大學(xué)基礎(chǔ)課程無機(jī)化學(xué)p化學(xué)中的計(jì)量進(jìn)行課堂PPT

1、1-1 化學(xué)反應(yīng)中的計(jì)量化學(xué)反應(yīng)中的計(jì)量1-2 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系1-3 化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的計(jì)量化學(xué)反應(yīng)中的計(jì)量1.1.1 相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量1.1.2 物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位1.1.3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量和摩爾體積1.1.4 物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度1.1.5 氣體的計(jì)量氣體的計(jì)量 一、理想氣體狀態(tài)方程一、理想氣體狀態(tài)方程pv = nrt 波義爾定律：當(dāng)波義爾定律：當(dāng)n和和t一定時(shí)，氣體的一定時(shí)，氣體的v與與p成反比成反比 v 1/p (1) 查理查理蓋呂薩克定律：蓋呂薩

2、克定律：n和和p一定時(shí)，一定時(shí)，v與與t成正比成正比 v t (2) 阿佛加德羅定律：阿佛加德羅定律：p和和t一定時(shí)，一定時(shí)，v與與n成成正比正比 v n (3) 以上三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律的表達(dá)式合并得以上三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律的表達(dá)式合并得: v nt/p (4)實(shí)驗(yàn)測得（實(shí)驗(yàn)測得（4）的比例系數(shù)是）的比例系數(shù)是r，于是得到，于是得到 pv=nrt (5)這就是理想氣體狀態(tài)方程式這就是理想氣體狀態(tài)方程式p氣體的壓力，單位為帕氣體的壓力，單位為帕(pa)v體積，單位為立方米體積，單位為立方米(m3)n物質(zhì)的量，單位為摩物質(zhì)的量，單位為摩(mol)t熱力學(xué)溫度，單位為熱力學(xué)溫度，單位為“開開”(k)r摩爾氣體常數(shù)

3、摩爾氣體常數(shù)提問：提問：r的取值和單位是什么？的取值和單位是什么？七個(gè)基本量七個(gè)基本量：l、m、t、t、i、n、lv在在stp下，下，p=101.325kpa，t=273.15kn=1.0mol 時(shí)，時(shí)，vm=22.414l=22.41410-3m33331111101325pa22.414 10 m1.0mol 273.15k8.314molk (8.314molkpvrntpa msikpa l制）118.314j molkr若單位取得不同的話，則若單位取得不同的話，則r的值也會不同的值也會不同1111122.4141.0mol 273.15k0.08206molk62363molkpvr

4、ntatmlatm lmmhg ml 我們在計(jì)算時(shí)一定要注意我們在計(jì)算時(shí)一定要注意r取值的單位與取值的單位與p，v單位相配套！單位相配套！氣體常數(shù)的幾種常用數(shù)值和量綱氣體常數(shù)的幾種常用數(shù)值和量綱分子體積與氣體體積相比可以忽略不計(jì)分子體積與氣體體積相比可以忽略不計(jì)分子之間沒有相互吸引和排斥分子之間沒有相互吸引和排斥分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞 不造成動能損失不造成動能損失 理想氣體理想氣體: 根據(jù)研究結(jié)果表明：根據(jù)研究結(jié)果表明：低壓高溫低壓高溫下的實(shí)際氣體下的實(shí)際氣體性質(zhì)接近于理想氣體性質(zhì)。性質(zhì)接近于理想氣體性質(zhì)。 這時(shí)氣體的壓力、體積、溫度以及物質(zhì)的量這

5、時(shí)氣體的壓力、體積、溫度以及物質(zhì)的量之間的關(guān)系可近似地用理想氣體狀態(tài)方程來之間的關(guān)系可近似地用理想氣體狀態(tài)方程來描述。描述。二、理想氣體狀態(tài)方方程式的應(yīng)用二、理想氣體狀態(tài)方方程式的應(yīng)用1、 計(jì)算計(jì)算p，v，t，n四個(gè)物理量之一。四個(gè)物理量之一。 應(yīng)用范圍：溫度不太低，壓力不太高的真實(shí)氣體。應(yīng)用范圍：溫度不太低，壓力不太高的真實(shí)氣體。2、氣體摩爾質(zhì)量的計(jì)算氣體摩爾質(zhì)量的計(jì)算mnpvnrtmmpvrtmmrtmpvm = mr g mol-13、氣體密度的計(jì)算氣體密度的計(jì)算mrtmpvrtmp pmrt計(jì)算過程可不寫單位，但結(jié)果要寫單位計(jì)算過程可不寫單位，但結(jié)果要寫單位 1、分壓和分壓定律、分壓和

6、分壓定律三、理想氣體分壓定律三、理想氣體分壓定律氣體的分壓氣體的分壓(pb)氣體混合物中，某一組分氣體氣體混合物中，某一組分氣體b對器壁所施加的壓力。對器壁所施加的壓力。即等于即等于相同溫度下相同溫度下該氣體單獨(dú)占有與混合氣體該氣體單獨(dú)占有與混合氣體相同相同體積時(shí)體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力。所產(chǎn)生的壓力。道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律混合氣體的總壓力等于混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。各組分氣體的分壓之和。 p = pbn總11n rtpv22n rtpv33n rtpvbbn rtpv123bnnn +nn總123bn rt(n +n +nn )rtpvv總總 123bbp +p +ppp結(jié)

7、論結(jié)論:1）混合氣體總壓等于各組分氣體分壓之和）混合氣體總壓等于各組分氣體分壓之和 道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律 1n2n3n.111pn rtnpn rtn總總總推之推之 bbpnpn總總令令 bbnxn總 摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)某組分氣體的某組分氣體的“物質(zhì)的量物質(zhì)的量”與混合氣體的總與混合氣體的總“物質(zhì)的量物質(zhì)的量”之比成為該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)。之比成為該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)。bbpnpn總總則則bbbnppp xn總總總結(jié)論結(jié)論:2）組分氣體的分壓力與其摩爾分?jǐn)?shù)成正比）組分氣體的分壓力與其摩爾分?jǐn)?shù)成正比12bx +xx12、分體積、分體積 體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù) 混合氣體中各組分氣體的相對含量可以用

8、分壓表示，也混合氣體中各組分氣體的相對含量可以用分壓表示，也可以用氣體的分體積或體積分?jǐn)?shù)來表示。可以用氣體的分體積或體積分?jǐn)?shù)來表示。分體積分體積vb ：混合氣體中某一組分：混合氣體中某一組分b單獨(dú)存在并具有與混單獨(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積。合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積。 當(dāng)同當(dāng)同t ，p 時(shí)時(shí)11n rtvp總22n rtvp總12n rtn rtn rtvppp總總總總總 12vv111vnxvn總總222vnxvn總總體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)可見摩爾分?jǐn)?shù)與體積分?jǐn)?shù)在數(shù)值上是相同的。可見摩爾分?jǐn)?shù)與體積分?jǐn)?shù)在數(shù)值上是相同的。 bbbvnxvn總總結(jié)論結(jié)論:3）混合氣體總體

9、積等于各組分氣體分體積）混合氣體總體積等于各組分氣體分體積 之和之和分體積定律分體積定律 bbbpvxpv總總bbvppv總總即結(jié)論結(jié)論:4)分壓等于總壓與該組分氣體的體積分?jǐn)?shù)乘積分壓等于總壓與該組分氣體的體積分?jǐn)?shù)乘積 例例: :體積為體積為10.0l含含n2、o2、co2的混合氣體，的混合氣體，t=30、p=93.3kpa, , 其其: :p(o2)=26.7kpa, , co2的含量的含量為為5.00g, 試計(jì)算試計(jì)算n2、co2分壓。分壓。n(co2)= = =0.114mol m(co2) 5.00g m(co2) 44.01gmol-1解解p(co2)= = pa n(co2)rt

10、0.1148.314303.15 v 1.0010-2=2.87104pap(n2)=p-p(o2)-p(co2)=(9.33-2.67-2.87)104pa =3.79104pan p 9.33104n(o2) p(o2) 2.67104 = = = 0.2864、實(shí)際氣體狀態(tài)方程式、實(shí)際氣體狀態(tài)方程式實(shí)際氣體是不同于理想氣體的，實(shí)際氣體與理想實(shí)際氣體是不同于理想氣體的，實(shí)際氣體與理想氣體具有一個(gè)偏差。因而不遵守理想氣體狀態(tài)方氣體具有一個(gè)偏差。因而不遵守理想氣體狀態(tài)方程式。程式。但是有一個(gè)修正的方程式：但是有一個(gè)修正的方程式：van der waals 方程方程 nrtnbvvnap)(22

11、a,b分別稱為分別稱為van der waals常量常量第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系1.2.1 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算1.2.2 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度 一、一、 化學(xué)計(jì)量數(shù)化學(xué)計(jì)量數(shù)( () )化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) cc + dd = yy + zz移項(xiàng)：移項(xiàng)： 0 = -cc - dd + yy + zz 令令 -c =c、-d =d、y =y、z=z則得則得 0 =cc +dd +yy + zz0= bbb可簡化寫出化學(xué)計(jì)量式的通式：可簡化寫出化學(xué)計(jì)量式的通式： 規(guī)定規(guī)定: :反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)，反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)

12、， 產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為正。產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為正。 b包含在反應(yīng)中的分子、原子或離子。包含在反應(yīng)中的分子、原子或離子。 b數(shù)字或簡分?jǐn)?shù)，稱為數(shù)字或簡分?jǐn)?shù)，稱為(物質(zhì)物質(zhì))b的化學(xué)計(jì)量數(shù)。的化學(xué)計(jì)量數(shù)。例例 n2 + 3h2 = 2nh30 = - n2 - 3h2 + 2nh3 = (n2)n2 + (h2)h2 +(nh3)nh3n2、h2、nh3的化學(xué)計(jì)量數(shù)的化學(xué)計(jì)量數(shù): (n2) = -1、(h2) = -3、(nh3) = 2表明反應(yīng)中每消耗表明反應(yīng)中每消耗1mol n2和和3mol h2生成生成2mol nh3 aa + bb cct0 n0a n0b n0ct na nb nc =0

13、mol時(shí)時(shí)： n0a = na； n0b = nb ； n0c= nc即即= 0 mol 時(shí)時(shí), 反應(yīng)沒有進(jìn)行反應(yīng)沒有進(jìn)行, 這是這是 t0 時(shí)刻的反應(yīng)進(jìn)度時(shí)刻的反應(yīng)進(jìn)度 二、反應(yīng)進(jìn)度二、反應(yīng)進(jìn)度( () ) = = = = 定義定義t時(shí)刻的反應(yīng)進(jìn)度為時(shí)刻的反應(yīng)進(jìn)度為 na n0a nb - n0b nc-n0c nb -a -b c b=1mol 時(shí)時(shí): n0a - na=a ； n0b - nb =b； nc - n0c =c即即: 以以a個(gè)個(gè)a粒子與粒子與b個(gè)個(gè)b粒子為一個(gè)單元，進(jìn)行了粒子為一個(gè)單元，進(jìn)行了 6.02 1023(1mol)單元反應(yīng)。單元反應(yīng)。 注意：注意：反應(yīng)進(jìn)度必須對應(yīng)

14、具體的反應(yīng)方程式！反應(yīng)進(jìn)度必須對應(yīng)具體的反應(yīng)方程式！ aa + bb cc 表示表示 表示生成了表示生成了 1 mol 的的nh3都是相等的。都是相等的。 例例例：反應(yīng)：例：反應(yīng)：n2 + 3h2 = 2nh3n2、h2、nh3的化學(xué)計(jì)量數(shù)的化學(xué)計(jì)量數(shù) (n2) = -1、(h2) = -3、(nh3) = 2當(dāng)當(dāng)00時(shí)時(shí),若有足夠量的若有足夠量的n2和和h2，而，而n(nh3)0根據(jù)根據(jù) nb b、 nb/b n(n2)/mol n(h2)/mol n(nh3)/mol/mol0000 - -1 -1-321-2-642121232第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系 化學(xué)

15、反應(yīng)是反應(yīng)物分子中舊鍵的削弱、斷裂化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物分子中舊鍵的削弱、斷裂和產(chǎn)物分子新鍵形成的過程。前者需要吸收能量和產(chǎn)物分子新鍵形成的過程。前者需要吸收能量, , 后者則會釋放能量。后者則會釋放能量。 因此，化學(xué)反應(yīng)過程往往伴隨有能量的吸收因此，化學(xué)反應(yīng)過程往往伴隨有能量的吸收或釋放?；蜥尫?。如：煤燃燒時(shí)放熱；如：煤燃燒時(shí)放熱； 碳酸鈣分解要吸熱；碳酸鈣分解要吸熱； 原電池反應(yīng)可產(chǎn)生電能；原電池反應(yīng)可產(chǎn)生電能； 電解食鹽水要消耗電能；電解食鹽水要消耗電能； 鎂條燃燒時(shí)會放出耀眼的光；鎂條燃燒時(shí)會放出耀眼的光； 葉綠素在光作用下使二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖類。葉綠素在光作用下使二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖類。

16、應(yīng)用熱力學(xué)的基本原理和方法研究化學(xué)中有關(guān)應(yīng)用熱力學(xué)的基本原理和方法研究化學(xué)中有關(guān)問題的學(xué)科叫問題的學(xué)科叫化學(xué)熱力學(xué)?；瘜W(xué)熱力學(xué)?；瘜W(xué)熱力學(xué)主要討論在化學(xué)變化和物理變化中化學(xué)熱力學(xué)主要討論在化學(xué)變化和物理變化中伴隨發(fā)生的能量變化。伴隨發(fā)生的能量變化。 化學(xué)熱力學(xué)的化學(xué)熱力學(xué)的研究范圍研究范圍： 指定條件下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？指定條件下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？ 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度？化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度？(1)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化？化學(xué)反應(yīng)中的能量變化？化學(xué)熱力學(xué)的化學(xué)熱力學(xué)的研究特點(diǎn)研究特點(diǎn)：研究：研究宏觀性質(zhì)宏觀性質(zhì)的變化，的變化，不考慮物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)。不考慮物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)。只需了解反應(yīng)始、終態(tài)，只需

17、了解反應(yīng)始、終態(tài)，不考慮反應(yīng)過程。不考慮反應(yīng)過程。體系體系( (系統(tǒng)系統(tǒng)):):所需研究的那部分物質(zhì)或空間所需研究的那部分物質(zhì)或空間, , 簡單地說就是被研究對象簡單地說就是被研究對象。 環(huán)境環(huán)境: :體系之外與體系有一定聯(lián)系的其它物質(zhì)體系之外與體系有一定聯(lián)系的其它物質(zhì) 或空間?；蚩臻g。 一、體系和環(huán)境一、體系和環(huán)境物質(zhì)物質(zhì)體系體系環(huán)境環(huán)境能量能量體系體系敞開體系敞開體系封閉體系封閉體系孤立體系孤立體系體系與環(huán)境之間體系與環(huán)境之間既有既有物質(zhì)交換，物質(zhì)交換，又有又有能量交換能量交換體系與環(huán)境之間體系與環(huán)境之間沒有沒有物質(zhì)交換，物質(zhì)交換，只有只有能量交換能量交換體系與環(huán)境之間體系與環(huán)境之間既無既

18、無物質(zhì)交換，物質(zhì)交換，又無又無能量交換能量交換體系體系+ +環(huán)境環(huán)境孤立體系孤立體系n=1mol,p=1.013105pa,v=22.410-3m3,t=273kn=1mol,p=2.026105pa,v=11.210-3m3,t=273k通常用體系的宏觀可測性質(zhì)（通常用體系的宏觀可測性質(zhì)（v、p、t、）來）來描述體系的熱力學(xué)狀態(tài)。描述體系的熱力學(xué)狀態(tài)。二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：表征體系性質(zhì)的物理量所確定的體系存在狀態(tài)：表征體系性質(zhì)的物理量所確定的體系存在 形式，是體系熱力學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。形式，是體系熱力學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。狀態(tài)函數(shù)：能表征體系特性的宏觀性質(zhì)的物理量狀態(tài)函數(shù)：能

19、表征體系特性的宏觀性質(zhì)的物理量 稱為狀態(tài)函數(shù)稱為狀態(tài)函數(shù)（確定體系狀態(tài)的物理量（確定體系狀態(tài)的物理量 ）如如 物質(zhì)的量、壓力、體積、溫度物質(zhì)的量、壓力、體積、溫度描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間往往是有聯(lián)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間往往是有聯(lián)系的。如系的。如pv=nrt體系的性質(zhì)：通常用一些宏觀可測得物理量，如體積、體系的性質(zhì)：通常用一些宏觀可測得物理量，如體積、 壓力、溫度、密度、粘度等來描述體系壓力、溫度、密度、粘度等來描述體系 的狀態(tài)，將這些決定體系狀態(tài)的物理量的狀態(tài)，將這些決定體系狀態(tài)的物理量 稱為體系的性質(zhì)。稱為體系的性質(zhì)。廣度性質(zhì)（容量性質(zhì)）廣度性質(zhì)（容量性質(zhì)） 如質(zhì)量、體積等

20、如質(zhì)量、體積等強(qiáng)度性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì) 如壓強(qiáng)、溫度等如壓強(qiáng)、溫度等強(qiáng)度性質(zhì)：強(qiáng)度性質(zhì)：與與“物質(zhì)的量物質(zhì)的量” 無關(guān)，不具加和性無關(guān)，不具加和性廣度（容量）性質(zhì)：廣度（容量）性質(zhì)：與與“物質(zhì)的量物質(zhì)的量”有關(guān)，具加和有關(guān)，具加和性性狀態(tài)狀態(tài)函數(shù)函數(shù) 狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)：狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)：理想氣體理想氣體t=280k理想氣體理想氣體t=300k理想氣體理想氣體t=350kt=350k-300k=50k(1)體系的狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)有確定值。體系的狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)有確定值。(2)體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的改變量，只與狀態(tài)函數(shù)的改變量，只與 體系始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。體系始

21、態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。(3)體系一旦恢復(fù)到原來狀態(tài)，狀態(tài)函數(shù)恢復(fù)原值。體系一旦恢復(fù)到原來狀態(tài)，狀態(tài)函數(shù)恢復(fù)原值。狀態(tài)一定值一定狀態(tài)一定值一定; ;殊途同歸變化等殊途同歸變化等; ; 周而復(fù)始變化零。周而復(fù)始變化零。始態(tài)終態(tài)（）（）三、功和熱三、功和熱功功( (w ) )：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。熱熱(q)：體系和環(huán)境之間因溫度差而傳遞或交換的：體系和環(huán)境之間因溫度差而傳遞或交換的 能量的形式能量的形式。功功體積功體積功: :體系體積變化反抗外力所做的功體系體積變化反抗外力所做的功非體積功非體積功: : 除體積功外的功，如電功等除體積功

22、外的功，如電功等 注意注意 功和熱不是狀態(tài)函數(shù)功和熱不是狀態(tài)函數(shù) 單位均為單位均為j j、k kj j由于熱和功是體系發(fā)生狀態(tài)改變的某過程由于熱和功是體系發(fā)生狀態(tài)改變的某過程中體系與環(huán)境間交換能量的兩種形式，因中體系與環(huán)境間交換能量的兩種形式，因此熱和功此熱和功不僅與體系的始、終態(tài)有關(guān)，而不僅與體系的始、終態(tài)有關(guān)，而且還與過程的具體途徑有關(guān)且還與過程的具體途徑有關(guān)，所以它們不，所以它們不是狀態(tài)函數(shù)。是狀態(tài)函數(shù)。 四、熱力學(xué)能四、熱力學(xué)能( (以往稱內(nèi)能以往稱內(nèi)能) )熱力學(xué)能熱力學(xué)能(u )體系內(nèi)部能量的總和體系內(nèi)部能量的總和。包括體系內(nèi)分子的內(nèi)動能、分子間相互作用包括體系內(nèi)分子的內(nèi)動能、分子

23、間相互作用能、分子內(nèi)部能量，但不包括體系整體運(yùn)動能、分子內(nèi)部能量，但不包括體系整體運(yùn)動的動能和在外力場中的位能。的動能和在外力場中的位能。由于體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動及相互作用很復(fù)雜，由于體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動及相互作用很復(fù)雜，所以體系所以體系熱力學(xué)能的絕對值無法測知。熱力學(xué)能的絕對值無法測知。單位單位j、kju是狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)函數(shù) u = u(終態(tài)終態(tài)) u(始態(tài)始態(tài)) 自然界中一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不自然界中一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式，從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，但在轉(zhuǎn)變和，從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，但在

24、轉(zhuǎn)變和傳遞過程中總能量不變。傳遞過程中總能量不變。五、能量守恒定律五、能量守恒定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律封閉體系：始態(tài)封閉體系：始態(tài)(1) 終態(tài)終態(tài)(2) u1 u2 u2=u1+q+w u = u2 u1 = q + w 封閉體系熱力學(xué)封閉體系熱力學(xué) 第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式q,w封閉體系熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的封閉體系熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量與環(huán)境對體系所做的功之和。熱量與環(huán)境對體系所做的功之和。q:+ 體系吸熱，體系吸熱，q為正值為正值q: 體系放熱，體系放熱，q為負(fù)值。為負(fù)值。w:+ 環(huán)境對體系做功，環(huán)境對體系做功，w為正值；為正值；w: 體系

25、對環(huán)境做功，體系對環(huán)境做功，w為負(fù)值。為負(fù)值。注意物理量的符號！注意物理量的符號！例：某一變化中，體系從環(huán)境吸收了例：某一變化中，體系從環(huán)境吸收了50j熱量，對熱量，對 對環(huán)境作了對環(huán)境作了30j功。則體系內(nèi)能變化為多少？功。則體系內(nèi)能變化為多少？對體系：對體系：q=50j,w= 30j u = q + w=50+(30)=20j (對體系對體系)對環(huán)境：對環(huán)境：q= 50j,w=30j u = q + w= 50+30= 20j (對環(huán)境對環(huán)境) u體系體系+ u環(huán)境環(huán)境=0 化學(xué)反應(yīng)時(shí)，如果化學(xué)反應(yīng)時(shí)，如果體系不做非體積功體系不做非體積功，當(dāng)，當(dāng)反應(yīng)反應(yīng)終態(tài)的溫度恢復(fù)到始態(tài)的溫度時(shí)終態(tài)的溫

26、度恢復(fù)到始態(tài)的溫度時(shí)，體系所吸收或放，體系所吸收或放出的熱量稱為該化學(xué)反應(yīng)的出的熱量稱為該化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)或反應(yīng)熱熱效應(yīng)或反應(yīng)熱。范圍范圍:封閉體系，體系只做體積功，反應(yīng)前封閉體系，體系只做體積功，反應(yīng)前后溫度相同。后溫度相同。一、恒容反應(yīng)熱一、恒容反應(yīng)熱恒容反應(yīng)熱恒容反應(yīng)熱(qv): 體積恒定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。體積恒定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。 u =q+w= q p v v =0 u = q=qv 一般化學(xué)反應(yīng)中，體系熱力學(xué)能的變化在數(shù)值上一般化學(xué)反應(yīng)中，體系熱力學(xué)能的變化在數(shù)值上等于反應(yīng)的恒容反應(yīng)熱。等于反應(yīng)的恒容反應(yīng)熱。在等容過程中，體系吸收的熱量在等容過程中，體系吸收的熱量qv全部用

27、來增全部用來增加加體系的熱力學(xué)能。體系的熱力學(xué)能。 恒壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化恒壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化二、恒壓反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變二、恒壓反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變恒壓反應(yīng)熱恒壓反應(yīng)熱(qp): 壓強(qiáng)恒定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。壓強(qiáng)恒定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。恒壓下，且體系只做體積功時(shí)恒壓下，且體系只做體積功時(shí)w= p v u =q+w= qp p v qp= u + p v qp = u + p v =u2 u1+ p (v2 v1) =(u2+pv2) (u1+ pv1)說明：（說明：（1 1）h 是狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)函數(shù) （2 2）單位單位j、kj （3 3）絕對值無法測知絕對值無法測知 （

28、4 4）h 無明確物理意義無明確物理意義 h = h2 h1 = qp令令在恒壓反應(yīng)中在恒壓反應(yīng)中, 體系所吸收的熱量體系所吸收的熱量 qp，全部用，全部用來改變體系的熱焓。或說，來改變體系的熱焓。或說，等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)的焓變數(shù)值相等。的焓變數(shù)值相等。h=u+pv h焓變焓變h是狀態(tài)函數(shù)還是狀態(tài)函數(shù)還是非狀態(tài)函數(shù)是非狀態(tài)函數(shù)? h 焓焓 h = h2 h1 = qp化學(xué)反應(yīng)在封閉體系中、恒壓條件下進(jìn)行，且體系化學(xué)反應(yīng)在封閉體系中、恒壓條件下進(jìn)行，且體系不做非體積功：不做非體積功：化學(xué)反應(yīng)的焓變等于恒壓反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)的焓變等于恒壓反應(yīng)熱( (數(shù)值上數(shù)值上) )吸熱反應(yīng)：吸熱反應(yīng)：

29、qp 0, h 0放熱放熱反應(yīng)：反應(yīng)：qp 0, h 0 h = q= h = = 12焓變焓變 表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式 rhm摩爾反應(yīng)焓變摩爾反應(yīng)焓變h2(g) + o2(g) h2o(g) 如如表示在表示在298.15k、100kpa下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度 =1mol時(shí)時(shí)(1mol h2(g)與與 molo2(g)反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成1molh2o(g)時(shí)時(shí))，放出，放出241.82kj熱量。熱量。12qp = rhm = 241.82 kjmol-1298.15k100kpa12 rhm (t) 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)

30、焓變標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變r(jià)：reaction；m：molar； ：反應(yīng)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：反應(yīng)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(t)：表示反應(yīng)溫度：表示反應(yīng)溫度標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)( (狀狀) )態(tài)態(tài)物質(zhì)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力(p =100kpa)下純氣體下純氣體液體、液體、固體固體標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力(p =100kpa)下下純液體、純固體純液體、純固體溶液中的溶液中的溶質(zhì)溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力(p )下質(zhì)量摩爾濃度為下質(zhì)量摩爾濃度為1molkg-1(近似為近似為1moll-1) 物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)并無溫度的規(guī)定！物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)并無溫度的規(guī)定！注意：注意：1.注明反應(yīng)的溫度、壓力等。注明反應(yīng)的溫度、壓力等。如果是如果是100kpa，

31、298.15k(常溫常壓常溫常壓)可略去不寫?？陕匀ゲ粚?。嚴(yán)格說，嚴(yán)格說，t對對 rhm是有影響的，但一般影響不大，是有影響的，但一般影響不大，故故計(jì)算在其它溫度下仍可按計(jì)算在其它溫度下仍可按298.15k時(shí)處理時(shí)處理。 例如例如 caco3(s) cao(s)+co2(g) rhm(298k)=178kjmol-1 rhm(1000k)=175kjmol-12.注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。氣氣g(gas)，液液l（liguid），），固固s（solid）；物質(zhì)有；物質(zhì)有幾種晶型，應(yīng)注明是哪種；水溶液用幾種晶型，應(yīng)注明是哪種；水溶液用aq表示。表示。2h2(g)+o2(g) 2

32、h2o(g) rhm(298.15k) = 483.64kjmol-1 rhm(298.15k) = 571.66kjmol-12h2(g)+o2(g) 2h2o(l)3.同一反應(yīng)同一反應(yīng),反應(yīng)式系數(shù)不同反應(yīng)式系數(shù)不同, rhm不同不同。 rhm = -483.64 kjmol-1 2h2(g) + o2(g) 2h2o(g) h2(g) + o2(g) h2o(g) rhm = 241.82 kjmol-1124.正、逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)的qp的的絕對值相同絕對值相同, 符號相反。符號相反。hgo(s) hg(l) + o2(g) rhm = 90.83 kjmol-1hg(l) + o2(g

33、) hgo(s) rhm = 90.83 kjmol-11212不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，整個(gè)過程的熱效不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，整個(gè)過程的熱效應(yīng)是相同的，即總反應(yīng)的熱效應(yīng)等于各步反應(yīng)的熱效應(yīng)之應(yīng)是相同的，即總反應(yīng)的熱效應(yīng)等于各步反應(yīng)的熱效應(yīng)之和?；蛘f，和。或說，“過程的熱效應(yīng)與途徑無關(guān)過程的熱效應(yīng)與途徑無關(guān)”。 rhm始態(tài)始態(tài)終態(tài)終態(tài)中間態(tài)中間態(tài)rhm,1rhm,2rhm,1rhm,2rhm+=或或rhm=rhm,i 即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關(guān)。變化過程的具體途徑無關(guān)。 rhm = r

34、hm1 + rhm2 rhm1 = rhm rhm2 =( 393.51) (282.98)kjmol-1= 110.53 kjmol-1應(yīng)用赫斯定律由已知的反應(yīng)熱不僅可計(jì)算某些應(yīng)用赫斯定律由已知的反應(yīng)熱不僅可計(jì)算某些未知反應(yīng)反應(yīng)熱，而且可計(jì)算難以或無法用實(shí)未知反應(yīng)反應(yīng)熱，而且可計(jì)算難以或無法用實(shí)驗(yàn)測定的反應(yīng)熱。驗(yàn)測定的反應(yīng)熱。c(s) + o2(g) rhm co(g) + o2(g)1 2 rhm1co2(g) rhm2 c(石墨石墨)+ o2(g) co2(g) - rhm1 = 393.51 kjmol-1 co(g)+ o2(g) co2(g) - rhm2 = 282.98 kjm

35、ol-1 得得 c(石墨石墨)+ o2(g) co(g) - rhm3 = rhm1 rhm2=(393.51) (282.98)kjmol-1 = 110.53 kjmol-11212根據(jù)蓋斯定律，根據(jù)蓋斯定律，若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反應(yīng)熱也可以加和。應(yīng)熱也可以加和。 符號符號: fhm 定義：定義：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和指定溫度下，由和指定溫度下，由最穩(wěn)定的純態(tài)最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)單質(zhì)( (參考狀態(tài)單質(zhì)參考狀態(tài)單質(zhì)) )生成生成單位物質(zhì)的量單位物質(zhì)的量( (1mol) )的的某物質(zhì)時(shí)的反應(yīng)焓變某物質(zhì)時(shí)的反應(yīng)焓變( (即恒壓反應(yīng)熱即恒壓反應(yīng)熱) )。單位單位:kjmol-

36、1一、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓一、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(熱熱)f 生成生成 formation fhm (b,相態(tài)相態(tài),t) 例如：例如：h2(g,105pa) + 1/2o2(g,105pa) = h2o(l) rhm (298k) = 285.8 kj mol-1 fhm (h2o,l,298k）= 285.8 kj mol-1注意注意:1.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)指給定條件下呈現(xiàn)最穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)指給定條件下呈現(xiàn)最穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)例如例如: hg(l) 、br2(l)、n2(g)、h2(g)、o2(g)、c(石墨石墨)、s(斜方斜方)、p4(白磷白磷)等等2.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)的最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)的 fhm=0如如 fhm(石墨石墨)=0， fhm(金剛石金剛石)= 1.895kjmol-13.必須