1、第二章 熱化學,2.1 熱力學術語和基本概念,2.2 熱力學第一定律,2.3 化學反應的熱效應,2.4 Hess定律,2.5 反應熱的求算,2.1 熱力學術語和基本概念,2.1.1 系統(tǒng)和環(huán)境,2.1.5 化學反應計量式和反應進度,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)外與其密切相關的部分。,敞開系統(tǒng)：與環(huán)境有物質交換也有能量交換。,封閉系統(tǒng)：與環(huán)境無物質交換有能量交換。,隔離系統(tǒng)：與環(huán)境無物質、能量交換。,2.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù),狀態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質的綜合表現(xiàn)。 狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量 (p,V,

2、T)。 特點：狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。 當系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)函數(shù) 的變化值只與始態(tài)、終態(tài)有關,而與 變化途徑無關。,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=V2,2.1.4 相,均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng)) 非均相系統(tǒng)(或多相系統(tǒng)),系統(tǒng)中物理性質和化學性質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。,2.1.5 化學反應計量式和反應進度,物質B的

3、化學計量數(shù),化學反應計量式：,A= a， B= b， Y=y， Z=z 。,反應進度：,單位是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,反應進度必須對應具體的反應方程式。,2.0 7.0 2.0 (mol),3.0 10.0 0 (mol),2.2 熱力學第一定律,2.2.1 熱和功,2.2.3 熱力學第一定律,2.2.2 熱力學能,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

4、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 熱力學能,熱力學能(U)： 系統(tǒng)內所有微觀粒子的全部 能量之和，也稱內能。 U是狀態(tài)函數(shù)。,熱力學能變化只與始態(tài)、終態(tài)有關，與變化途徑無關。,2.2.3 熱力學第一定律,對于封閉系統(tǒng)熱力學第一定律的數(shù)學表達是為：,熱力學第一定律的實質是能量守恒與轉化定律。,U2 = U1 + Q + W U2 - U1 = Q + W,2.3 化學反應的熱效應,2.3.1 定容反應熱,2.3.5 標準摩爾生成焓,2.3.4 熱化學方程式,2.3.3

5、rUm和rHm,2.3.2 定壓反應熱,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)熱力學能的增加。,2.3.1 定容反應熱,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熱。用Qp表示。若系統(tǒng)不做非體積功，則：,2.3.2 定壓反應熱,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

6、體參加的反應，W = pex V=0,有氣體參加的反應：,2.3.3 rUm和rHm,標準狀態(tài)：,表示化學反應及其反應熱(標準摩爾焓變)關系的化學反應方程式。,2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),氣體：T，p = p =100kPa,液、固體：T，p 下，純物質,溶液：溶質B，bB=b =1molkg-1,cB=c =1molL-1,2.3.4 熱化學方程式,2H2(g)+O2(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)單質生成物質B(B=+1)反應的標準摩爾焓變，稱為物質B的標準摩爾生成焓。,H2(g)

7、+ O2(g) H2O(g),2.3.5 標準摩爾生成焓,在溫度T下, 物質B (B= 1)完全氧化成指定產物時的標準摩爾焓變，稱為物質B的標準摩爾燃燒焓。,2.3.6 標準摩爾燃燒焓,2.4 Hess定律,化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱總是相同的。,例：已知298.15K下，反應：,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 反應熱的求算,2.5.1 由標準摩爾生成焓計算 反應的標準摩爾焓變,2.5.2 由標準摩爾燃燒焓計算 反應的標準摩爾焓變,=490.25+6(-241.82) -4 (-46.11)-0kJmol-1,=