普通化學(xué)第一章-熱化學(xué)與能源課件

第一章熱化學(xué)與能源第一章熱化學(xué)與能源1本章教學(xué)要求

理解下述基本概念：系統(tǒng)（system)與環(huán)境(surrounding)相(phase)狀態(tài)(state)與狀態(tài)函數(shù)(statefunction)過程(process)與途徑(path)，可逆過程(reversibleprocess)化學(xué)計(jì)量數(shù)(stoichiometricnumber)與反應(yīng)進(jìn)度(extentofreaction)了解定容熱效應(yīng)(qv)的測(cè)量原理。熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。了解標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念和熱化學(xué)定律。理解等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變的關(guān)系、等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能變的關(guān)系。掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。本章教學(xué)要求理解下述基本概念：2

1.1反應(yīng)熱的測(cè)量1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算本章小結(jié)

123本章內(nèi)容1.1反應(yīng)熱的測(cè)量1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算本章小結(jié)3

1.你了解哪些常規(guī)能源？它們發(fā)展的現(xiàn)狀如何？

2.新型能源有哪些種類？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？自學(xué)與討論1.你了解哪些常規(guī)能源？它們發(fā)自學(xué)與討論4研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2.反應(yīng)進(jìn)行的速率有多大？3.反應(yīng)進(jìn)行的極限(化學(xué)平衡)。4.反應(yīng)中的能量變化(熱化學(xué))。5.反應(yīng)是如何進(jìn)行的(反應(yīng)機(jī)理)？研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？51.1反應(yīng)熱的測(cè)量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。敞開系統(tǒng)

有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)

只有能量交換一、幾個(gè)基本概念1.系統(tǒng)(system)與環(huán)境(surrounding)隔離系統(tǒng)

無物質(zhì)和能量交換1.1反應(yīng)熱的測(cè)量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間62.相(phase)相：系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分稱為相。單相（均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng)相與組分不同，相與物態(tài)不同，相與相之間有明確的界面。說明：1.氣態(tài)混合物均為一（單）相。2.液態(tài)混合物視互溶與否分為一、二、三相。3.固態(tài)混合物有多少種純固體物質(zhì)，就有多少相。2.相(phase)相：系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的7Questions101.325kPa，273.15K(0℃)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。1）在此條件下，存在3相（氣、液、固各一相；2）3相（氣體1相，固體2相）Solutions：Questions101.325kPa，273.15K8狀態(tài)：描述系統(tǒng)各宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。如：氣態(tài)系統(tǒng)，P、V、T、n數(shù)值一定，則系統(tǒng)狀態(tài)一定。狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。例如：1molCO2(g)

T(K)P(kPa)V(dm3）狀態(tài)298.1510024.5I(始態(tài)）

323.1510026.5Ⅱ(終態(tài)）3.狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)(statefunction)狀態(tài)：描述系統(tǒng)各宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。3.狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)(s9ΔT=2KΔT=25KΔT=-23K狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)

例如：H2O(298K)H2O(300K)

（始態(tài)）（終態(tài)）

H2O(323K)B、狀態(tài)改變，其值改變，或其值改變，狀態(tài)改變。狀態(tài)函數(shù)的變量只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。C、終態(tài)與始態(tài)重合的狀態(tài)“改變”周而復(fù)始，其值變?yōu)榱恪?/p>

A、狀態(tài)一定，其值一定，或其值一定，狀態(tài)一定。兩者之間有對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系。ΔT=2KΔT=25KΔT=-23K狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)10廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。Question：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？Solution：力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質(zhì)：其量值具有加114.過程與途徑

系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程(process)；可逆過程(reversibleprocess)體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)Ⅰ變到狀態(tài)Ⅱ之后，如果通過可逆過程能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原，這樣的過程稱為可逆過程。它是在一系列無限接近平衡條件下進(jìn)行的過程。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)過程的具體步驟稱途徑(path)。思考：過程與途徑的區(qū)別。設(shè)想如果你要把20℃的水燒開，要完成“水燒開”這個(gè)過程，你可以有多種具體的“途徑”：如可以在水壺中常壓燒；也可以在高壓鍋中加壓燒開再降至常壓。4.過程與途徑系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程(proce12可逆反應(yīng)與可逆過程的區(qū)別可逆反應(yīng)是指化學(xué)反應(yīng)在正逆兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行。此外，沒有別的含義。

可逆過程是在系統(tǒng)接近平衡狀態(tài)下發(fā)生的無限緩慢的過程。即系統(tǒng)在整個(gè)變化中正向推動(dòng)力與逆向阻力幾乎處于相等的狀態(tài)。當(dāng)然它們又不是真正相等，否則系統(tǒng)就不會(huì)發(fā)生變化?？赡娣磻?yīng)與可逆過程的區(qū)別可逆反應(yīng)是指化學(xué)反應(yīng)在正逆兩個(gè)方向135.化學(xué)計(jì)量數(shù)一般用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式為：B稱為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)。符號(hào)規(guī)定：反應(yīng)物：B為負(fù)；產(chǎn)物：B為正。附例1.1

應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)通式形式表示下列合成氨的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式：

N2+3H2=2NH3

1/2N2+3/2H2=NH3解：用化學(xué)反應(yīng)通式表示為：

0=

N2

3H2+2NH30=

1/2N2–3/2H2+NH35.化學(xué)計(jì)量數(shù)一般用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒146.反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度

的定義：反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol），它與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)。nB

為物質(zhì)B的物質(zhì)的量，dnB表示微小的變化量?；蚨x思考：引進(jìn)反應(yīng)進(jìn)度的最大優(yōu)點(diǎn)?答：用任一反應(yīng)物或產(chǎn)物來表示反應(yīng)進(jìn)度,所得值相等?！?[nB(§)–nB(0)]/B6.反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度的定義：反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol15反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。當(dāng)反應(yīng)為：?

N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)

=4mol例1.

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)n(始）/mol10300n(t時(shí)）/mol

8

24

4反應(yīng)進(jìn)度:

=[nB()nB(0)]/B=[n2(N2)n1(N2)]/(N2)=(810)mol/(1)=2mol=[n2(H2)n1(H2)]/(H2)=(2430)mol/(3)=2mol=[n2(NH3)n1(NH3)]/(NH3)=(40)mol/(2)=2mol反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。例1.16

用反應(yīng)進(jìn)度來衡量反應(yīng)進(jìn)行程度最大好處是：無論選擇何種反應(yīng)物或生成物來描述該反應(yīng)進(jìn)行的程度都會(huì)得到一個(gè)相同的結(jié)果。反應(yīng)進(jìn)度與反應(yīng)式中的物質(zhì)選擇無關(guān)，化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的量改變量正好等于反應(yīng)式中該物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)時(shí)，該反應(yīng)進(jìn)度（或反應(yīng)進(jìn)度變化）

為1mol。當(dāng)反應(yīng)按所給化學(xué)式的系數(shù)比例進(jìn)行一個(gè)單位的化學(xué)反應(yīng)時(shí)即nB/1mol=B=1mol

進(jìn)行1mol的化學(xué)反應(yīng)----摩爾反應(yīng)用反應(yīng)進(jìn)度來衡量反應(yīng)進(jìn)行程度最大好處是：無論選擇何17反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫有關(guān)嗎？有關(guān)。如對(duì)于反應(yīng)：0

=–N2–3H2+2NH3

，當(dāng)有1molNH3生成時(shí)，反應(yīng)進(jìn)度為0.5mol。若將反應(yīng)寫成則反應(yīng)進(jìn)度為1mol。Question：Solution：反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫有關(guān)嗎？有關(guān)。如對(duì)于反應(yīng)：018二、反應(yīng)熱的測(cè)量反應(yīng)熱指化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。熱化學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正。摩爾反應(yīng)熱指當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)系統(tǒng)放出或吸收的熱量。（等容）反應(yīng)熱可在彈式量熱計(jì)中精確地測(cè)量。測(cè)量反應(yīng)熱是熱化學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。圖1.3彈式量熱計(jì)二、反應(yīng)熱的測(cè)量反應(yīng)熱指化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。191.反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法設(shè)有nmol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出的熱量使彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的溫度從T1上升到T2，彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的熱容為Cs(J·K-1)，比熱容為cs(J·K-1kg-1)，則：q=－{q(H2O)+qb}=－{C(H2O)△T+Cb△T}

=－CT1.反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法設(shè)有nmol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出20反應(yīng)熱有定容反應(yīng)熱和定壓反應(yīng)熱之分。前者的反應(yīng)條件是恒容，后者的反應(yīng)條件是恒壓。用彈式量熱計(jì)測(cè)量的反應(yīng)熱是定容反應(yīng)熱還是定壓反應(yīng)熱？定容反應(yīng)熱Question：Solution：反應(yīng)熱有定容反應(yīng)熱和定壓反應(yīng)熱之分。前者的反應(yīng)條件是恒容，后21實(shí)例：例2.

聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為實(shí)例：例2.聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N222.熱化學(xué)方程式表示化學(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。其標(biāo)準(zhǔn)寫法是：先寫出反應(yīng)方程，再寫出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者之間用分號(hào)或逗號(hào)隔開。例如：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。2.熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化232.熱化學(xué)方程式

標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的量和狀態(tài)；書寫熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注意：

反應(yīng)熱與反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)；

一般標(biāo)注的是等壓熱效應(yīng)qp。思考：qp與qv相同嗎？不相同2.熱化學(xué)方程式標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的量241.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算

并不是所有的反應(yīng)熱都可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。例如反應(yīng)：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思考：為什么上述反應(yīng)的反應(yīng)熱無法實(shí)驗(yàn)測(cè)定？答：實(shí)驗(yàn)過程中無法控制生成產(chǎn)物完全是CO。因此，只能用理論方法來計(jì)算反應(yīng)熱。1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算并不是所有的反應(yīng)熱都可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定25一、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)所具有的特殊形式，說明熱力學(xué)能、熱和功之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。也可以表述為：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。第一定律是人類經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。一、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱26第一類永動(dòng)機(jī)一種既不靠外界提供能量，本身也不減少能量,卻可以不斷對(duì)外作功的機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī),它顯然與能量守恒定律矛盾。歷史上曾一度熱衷于制造這種機(jī)器，均以失敗告終，也就證明了能量守恒定律的正確性。第一類永動(dòng)機(jī)一種既不靠外界提供能量，本身也不減少能量,卻可以27封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收熱q，得功w，變到狀態(tài)2，熱力學(xué)能U2，則有：U1U2q>0w>0ΔU=q+w封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收281.熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和稱熱力學(xué)能，用U表示，舊稱內(nèi)能。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)包括分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)以及電子運(yùn)動(dòng)和核運(yùn)動(dòng)。思考：同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在10000m高空，以400m/s飛行的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。兩者的熱力學(xué)能相同嗎？答：相同。熱力學(xué)能的特征：狀態(tài)函數(shù)無絕對(duì)數(shù)值廣度性質(zhì)由于分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的相互作用十分復(fù)雜，因此目前尚無法測(cè)定熱力學(xué)能的絕對(duì)數(shù)值。1.熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和稱熱力學(xué)能，用U表示，舊292.功和熱：能量的傳遞形式在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為熱，用Q或q表示。熱的符號(hào)規(guī)定：

系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為功，用W表示。功的符號(hào)規(guī)定：（注意功符號(hào)的規(guī)定尚不統(tǒng)一）

系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。2.功和熱：能量的傳遞形式在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)30

?

是系統(tǒng)和環(huán)境交換能量的兩種方式。

?

都不是狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值與經(jīng)歷的途徑有關(guān)。但應(yīng)注意，ΔU=q+w，即q+w總量與途徑無關(guān)。

?

從微觀來看，功是大量質(zhì)點(diǎn)以有序運(yùn)動(dòng)而傳遞的能量，而熱是大量質(zhì)點(diǎn)以無序運(yùn)動(dòng)而傳遞的能量。熱和功的性質(zhì)?是系統(tǒng)和環(huán)境交換能量的兩種方式。熱和功的性質(zhì)313.體積功思考：1mol理想氣體，密閉在1)氣球中，2)鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高20oC時(shí)，是否做了體積功？答：1)做體積功，2)未做體積功。w=w體+

w′由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體積功w體。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功w′。3.體積功思考：1mol理想氣體，密閉在1)氣球中，2)324.體積功的計(jì)算等外壓過程中，體積功w體=–p

外(V2–V1)=–p外ΔV

pp外

=F/Al

p外

=F/A，l=V/A，因此，體積功w體=F·

l

=–(p外·

A)·(V/A)

=–

p外

V圖1.4體積功示意圖4.體積功的計(jì)算等外壓過程中，體積功pp外=F/A335.理想氣體的體積功理想氣體的定義：氣體分子不占有體積，氣體分子之間的作用力為0的氣態(tài)系統(tǒng)被稱為理想氣體。理想氣體的狀態(tài)方程：例3.

1mol理想氣體從始態(tài)100kPa,22.4dm3經(jīng)等溫恒外壓p2=50kPa膨脹到平衡，求系統(tǒng)所做的功。解：終態(tài)平衡時(shí)的體積為：負(fù)值表示系統(tǒng)對(duì)外做功。5.理想氣體的體積功理想氣體的定義：氣體分子不占有體積，氣34二、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓

通常把反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做反應(yīng)熱。

根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為

定容反應(yīng)熱

定壓反應(yīng)熱

二、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓通常把反應(yīng)物和生成物具有相同351.定容反應(yīng)熱

條件：恒容、不做非體積功

ΔU=q+w體=qv+(-p?

Δv)=qv+(-p?

0)=qv

定容反應(yīng)熱全部用來改變系統(tǒng)的熱力學(xué)能?！鄎v只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)。（ΔU=qv

數(shù)值上相等，物理意義不同）1.定容反應(yīng)熱條件：恒容、不做非36

條件：恒壓、只做體積功因?yàn)?/p>

W=-p?Δv=-p(v2-v1)所以

ΔU=U2–U1=qp-p(v2-v1)

qp=(U2+p2V2)–(U1+p1V1)

令H=U+pV

則qp=H2–H1=ΔHH稱為焓，是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)。2.定壓反應(yīng)熱

條件：恒壓、只做體積功因?yàn)閃=-p?Δv=37公式qp

=ΔH的意義：1）等壓熱效應(yīng)即為焓的增量，故qP也只決定于始終態(tài)，而與途徑無關(guān)（qP=ΔH數(shù)值上相等，物理意義不同）

。2）可以通過ΔH的計(jì)算求出的qP值。思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的絕對(duì)數(shù)值？答：是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對(duì)數(shù)值。公式qp=ΔH的意義：思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的383.定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知定容反應(yīng)熱：qV=ΔU；定壓反應(yīng)熱：qp=ΔUp+p(V2–V1)等溫過程，ΔUp

ΔUV，則：因?yàn)棣＝∑Δn?RT/p,所以

qp–qV=∑Δn?RT對(duì)氣相物質(zhì)：只有固態(tài)和液態(tài)的系統(tǒng):V0則qp=qv

qp–

qV

=

ΔH–ΔU=p(V2–V1)3.定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知定容反應(yīng)熱：qV=Δ39例3.已知反應(yīng)NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)求：2.00molNH4HS(s)分解時(shí)ΔUΔH=?解：∵∑Δn

=1+10=2ΔUmΔHm=－2×8.314×10-3×298.15

=－4.96kJ·mol-1∴2mol分解時(shí)

ΔUΔH=－4.96kJ·mol-1×2mol=－9.92kJ例3.已知反應(yīng)NH4HS(s)NH3(g40

討論

對(duì)于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)=0的反應(yīng)，qV

qp，ΔH=ΔU。2.對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且Δn(g)0的反應(yīng)，qV

qp,ΔHΔU。3.當(dāng)Δn(g)比較小時(shí)，qp≈qv，ΔH≈ΔU。討論41Question若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)的qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)的qV,m

為多？答：該反應(yīng)的n(g)=0，qV

=qpQuestion若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2424.蓋斯定律:熱力學(xué)第一定律的直接推論化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無關(guān)。

Qp=ΔH;QV=ΔU始態(tài)

C(石墨)+O2(g)終態(tài)

CO2(g)中間態(tài)

CO(g)+?O2(g)即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。4.蓋斯定律:熱力學(xué)第一定律的直接推論化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反43①

某化學(xué)反應(yīng)是在等壓（或等容）下一步完成的，在分步完成時(shí)，各分步也要在等壓（或等容）下進(jìn)行。②要消去某同一物質(zhì)時(shí)，不僅要求物質(zhì)的種類相同，其物質(zhì)的聚集狀態(tài)也相同。應(yīng)用條件應(yīng)用條件44蓋斯定律示例由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和,則其反應(yīng)熱也可以加和。例4.已知反應(yīng)和的反應(yīng)焓變，計(jì)算的反應(yīng)焓變。解：蓋斯定律示例由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和,則其反應(yīng)熱也可45二、反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算1.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p

=100kPa下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)。溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p=100kPa下，質(zhì)量摩爾濃度為m

(1.0mol.kg-1),并表現(xiàn)出無限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài);本書采用近似c

=1.0mol.dm-3)。液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p

=100kPa下的純液體或純固體。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)對(duì)溫度沒有規(guī)定，不同溫度下有不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。二、反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算1.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)462.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓

指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)壓力和該溫度下最穩(wěn)定的單質(zhì)。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P為白磷(s)，即P（s，白）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)B時(shí)反應(yīng)的焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，記作2.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)471)

同一物質(zhì)不同聚集態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)生成焓數(shù)值不同。（H2O，g）=-241.8kJmol-1（H2O，l）=-285.8kJmol-12)

只有最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓才是零。（C，石墨）=0kJmol-1（C，金剛石）=1.9kJmol-13）附錄中數(shù)據(jù)是在298.15K下的數(shù)據(jù)。同一物質(zhì)在不同溫度下有不同的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。4）規(guī)定水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零，（H+，aq，298.15K）=0kJmol-1注意1)

同一物質(zhì)不同聚集態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)生成焓數(shù)值不同。（H2O，g）=-241.8kJmol-1（H2O，l）=-285.8kJmol-12)

只有最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓才是零。（C，石墨）=0kJmol-1（C，金剛石）=1.9kJmol-13）附錄中數(shù)據(jù)是在298.15K下的數(shù)據(jù)。同一物質(zhì)在不同溫度下有不同的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。4）規(guī)定水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零，（H+，aq，298.15K）=0kJmol-11)同一物質(zhì)不同聚集態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)生成焓數(shù)值不同。注意1)48思考以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(反應(yīng)物和生成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài))?(1)(2)(3)答：（2）、（4）不是思考以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(反應(yīng)物493.反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變及測(cè)定測(cè)定原理：由于qp=ΔH所以可以通過在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱得到反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)進(jìn)度

=1mol的焓變稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。記作3.反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變及測(cè)定測(cè)定原理：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)進(jìn)度504.反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算穩(wěn)定單質(zhì)反應(yīng)物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)rHmfHm(p)fHm(r)由蓋斯定律，得：4.反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算穩(wěn)定單質(zhì)反應(yīng)物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物51標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算示例解：從手冊(cè)查得298.15K時(shí)Fe2O3和Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為–824.2和–1675.7kJ·mol-1。例5.

試計(jì)算鋁熱劑點(diǎn)火反應(yīng)的反應(yīng)計(jì)量式為：標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算示例解：從手冊(cè)查得298.15K時(shí)Fe252注意事項(xiàng)

物質(zhì)的聚集狀態(tài)，查表時(shí)仔細(xì);應(yīng)用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變時(shí)需要注意

公式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)方程式相符;

數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)；

溫度的影響思考：正反應(yīng)與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱的數(shù)值相等，符號(hào)相反。對(duì)嗎？答：對(duì)。這也是熱化學(xué)定律的重要內(nèi)容。注意事項(xiàng)物質(zhì)的聚集狀態(tài)，查表時(shí)仔細(xì);應(yīng)用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成53標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算示例例6.

設(shè)反應(yīng)物和生成物均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，計(jì)算1mol乙炔完全燃燒放出的能量。解：從手冊(cè)查得298.15K時(shí)，各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓如下226.730-393.509-285.83標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算示例例6.設(shè)反應(yīng)物和生成物均處于標(biāo)準(zhǔn)54本章小結(jié)一、熱力學(xué)概念系統(tǒng)、環(huán)境、過程、狀態(tài)函數(shù)的概念狀態(tài)函數(shù)分類：①?gòu)V度性質(zhì)；②強(qiáng)度性質(zhì)。狀態(tài)函數(shù)的三個(gè)特性：狀態(tài)一定，其值一定。狀態(tài)改變，狀態(tài)函數(shù)的變化值與過程無關(guān)。循環(huán)過程值變?yōu)?。本章小結(jié)一、熱力學(xué)概念55本章小結(jié)二、熱和功：熱和功都不是狀態(tài)函數(shù)。

Qv=ΔUQp=H

功的分類：體積功W體

=-pV；非體積功三、熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)及正確書寫熱化學(xué)方程式。四、U、H

U=Q+WH=U+pV

H、U是狀態(tài)函數(shù)，絕對(duì)值無法測(cè)定。穩(wěn)定單質(zhì)的為零。本章小結(jié)二、熱和功：熱和功都不是狀態(tài)函數(shù)。穩(wěn)定單質(zhì)的56本章小結(jié)五、反應(yīng)熱的計(jì)算(一)由已知的熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱（蓋斯定律）(二)由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變注意：本章小結(jié)五、反應(yīng)熱的計(jì)算57第一章熱化學(xué)與能源第一章熱化學(xué)與能源58本章教學(xué)要求

理解下述基本概念：系統(tǒng)（system)與環(huán)境(surrounding)相(phase)狀態(tài)(state)與狀態(tài)函數(shù)(statefunction)過程(process)與途徑(path)，可逆過程(reversibleprocess)化學(xué)計(jì)量數(shù)(stoichiometricnumber)與反應(yīng)進(jìn)度(extentofreaction)了解定容熱效應(yīng)(qv)的測(cè)量原理。熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。了解標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念和熱化學(xué)定律。理解等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變的關(guān)系、等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能變的關(guān)系。掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。本章教學(xué)要求理解下述基本概念：59

1.1反應(yīng)熱的測(cè)量1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算本章小結(jié)

123本章內(nèi)容1.1反應(yīng)熱的測(cè)量1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算本章小結(jié)60

1.你了解哪些常規(guī)能源？它們發(fā)展的現(xiàn)狀如何？

2.新型能源有哪些種類？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？自學(xué)與討論1.你了解哪些常規(guī)能源？它們發(fā)自學(xué)與討論61研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2.反應(yīng)進(jìn)行的速率有多大？3.反應(yīng)進(jìn)行的極限(化學(xué)平衡)。4.反應(yīng)中的能量變化(熱化學(xué))。5.反應(yīng)是如何進(jìn)行的(反應(yīng)機(jī)理)？研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？621.1反應(yīng)熱的測(cè)量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。敞開系統(tǒng)

有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)

只有能量交換一、幾個(gè)基本概念1.系統(tǒng)(system)與環(huán)境(surrounding)隔離系統(tǒng)

無物質(zhì)和能量交換1.1反應(yīng)熱的測(cè)量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間632.相(phase)相：系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分稱為相。單相（均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng)相與組分不同，相與物態(tài)不同，相與相之間有明確的界面。說明：1.氣態(tài)混合物均為一（單）相。2.液態(tài)混合物視互溶與否分為一、二、三相。3.固態(tài)混合物有多少種純固體物質(zhì)，就有多少相。2.相(phase)相：系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的64Questions101.325kPa，273.15K(0℃)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。1）在此條件下，存在3相（氣、液、固各一相；2）3相（氣體1相，固體2相）Solutions：Questions101.325kPa，273.15K65狀態(tài)：描述系統(tǒng)各宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。如：氣態(tài)系統(tǒng)，P、V、T、n數(shù)值一定，則系統(tǒng)狀態(tài)一定。狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。例如：1molCO2(g)

T(K)P(kPa)V(dm3）狀態(tài)298.1510024.5I(始態(tài)）

323.1510026.5Ⅱ(終態(tài)）3.狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)(statefunction)狀態(tài)：描述系統(tǒng)各宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。3.狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)(s66ΔT=2KΔT=25KΔT=-23K狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)

例如：H2O(298K)H2O(300K)

（始態(tài)）（終態(tài)）

H2O(323K)B、狀態(tài)改變，其值改變，或其值改變，狀態(tài)改變。狀態(tài)函數(shù)的變量只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。C、終態(tài)與始態(tài)重合的狀態(tài)“改變”周而復(fù)始，其值變?yōu)榱恪?/p>

A、狀態(tài)一定，其值一定，或其值一定，狀態(tài)一定。兩者之間有對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系。ΔT=2KΔT=25KΔT=-23K狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)67廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。Question：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？Solution：力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質(zhì)：其量值具有加684.過程與途徑

系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程(process)；可逆過程(reversibleprocess)體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)Ⅰ變到狀態(tài)Ⅱ之后，如果通過可逆過程能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原，這樣的過程稱為可逆過程。它是在一系列無限接近平衡條件下進(jìn)行的過程。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)過程的具體步驟稱途徑(path)。思考：過程與途徑的區(qū)別。設(shè)想如果你要把20℃的水燒開，要完成“水燒開”這個(gè)過程，你可以有多種具體的“途徑”：如可以在水壺中常壓燒；也可以在高壓鍋中加壓燒開再降至常壓。4.過程與途徑系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程(proce69可逆反應(yīng)與可逆過程的區(qū)別可逆反應(yīng)是指化學(xué)反應(yīng)在正逆兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行。此外，沒有別的含義。

可逆過程是在系統(tǒng)接近平衡狀態(tài)下發(fā)生的無限緩慢的過程。即系統(tǒng)在整個(gè)變化中正向推動(dòng)力與逆向阻力幾乎處于相等的狀態(tài)。當(dāng)然它們又不是真正相等，否則系統(tǒng)就不會(huì)發(fā)生變化。可逆反應(yīng)與可逆過程的區(qū)別可逆反應(yīng)是指化學(xué)反應(yīng)在正逆兩個(gè)方向705.化學(xué)計(jì)量數(shù)一般用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式為：B稱為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)。符號(hào)規(guī)定：反應(yīng)物：B為負(fù)；產(chǎn)物：B為正。附例1.1

應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)通式形式表示下列合成氨的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式：

N2+3H2=2NH3

1/2N2+3/2H2=NH3解：用化學(xué)反應(yīng)通式表示為：

0=

N2

3H2+2NH30=

1/2N2–3/2H2+NH35.化學(xué)計(jì)量數(shù)一般用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒716.反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度

的定義：反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol），它與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)。nB

為物質(zhì)B的物質(zhì)的量，dnB表示微小的變化量?；蚨x思考：引進(jìn)反應(yīng)進(jìn)度的最大優(yōu)點(diǎn)?答：用任一反應(yīng)物或產(chǎn)物來表示反應(yīng)進(jìn)度,所得值相等?！?[nB(§)–nB(0)]/B6.反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度的定義：反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol72反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。當(dāng)反應(yīng)為：?

N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)

=4mol例1.

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)n(始）/mol10300n(t時(shí)）/mol

8

24

4反應(yīng)進(jìn)度:

=[nB()nB(0)]/B=[n2(N2)n1(N2)]/(N2)=(810)mol/(1)=2mol=[n2(H2)n1(H2)]/(H2)=(2430)mol/(3)=2mol=[n2(NH3)n1(NH3)]/(NH3)=(40)mol/(2)=2mol反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。例1.73

用反應(yīng)進(jìn)度來衡量反應(yīng)進(jìn)行程度最大好處是：無論選擇何種反應(yīng)物或生成物來描述該反應(yīng)進(jìn)行的程度都會(huì)得到一個(gè)相同的結(jié)果。反應(yīng)進(jìn)度與反應(yīng)式中的物質(zhì)選擇無關(guān)，化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的量改變量正好等于反應(yīng)式中該物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)時(shí)，該反應(yīng)進(jìn)度（或反應(yīng)進(jìn)度變化）

為1mol。當(dāng)反應(yīng)按所給化學(xué)式的系數(shù)比例進(jìn)行一個(gè)單位的化學(xué)反應(yīng)時(shí)即nB/1mol=B=1mol

進(jìn)行1mol的化學(xué)反應(yīng)----摩爾反應(yīng)用反應(yīng)進(jìn)度來衡量反應(yīng)進(jìn)行程度最大好處是：無論選擇何74反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫有關(guān)嗎？有關(guān)。如對(duì)于反應(yīng)：0

=–N2–3H2+2NH3

，當(dāng)有1molNH3生成時(shí)，反應(yīng)進(jìn)度為0.5mol。若將反應(yīng)寫成則反應(yīng)進(jìn)度為1mol。Question：Solution：反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫有關(guān)嗎？有關(guān)。如對(duì)于反應(yīng)：075二、反應(yīng)熱的測(cè)量反應(yīng)熱指化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。熱化學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正。摩爾反應(yīng)熱指當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)系統(tǒng)放出或吸收的熱量。（等容）反應(yīng)熱可在彈式量熱計(jì)中精確地測(cè)量。測(cè)量反應(yīng)熱是熱化學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。圖1.3彈式量熱計(jì)二、反應(yīng)熱的測(cè)量反應(yīng)熱指化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。761.反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法設(shè)有nmol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出的熱量使彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的溫度從T1上升到T2，彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的熱容為Cs(J·K-1)，比熱容為cs(J·K-1kg-1)，則：q=－{q(H2O)+qb}=－{C(H2O)△T+Cb△T}

=－CT1.反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法設(shè)有nmol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出77反應(yīng)熱有定容反應(yīng)熱和定壓反應(yīng)熱之分。前者的反應(yīng)條件是恒容，后者的反應(yīng)條件是恒壓。用彈式量熱計(jì)測(cè)量的反應(yīng)熱是定容反應(yīng)熱還是定壓反應(yīng)熱？定容反應(yīng)熱Question：Solution：反應(yīng)熱有定容反應(yīng)熱和定壓反應(yīng)熱之分。前者的反應(yīng)條件是恒容，后78實(shí)例：例2.

聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為實(shí)例：例2.聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N792.熱化學(xué)方程式表示化學(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。其標(biāo)準(zhǔn)寫法是：先寫出反應(yīng)方程，再寫出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者之間用分號(hào)或逗號(hào)隔開。例如：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。2.熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化802.熱化學(xué)方程式

標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的量和狀態(tài)；書寫熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注意：

反應(yīng)熱與反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)；

一般標(biāo)注的是等壓熱效應(yīng)qp。思考：qp與qv相同嗎？不相同2.熱化學(xué)方程式標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的量811.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算

并不是所有的反應(yīng)熱都可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。例如反應(yīng)：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思考：為什么上述反應(yīng)的反應(yīng)熱無法實(shí)驗(yàn)測(cè)定？答：實(shí)驗(yàn)過程中無法控制生成產(chǎn)物完全是CO。因此，只能用理論方法來計(jì)算反應(yīng)熱。1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算并不是所有的反應(yīng)熱都可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定82一、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)所具有的特殊形式，說明熱力學(xué)能、熱和功之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。也可以表述為：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。第一定律是人類經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。一、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱83第一類永動(dòng)機(jī)一種既不靠外界提供能量，本身也不減少能量,卻可以不斷對(duì)外作功的機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī),它顯然與能量守恒定律矛盾。歷史上曾一度熱衷于制造這種機(jī)器，均以失敗告終，也就證明了能量守恒定律的正確性。第一類永動(dòng)機(jī)一種既不靠外界提供能量，本身也不減少能量,卻可以84封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收熱q，得功w，變到狀態(tài)2，熱力學(xué)能U2，則有：U1U2q>0w>0ΔU=q+w封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收851.熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和稱熱力學(xué)能，用U表示，舊稱內(nèi)能。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)包括分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)以及電子運(yùn)動(dòng)和核運(yùn)動(dòng)。思考：同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在10000m高空，以400m/s飛行的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。兩者的熱力學(xué)能相同嗎？答：相同。熱力學(xué)能的特征：狀態(tài)函數(shù)無絕對(duì)數(shù)值廣度性質(zhì)由于分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的相互作用十分復(fù)雜，因此目前尚無法測(cè)定熱力學(xué)能的絕對(duì)數(shù)值。1.熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和稱熱力學(xué)能，用U表示，舊862.功和熱：能量的傳遞形式在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為熱，用Q或q表示。熱的符號(hào)規(guī)定：

系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為功，用W表示。功的符號(hào)規(guī)定：（注意功符號(hào)的規(guī)定尚不統(tǒng)一）

系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。2.功和熱：能量的傳遞形式在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)87

?

是系統(tǒng)和環(huán)境交換能量的兩種方式。

?

都不是狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值與經(jīng)歷的途徑有關(guān)。但應(yīng)注意，ΔU=q+w，即q+w總量與途徑無關(guān)。

?

從微觀來看，功是大量質(zhì)點(diǎn)以有序運(yùn)動(dòng)而傳遞的能量，而熱是大量質(zhì)點(diǎn)以無序運(yùn)動(dòng)而傳遞的能量。熱和功的性質(zhì)?是系統(tǒng)和環(huán)境交換能量的兩種方式。熱和功的性質(zhì)883.體積功思考：1mol理想氣體，密閉在1)氣球中，2)鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高20oC時(shí)，是否做了體積功？答：1)做體積功，2)未做體積功。w=w體+

w′由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體積功w體。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功w′。3.體積功思考：1mol理想氣體，密閉在1)氣球中，2)894.體積功的計(jì)算等外壓過程中，體積功w體=–p

外(V2–V1)=–p外ΔV

pp外

=F/Al

p外

=F/A，l=V/A，因此，體積功w體=F·

l

=–(p外·

A)·(V/A)

=–

p外

V圖1.4體積功示意圖4.體積功的計(jì)算等外壓過程中，體積功pp外=F/A905.理想氣體的體積功理想氣體的定義：氣體分子不占有體積，氣體分子之間的作用力為0的氣態(tài)系統(tǒng)被稱為理想氣體。理想氣體的狀態(tài)方程：例3.

1mol理想氣體從始態(tài)100kPa,22.4dm3經(jīng)等溫恒外壓p2=50kPa膨脹到平衡，求系統(tǒng)所做的功。解：終態(tài)平衡時(shí)的體積為：負(fù)值表示系統(tǒng)對(duì)外做功。5.理想氣體的體積功理想氣體的定義：氣體分子不占有體積，氣91二、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓

通常把反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做反應(yīng)熱。

根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為

定容反應(yīng)熱

定壓反應(yīng)熱

二、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓通常把反應(yīng)物和生成物具有相同921.定容反應(yīng)熱

條件：恒容、不做非體積功

ΔU=q+w體=qv+(-p?

Δv)=qv+(-p?

0)=qv

定容反應(yīng)熱全部用來改變系統(tǒng)的熱力學(xué)能?！鄎v只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)。（ΔU=qv

數(shù)值上相等，物理意義不同）1.定容反應(yīng)熱條件：恒容、不做非93

條件：恒壓、只做體積功因?yàn)?/p>

W=-p?Δv=-p(v2-v1)所以

ΔU=U2–U1=qp-p(v2-v1)

qp=(U2+p2V2)–(U1+p1V1)

令H=U+pV

則qp=H2–H1=ΔHH稱為焓，是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)。2.定壓反應(yīng)熱

條件：恒壓、只做體積功因?yàn)閃=-p?Δv=94公式qp

=ΔH的意義：1）等壓熱效應(yīng)即為焓的增量，故qP也只決定于始終態(tài)，而與途徑無關(guān)（qP=ΔH數(shù)值上相等，物理意義不同）

。2）可以通過ΔH的計(jì)算求出的qP值。思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的絕對(duì)數(shù)值？答：是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對(duì)數(shù)值。公式qp=ΔH的意義：思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的953.定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知定容反應(yīng)熱：qV=ΔU；定壓反應(yīng)熱：qp=ΔUp+p(V2–V1)等溫過程，ΔUp

ΔUV，則：因?yàn)棣＝∑Δn?RT/p,所以

qp–qV=∑Δn?RT對(duì)氣相物質(zhì)：只有固態(tài)和液態(tài)的系統(tǒng):V0則qp=qv

qp–

qV

=

ΔH–ΔU=p(V2–V1)3.定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知定容反應(yīng)熱：qV=Δ96例3.已知反應(yīng)NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)求：2.00molNH4HS(s)分解時(shí)ΔUΔH=?解：∵∑Δn

=1+10=2ΔUmΔHm=－2×8.314×10-3×298.15

=－4.96kJ·mol-1∴2mol分解時(shí)

ΔUΔH=－4.96kJ·mol-1×2mol=－9.92kJ例3.已知反應(yīng)NH4HS(s)NH3(g97

討論

對(duì)于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)=0的反應(yīng)，qV

qp，ΔH=ΔU。2.對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且Δn(g)0的反應(yīng)，qV

qp,ΔHΔU。3.當(dāng)Δn(g)比較小時(shí)，qp≈qv，ΔH≈ΔU。討論98Question若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)的qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)的qV,m

為多？答：該反應(yīng)的n(g)=0，qV

=qpQuestion若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2994.蓋斯定律:熱力學(xué)第一定律的直接推論化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無關(guān)。

Qp=ΔH;QV=ΔU始態(tài)

C(石墨)+O2(g)終態(tài)

CO2(g)中間態(tài)

CO(g)+?O2(g)即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。4.蓋斯定律:熱力學(xué)第一定律的直接推論化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反100①

某化學(xué)反應(yīng)是在等壓（或等容）下一步完成的，在分步完成時(shí)，各分步也要在等壓（或等容）下進(jìn)行。②要消去某同一物質(zhì)時(shí)，不僅要求物質(zhì)的種類相同，其物質(zhì)的聚集狀態(tài)也相同。應(yīng)用條件應(yīng)用條件101蓋斯定律示例由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和,則其反應(yīng)熱也可以加和。例4.已知反應(yīng)和的反應(yīng)焓變，計(jì)算的反應(yīng)焓變。解：蓋斯定律示例由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和,則其反應(yīng)熱也可102二、反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算1.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p

=100kPa下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)。溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p=100kPa下，質(zhì)量摩爾濃度為m

(1.0mol.kg-1),并表現(xiàn)出無限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài);