化學(xué)反應(yīng)熱及化學(xué)反應(yīng)的方向和限度1

1、化學(xué)反應(yīng)熱及化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)熱及化學(xué)反應(yīng)的 方向和限度方向和限度主要內(nèi)容主要內(nèi)容6.1 熱力學(xué)系統(tǒng)和狀態(tài)函數(shù)熱力學(xué)系統(tǒng)和狀態(tài)函數(shù)6.2 能量守恒和能量守恒和化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)熱 6.3 熵和熵和gibbsgibbs自由能自由能 6.4化學(xué)化學(xué)反應(yīng)的限度和平衡常數(shù)反應(yīng)的限度和平衡常數(shù)重難點重難點: 焓變、自由能、反應(yīng)自發(fā)性判據(jù)焓變、自由能、反應(yīng)自發(fā)性判據(jù)反應(yīng)進行的快慢、反應(yīng)進行的快慢、條件、機理條件、機理化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)實性化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)實性反應(yīng)能否發(fā)生反應(yīng)能否發(fā)生及反應(yīng)的限度及反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)的可能性化學(xué)反應(yīng)的可能性化學(xué)反應(yīng)中能量的變化化學(xué)反應(yīng)中能量的變化化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)動力學(xué)化學(xué)動

2、力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)重要的理論意義和實際應(yīng)用重要的理論意義和實際應(yīng)用石墨石墨 金剛石金剛石2000k、6萬大氣壓萬大氣壓no+co n2+co2？條件？條件反應(yīng)進行徹底反應(yīng)進行徹底醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：判斷生物體內(nèi)的許多化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生？判斷生物體內(nèi)的許多化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生？體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中能量的轉(zhuǎn)化和利用等體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中能量的轉(zhuǎn)化和利用等化工領(lǐng)域：化工領(lǐng)域：二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)1.狀態(tài)狀態(tài)2.狀態(tài)函數(shù)（狀態(tài)函數(shù)（state function）即確定體系即確定體系 熱力學(xué)狀態(tài)的物理量熱力學(xué)狀態(tài)的物理量如：如：p，v，t，n，（密度），（密度），u（熱（熱 力學(xué)能或內(nèi)能），

3、力學(xué)能或內(nèi)能），h（焓），（焓），s （熵），（熵），g（自由能）（自由能）等。等。（1）一個體系的某個狀態(tài)函數(shù)的值改變，）一個體系的某個狀態(tài)函數(shù)的值改變，該體系的狀態(tài)就改變了該體系的狀態(tài)就改變了狀態(tài)函數(shù)的變化只取決于狀態(tài)函數(shù)的變化只取決于始態(tài)和終態(tài)始態(tài)和終態(tài)，而與途經(jīng)無關(guān)，而與途經(jīng)無關(guān)狀態(tài)函數(shù)的特征狀態(tài)函數(shù)的特征廣度性質(zhì)廣度性質(zhì):有些狀態(tài)函數(shù)，如物質(zhì)的量、質(zhì)量等具有加和性。有些狀態(tài)函數(shù)，如物質(zhì)的量、質(zhì)量等具有加和性。強度性質(zhì)強度性質(zhì):另一些狀態(tài)函數(shù)，如溫度、密度等不具有加和性的另一些狀態(tài)函數(shù)，如溫度、密度等不具有加和性的 性質(zhì)。性質(zhì)。三、熱力學(xué)第一定律三、熱力學(xué)第一定律 系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量

4、交換有兩種方式，一種是熱傳遞，系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量交換有兩種方式，一種是熱傳遞，另一種是做功。另一種是做功。熱（熱（q）與途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)。）與途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)。規(guī)定：系統(tǒng)從環(huán)境中吸熱：規(guī)定：系統(tǒng)從環(huán)境中吸熱：q 0 （如無機鹽溶于水）（如無機鹽溶于水） 系統(tǒng)向環(huán)境中放熱：系統(tǒng)向環(huán)境中放熱：q 0 系統(tǒng)對環(huán)境做功：系統(tǒng)對環(huán)境做功：w 0 放熱反應(yīng)（放熱反應(yīng)（exothermic），）， h 2. 焓（焓（enthalpy）焓變?yōu)榛瘜W(xué)或物理過程中吸收或放出的熱量焓變?yōu)榛瘜W(xué)或物理過程中吸收或放出的熱量, 即過程完成之即過程完成之后的終態(tài)物質(zhì)的焓與過程發(fā)生之前的始態(tài)物質(zhì)的焓之差。后的終態(tài)

5、物質(zhì)的焓與過程發(fā)生之前的始態(tài)物質(zhì)的焓之差。h = h2 h1c(石墨石墨) + o2(g) = co2(g)= -393.5 kj .mol-1rhm 三、熱化學(xué)方程式三、熱化學(xué)方程式h + 吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)h - 放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) 1. 1.定義定義：表示化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)熱關(guān)系的方程：表示化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)熱關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式。例：式稱為熱化學(xué)方程式。例：（一）（一） 熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式“r ” 代表化學(xué)反應(yīng)（代表化學(xué)反應(yīng)（reaction）“m” 代表代表1 摩爾摩爾進度進度反應(yīng)反應(yīng)“” 代表代表熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)（298）代表熱力學(xué)溫度（）代表熱力學(xué)溫度（k） 的含義的含

6、義：標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變：標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變mrhh2(g) + o2(g) = h2o(l) 1mrmolkj286)298( h 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài): :在在100kpa、指定溫度下該物指定溫度下該物質(zhì)的狀態(tài)。質(zhì)的狀態(tài)。 氣體：氣體： 溶液：溶液：固體和固體和純液體：純液體：t, p p = 100 kpa溶質(zhì)溶質(zhì)b, bb = b = 1 molkg-1或或 cb = c = 1 moll-1t, p下，純物質(zhì)下，純物質(zhì)2. 熱化學(xué)方程式的書寫要求熱化學(xué)方程式的書寫要求 要注明反應(yīng)的溫度和壓力要注明反應(yīng)的溫度和壓力 要注明物質(zhì)的狀態(tài)要注明物質(zhì)的狀態(tài) 固體固體s (solid） 液體液體 l (

7、liquid） 氣體氣體 g (gas） 水溶液水溶液aq (aqueous solution） 反應(yīng)熱與計量系數(shù)有關(guān)反應(yīng)熱與計量系數(shù)有關(guān)h2(g) + cl2(g) = 2hcl(g) h2(g) + cl2(g) = hcl(g) 1mrmolkj184 h1mrmolkj3 .92 h例：例：n2(g) + 3h2(g) = 2nh3(g) = -92.38 kj .mol-1 2nh3(g) = n2(g) + 3h2(g) = 92.38 kj .mol-1 rhm rhm h正正 = -h逆逆(4)正逆反應(yīng)的反應(yīng)熱的數(shù)值相等而符號相反。正逆反應(yīng)的反應(yīng)熱的數(shù)值相等而符號相反。四、四、

8、hess定律和反應(yīng)熱的計算定律和反應(yīng)熱的計算 c a （始態(tài)）（始態(tài)） b（終態(tài)）（終態(tài)）rhm =？rhm (2) rhm(1) 途徑一：途徑一：a b 途徑二：途徑二：a c b 不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成的，還是分幾步完成的，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成的，還是分幾步完成的，該反應(yīng)的熱效應(yīng)相同。該反應(yīng)的熱效應(yīng)相同。（一）（一） 由已知的熱化學(xué)方程式計算反應(yīng)熱由已知的熱化學(xué)方程式計算反應(yīng)熱 一個反應(yīng)若能分解成一個反應(yīng)若能分解成2步或幾步實現(xiàn)，則總反應(yīng)的步或幾步實現(xiàn)，則總反應(yīng)的 h等于各等于各分步反應(yīng)分步反應(yīng) h值之和。值之和。例如：例如： (1) c(石墨石墨) + o2(g) = co2(g) =

9、 -393.5 kj/mol (2) co(g) + o2(g) = co2(g) = -283.0 kj/mol (3) c(石墨石墨) + o2(g) = co(g) = ?反應(yīng)反應(yīng) (3) = 反應(yīng)反應(yīng)(1) 反應(yīng)反應(yīng)(2) = = -110.5 kj/mol 1h 2h 3h2121 3h 1h 2ha brhhb hah絕對值不可測絕對值不可測定義物質(zhì)的焓值：定義物質(zhì)的焓值：即規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的焓值為即規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的焓值為0，各化合物，各化合物以單質(zhì)為參照物得到相對焓值（生成焓），利用這些相對焓以單質(zhì)為參照物得到相對焓值（生成焓），利用這些相對焓值求各反應(yīng)的焓變值求各反應(yīng)的焓變即即rhh

10、b ha= hb（相對相對） ha （相對相對） （二）（二） 由由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（standard molar enthalpy of formation）計算反應(yīng)熱）計算反應(yīng)熱 定義：定義：在在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下下( (100kpa，tk),),由由穩(wěn)定單質(zhì)穩(wěn)定單質(zhì)生成生成1 1摩爾摩爾的某物質(zhì)時的反應(yīng)熱稱為該物質(zhì)的的某物質(zhì)時的反應(yīng)熱稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓生成焓，符號，符號 ，f代表生成代表生成(formation) (formation) 單位：單位：kj.mol-1.fhm fhm (t ) = 0 kjmol-1fhm 處于標(biāo)態(tài)下的各元素所指定最處于標(biāo)態(tài)下的

11、各元素所指定最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為0標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（熱）標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（熱）例：例： c金剛石金剛石 + o2（g） = co2(g) = - 395.4 kj.mol-1rhm(1) c（石墨）（石墨） + o2（g） = co2(g) = - 393.5 kj.mol-1 rhm(2) fhm(co2) = = - 393.5 kj.mol-1rhm(2) fhm(nh3) = = -46.19 kj.mol-1 rhm(4) n2(g)+3h2(g)=2nh3(g)rhm(3) = -92.38 kj.mol-1 1/2n2(g) + 3/2h2(g) = nh3

12、(g) rhm(4) = -46.19 kj.mol-1根據(jù)根據(jù)hess定律定律mrhmfhmfh=(產(chǎn)物產(chǎn)物)-(反應(yīng)物反應(yīng)物)利用物質(zhì)的利用物質(zhì)的 計算反應(yīng)的計算反應(yīng)的rhm fhm 解解：ch4(g)+ 2o2(g) = co2(g)+ 2h2o(l)查查 -74.89 0 -393.5 -285.8 kj.mol-1rhm 例：例：計算下列反應(yīng)的計算下列反應(yīng)的= -393.5 + 2(-285.8)-(-74.89) = -890.21 kj.mol-1 rhm 2. 查出數(shù)據(jù)后計算時要乘以反應(yīng)方程查出數(shù)據(jù)后計算時要乘以反應(yīng)方程式中物質(zhì)的系數(shù)。式中物質(zhì)的系數(shù)。 1. 查查fhm 的值時

13、要注意各物質(zhì)的聚集的值時要注意各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。狀態(tài)不同狀態(tài)。狀態(tài)不同fhm值不同，并要注意正值不同，并要注意正負(fù)號。負(fù)號。 3. 近似認(rèn)為近似認(rèn)為rhm(t) rhm(298.15)注意注意(三三) 由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱計算反應(yīng)熱由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱計算反應(yīng)熱chm 完全燃燒：物質(zhì)中的完全燃燒：物質(zhì)中的h、c、s、n、cl經(jīng)燃燒后其經(jīng)燃燒后其產(chǎn)物是產(chǎn)物是h2o(l)、co2(g)、n 2(g)、so2(g)、hcl(aq)利用物質(zhì)的利用物質(zhì)的 計算計算chm rhm rhm =(n )反反chm -(n )產(chǎn)產(chǎn)chm 例例 c2h4(g) + h2(g) c2h6(g) 解解 ： 1411 -286 -1560 kj.mol-1rhm = -1411+（-286）-（-1560）= -137 (kj.mol-1)以燃燒終產(chǎn)物為參照物的相對值以燃燒終產(chǎn)物為參照物的相對值標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓:以各種單質(zhì)為參照物的相對值以各種單質(zhì)為參照物的相對值二者既有區(qū)別又有聯(lián)系二者既有區(qū)別又有聯(lián)系例如例如: h2(g) + 1/2 o2(g) = h2o(l)則則rhm= fhm(h2o,l)= -285.8kj/m