(chǎn)生的熱效(三)恒容反應(yīng)熱與恒壓反應(yīng)熱的關(guān)系H=U+pV在恒溫恒壓下H=U+pV

反應(yīng)eE(g)+fF(g)

=gG(g)

+hH(g)

如果把反應(yīng)中的氣體均看成理想氣體,則pV=nRT,V=nRT/pV=nRT/p因此H=U+nRT

Qp=QV

+nRT其中,n為化學(xué)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)摩爾數(shù)的變化。(三)恒容反應(yīng)熱與恒壓反應(yīng)熱的關(guān)系二、反應(yīng)進(jìn)度()1、反應(yīng)進(jìn)度aA+dD=gG+hHt=0nA,0

nD,0

nG,0

nH,0t=tnA

nD

nG

nH

nB,0、nB,t:反應(yīng)開(kāi)始和t時(shí)刻時(shí)物質(zhì)B的量;B:物質(zhì)B的計(jì)量數(shù),反應(yīng)物取負(fù)值,產(chǎn)物取正值。二、反應(yīng)進(jìn)度()nB,0、nB,t:反應(yīng)開(kāi)始和t時(shí)刻時(shí)例題2:合成氨反應(yīng),其化學(xué)方程式可寫(xiě)成如下2種形式:(1)N2+3H2=2NH3,(2)1/2N2+3/2H2=NH3反應(yīng)起始時(shí)N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為10.0,30.0,0.0mol;經(jīng)過(guò)一段時(shí)間t,N2,H2,NH3的物質(zhì)的量分別為4.0,12.0,12.0mol。求t時(shí)刻反應(yīng)(1)和(2)的反應(yīng)進(jìn)度。解:(1)N2+3H2=2NH3例題2:合成氨反應(yīng),其化學(xué)方程式可寫(xiě)成如下2種形式:(1)同理,對(duì)反應(yīng)(2),可求得=12.0mol。結(jié)論(1)同一化學(xué)反應(yīng),的數(shù)值與計(jì)算所選擇的物質(zhì)種類(lèi)無(wú)關(guān)。(2)與反應(yīng)方程式的寫(xiě)法有關(guān),求時(shí)必須寫(xiě)出具體的反應(yīng)式。(3)為1mol,可理解為以所寫(xiě)方程式為基本單元進(jìn)行了1mol的反應(yīng),即單位化學(xué)反應(yīng)。同理,對(duì)反應(yīng)(2),可求得=12.0mol。2、摩爾反應(yīng)熱力學(xué)能變和摩爾反應(yīng)焓變反應(yīng)進(jìn)度為1mol的化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)能變和焓變,分別稱(chēng)為摩爾反應(yīng)熱力學(xué)能變和摩爾反應(yīng)焓變。記為:rUm,rHm。例如:(1)N2+3H2=2NH3,(2)1/2N2+3/2H2=NH3

H=U+pV,恒溫恒壓下,H=U+pV=U+nRTrHm=rUm+nRTn為反應(yīng)前后方程式中氣態(tài)物質(zhì)計(jì)量數(shù)的變化量。2、摩爾反應(yīng)熱力學(xué)能變和摩爾反應(yīng)焓變H=U+pV,恒溫恒壓下

H——恒壓反應(yīng)熱(或焓變),負(fù)值表示放熱反應(yīng),正值表示吸熱反應(yīng)

r

——反應(yīng)

m

——反應(yīng)進(jìn)度為1mol的反應(yīng)熱298.15——反應(yīng)溫度,溫度為298.15K時(shí)可省略

——標(biāo)準(zhǔn)態(tài),即此反應(yīng)熱是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)值。三、熱化學(xué)方程式

標(biāo)明了物質(zhì)的物理狀態(tài)、反應(yīng)條件和反應(yīng)熱的化學(xué)方程式稱(chēng)為熱化學(xué)方程式。H——恒壓反應(yīng)熱(或焓變),負(fù)值第九節(jié)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算一、Hess定律(一)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)壓力p或標(biāo)準(zhǔn)濃度c下的狀態(tài)。

純液體/純固體的摩爾分?jǐn)?shù)等于1;氣體的分壓為標(biāo)準(zhǔn)壓力p(p=100kPa);溶液中溶質(zhì)的濃度為標(biāo)準(zhǔn)濃度c(c=lmol?L-1)。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)規(guī)定中不包含溫度,但I(xiàn)UPAC推薦298.15K為參考溫度。第九節(jié)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算(二)Hess定律恒壓(或恒容)且不作非體積功的條件下,任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成,其熱效應(yīng)都是相同的。(二)Hess定律例題3:已知在298.15K下,下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:

解:(3)=(1)-(2)rHm3=rHm1-rHm2=-393.5+282.99=150.5kJ.mol-1(1)(2)(3)例題3:已知在298.15K下,下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:例題4:298.15K時(shí),葡萄糖(C6H12O6)和丙酮酸(C3H4O3)燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式分別為:計(jì)算葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸的反應(yīng)在298.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。例題4:298.15K時(shí),葡萄糖(C6H12O6)和丙酮酸解:(1)式-(2)式得:解:(1)式-(2)式得:二、反應(yīng)熱的計(jì)算(一)利用已知反應(yīng)的反應(yīng)熱計(jì)算(二)利用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算

1、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓

在指定溫度下,由處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的最穩(wěn)定單質(zhì)生成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1mol純物質(zhì)的焓變稱(chēng)為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱),用符號(hào)fHm表示,單位為kJ?mol-1。穩(wěn)定單質(zhì)的fHm為零。

2、由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算反應(yīng)熱二、反應(yīng)熱的計(jì)算反應(yīng)物(T,p)單質(zhì)(T,p)生成物(T,p)rHm(fHm)反應(yīng)物(fHm)生成物任意一化學(xué)反應(yīng):eE+fF=gG+hH反應(yīng)物(T,p)單質(zhì)(T,p)生成物(T,p)rH例題5:葡萄糖在體內(nèi)供給能量的反應(yīng)是最重要的生物化學(xué)反應(yīng)之一。試用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的數(shù)據(jù)計(jì)算下述反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱。解查表得:例

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