哈爾濱工程大學 普通化學第一章

材料科學與化學(huàxué)工程學院主講：殷金玲普通(pǔtōng)化學精品資料NO,CO?精品資料教學內(nèi)第一章化學熱力學基礎第二章化學反應的方向、限度(xiàndù)和速率第三章酸堿平衡、沉淀平衡及配位平衡第四章電化學基礎第五章物質結構基礎第六章元素及其化合物第七章高分子化學簡介精品資料主要(zhǔyào)參考教材浙江大學普通化學教學組編，普通化學．高等教育出版社，2005.傅獻彩編，大學化學．高等教育出版社，2003.曲保中等編，新大學化學．高等教育出版社，2005.張密林主編，大學化學．哈爾濱工程大學出版社，2005.華彤文等編，普通化學原理(yuánlǐ)．北京大學出版社，2005.段連運等譯，化學與社會，化學工業(yè)出版社．2000精品資料課時(kèshí)：40學時理論課32學時，實驗課8學時成績：期末考試占80％實驗成績占20％精品資料第一章化學(huàxué)熱力學基礎精品資料熱力學:專門研究(yánjiū)能量相互轉變過程中所遵循的規(guī)律的一門科學?；瘜W熱力學:用熱力學的理論和方法研究化學反應方向(fāngxiàng)問題、化學反應過程的能量變化問題以及化學反應進行的程度問題。精品資料1.2化學反應的能量守恒與反應熱效應1.3化學反應熱效應的理論計算1.1熱力學基本概念1.1.1體系和環(huán)境1.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

1.1.3過程和途徑

1.1.4熱力學能1.1.5熱和功

精品資料體系(tǐxì)之外并與體系(tǐxì)有密切聯(lián)系的那部分物質或空間稱為環(huán)境。被劃分出來作為研究對象的那部分(bùfen)物質或空間稱為體系(系統(tǒng)）。1.1.1體系和環(huán)境1.1熱力學基本概念精品資料敞開體系：體系與環(huán)境(huánjìng)之間既有物質交換，又有能量交換。體系分類：敞開體系封閉體系孤立體系依據(jù)：根據(jù)體系與環(huán)境之間有無(yǒuwú)物質和能量交換。精品資料封閉體系:體系與環(huán)境之間只有能量交換，而沒有(méiyǒu)物質交換。精品資料孤立體系：體系與環(huán)境(huánjìng)之間既沒有物質交換也沒有能量交換。精品資料體系分類體系與環(huán)境交換物質能量敞開體系√√封閉體系—√孤立體系——精品資料用來描述體系(tǐxì)狀態(tài)的物理量（p、T、V、H、U、S、G…）叫做狀態(tài)函數(shù)。由一系列表征體系性質的物理量所確定下來(xiàlái)的體系的存在形式稱為體系的狀態(tài)。1.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)精品資料狀態(tài)(zhuàngtài)函數(shù)的特征體系狀態(tài)一定(yīdìng)，狀態(tài)函數(shù)值一定(yīdìng)精品資料p1=100kPaT1=373KV1=2L始態(tài)方式1，加壓終態(tài)p2=200kPaT2=373KV2=1L減壓降溫方式2加壓升溫p3=300kPaT3=473KV3=0.845L方式(fāngshì)1：Δp=p2-p1=100kPaΔV=V2-V1=-1LΔT=T2-T1=0K方式(fāngshì)2：Δp=(p3-p1)+(p2-p3)=100kPaΔV=(V3-V1)+(V2-V3)=-1LΔT=(T3-T1)+(T2-T3)=0K精品資料狀態(tài)(zhuàngtài)函數(shù)的特征體系(tǐxì)狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)值一定體系狀態(tài)變化時，狀態(tài)函數(shù)值的變化只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與變化途徑無關循環(huán)過程狀態(tài)函數(shù)的變化值為零精品資料動畫來源：紹興(shàoxīnɡ)文理學院無機及分析化學精品資料體系的狀態(tài)由于外界條件(tiáojiàn)的改變會發(fā)生變化，這種狀態(tài)變化稱為過程。變化過程可以采取多種不同的具體形式，我們把實現(xiàn)過程的每一種具體的形式稱為(chēnɡwéi)途徑。1.1.3過程和途徑精品資料根據(jù)過程發(fā)生時的條件不同，可分為(fēnwéi)以下幾類：恒溫過程：T1=T2=T外

恒壓過程：p1=p2=p外恒容過程：V1=V2絕熱過程：Q=0精品資料熱力學能(內(nèi)能):是體系內(nèi)各種(ɡèzhǒnɡ)形式的能量的總和，用符號U表示。單位:J或kJ熱力學能特點(tèdiǎn):狀態(tài)函數(shù);其絕對值不可測量;具有加和性1.1.4熱力學能精品資料定義:體系(tǐxì)與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱為熱，以符號Q表示。單位:J或kJ規(guī)定：若體系(tǐxì)吸熱，Q0

若體系(tǐxì)放熱，Q01.1.5熱和功1.熱精品資料規(guī)定(guīdìng)：若環(huán)境向體系做功，W0若體系向環(huán)境做功，W0定義:除熱之外，在體系和環(huán)境之間被傳遞的其它能量(néngliàng)，稱為功，以符號W表示。單位:J或kJ功和熱都與途徑有關，不是狀態(tài)函數(shù)2.功精品資料功的分類(fēnlèi)體積功外的所有其他形式(xíngshì)的功稱為非體積功。如電功、表面功等。由于體系體積變化而與環(huán)境交換的能量，稱為體積功。

體積功

非體積功

體系做功：W=－p外·ΔV精品資料5組基本概念1.體系(tǐxì)和環(huán)境2.狀態(tài)(zhuàngtài)和狀態(tài)(zhuàngtài)函數(shù)3.過程和途徑4.熱力學能U5.熱和功敞開、封閉、孤立狀態(tài)函數(shù)特征恒溫、恒壓、恒容、絕熱狀態(tài)函數(shù)、具有加和性、絕對值不可測過程函數(shù)，正負號規(guī)定，體積功精品資料1.2化學反應(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒與反應熱效應1.3化學反應(huàxuéfǎnyìng)熱效應的理論計算1.1熱力學基本概念1.2.1熱力學第一定律1.2.2熱化學方程式與蓋斯定律

1.2.3化學反應的熱效應

精品資料1.2化學反應(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒與反應熱效應1.2.1熱力學第一(dìyī)定律

熱力學第一定律的數(shù)學表達式：

ΔU=Q+W精品資料自然界的一切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，能夠從一種形式轉化為另一種形式，在轉化的過程中，能量的總值不變。熱力學第一定律(dìnglǜ)內(nèi)容（能量守恒和轉化定律(dìnglǜ)）：

精品資料體系環(huán)境(huánjìng)U

>0U

<0熱力學第一定律(dìnglǜ)的數(shù)學表達式：

ΔU=Q+WQ>0體系吸熱Q<0體系放熱W>0對體系做功W<0對環(huán)境做功精品資料例1.1起始狀態(tài)(zhuàngtài)為U1的體系，假設體系放出200J的熱量，環(huán)境對體系做了350J的功，計算體系的能量變化和終態(tài)U2。解:由題意可知：Q=－200J；W=+350JΔU=Q+W＝－200J+350J=150J因為(yīnwèi)U2－U1=ΔU所以U2=U1+ΔU=U1+150J精品資料定義：當生成物與反應物的溫度相同(xiānɡtónɡ)時，體系不做非體積功，化學反應過程中體系所放出或吸收的熱量稱為該反應的反應熱效應，簡稱熱效應或反應熱。分類(fēnlèi)：恒容熱效應恒壓熱效應1.2.2化學反應的熱效應精品資料恒容熱效應QV在恒容過程中完成的化學反應稱為(chēnɡwéi)恒容反應，其熱效應稱為(chēnɡwéi)恒容熱效應。體系ΔU=QvΔU=Q+WW=0精品資料點火線恒容反應(fǎnyìng)熱效應的測量彈式熱量計反應熱Qv？精品資料恒壓熱效應

Qp在恒壓過程中完成的化學反應(huàxuéfǎnyìng)稱為恒壓反應，其熱效應稱為恒壓熱效應。體系精品資料恒壓熱效應的計算(jìsuàn)ΔU=Qp–p外ΔV

W=－pΔV

U2-U1=Qp-（p2V2-p1V1）Qp=(U

2＋p2V2)–(U1+p1V1)如果體系(tǐxì)是在等壓，只做體積功下變化,即p1=p2=p外

U2-U1=Qp

–p外(V2-V1)

精品資料H:是一個新的熱力學函數(shù)(hánshù)，稱為焓；單位：J或kJ焓變：ΔH=Qp

令：

H=U+pV

焓的特點:焓是狀態(tài)函數(shù);絕對值無法測量(cèliáng);具有加和性精品資料問題？不能直接用實驗(shíyàn)測量的反應，如何知道反應的熱效應呢？反應：C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)的反應熱能不能直接用實驗(shíyàn)測量？精品資料一、選擇題（1）下列對于功和熱的描述中，正確的是（）A.都是過程函數(shù)，對應于某一狀態(tài)有一確定值。B.都是過程函數(shù)，無確定的變化途徑就無確定的數(shù)值。C.都是狀態(tài)函數(shù)，變化量與途徑無關。D.都是狀態(tài)函數(shù)，始終態(tài)確定，其值也確定（2）敞開系統(tǒng)是指系統(tǒng)與環(huán)境之間（）A.既有物質(wùzhì)交換，又有能量交換B.只有物質(wùzhì)交換C.既沒有物質(wùzhì)交換，也沒有物質(wùzhì)交換D.只有能量交換課堂練習題：精品資料二、判斷題

（1）狀態(tài)函數(shù)的變化值只取決于體系的始終，而與變化的途徑(tújìng)無關。（）

（2）因為QP=ΔH，而ΔH與變化途徑(tújìng)無關，是狀態(tài)函數(shù)，所以QP也是狀態(tài)函數(shù)。（）課堂練習題：精品資料某溫度下一定量的理想氣體向環(huán)境吸收熱量100kJ，使得體系從p1=1.6×106Pa，V1=1dm3，在恒外壓p外=1.0×105Pa下恒溫膨脹(péngzhàng)至p2=1.0×105Pa，V2=16dm3，求過程中體系的熱力學能的變化值。課堂練習題：三、計算題精品資料1.熱力學的標準(biāozhǔn)態(tài)氣體標準壓力（p?=100kPa）下具有理想氣體性質的氣體的狀態(tài)液體、固體標準壓力下最穩(wěn)定的純液體、純固體溶液中的溶質標準壓力下質量摩爾濃度1mol·kg1的狀態(tài)1.2.3熱化學方程式與蓋斯定律(dìnglǜ)精品資料2.反應進度對于化學反應：dD+eE=gG+hH一般化學反應式則有：dξ=B-1dnB對于有限的變化,有=nB/B當反應進度=1mol時，即按計量(jìliàng)方程式進行了一次完整的反應時，稱為1mol的化學反應或簡稱摩爾反應。精品資料例如(lìrú):(1)O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)(2)1/2O2(g)+H2(g)═H2O(g)

=1mol時，(1)表示(biǎoshì)生成了2mol的H2O(2)表示(biǎoshì)生成了1mol的H2O精品資料化學(huàxué)計量方程與熱效應都寫出的方程稱熱化學(huàxué)方程式。3.熱化學方程式2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)化學反應中各物質處于標準態(tài)時的焓變稱為該反應的標準摩爾反應焓變，用表示。變化值reaction反應溫度ΔrHm(T)y標準態(tài)mole標準摩爾反應焓變精品資料應注明反應的溫度和壓力。如果是298.15K和100kPa，可省略。必須標出物質的聚集狀態(tài)。通常以g、l和s分別(fēnbié)表示氣、液和固態(tài)。書寫(shūxiě)熱化學方程式時注意下列幾點：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)=－483.6kJ.mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1精品資料必須注明固體(gùtǐ)物質的晶型。碳有石墨、金剛石、無定形等晶型。同一反應，反應式系數(shù)不同，熱效應值也不同。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)=－285.8kJ.mol-1精品資料例1.2已知T=298.15K，p=100kPa時，反應的

=－91.8kJ·mol1，計算在同樣條件下，下列反應的。精品資料

解：精品資料4.蓋斯定律(dìnglǜ)蓋斯定律(dìnglǜ)的內(nèi)容：“不管化學過程是一步完成或分為數(shù)步完成，這個過程的熱效應是相同的?！鄙w斯定律的用途：利用實驗易測量的反應熱效應，來計算難以用實驗方法測得的反應熱效應。精品資料

(1)C(石墨)＋O2(g)=CO2

(2)C(金剛石)＋O2(g)=CO2

=－395.4kJ·mol-1(3)C(石墨)=C(金剛石)精品資料ΔrH＝ΔrH

+ΔrH

ΔrH

＝ΔrH

－ΔrH

=

393.51kJ·mol-1(

395.41kJ·mol1)

=1.90kJ·mol-1ΔrH精品資料例1.3在煤氣生產(chǎn)過程中，下列反應C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)是很重要的。工廠設計或工藝改革時需要該反應的熱效應數(shù)值，由于單質(dānzhì)碳與氧不能直接生成純粹的一氧化碳，總會有一些二氧化碳生成，因此實驗很難準確測定該反應的熱效應數(shù)值。請根據(jù)所掌握的知識如何間接求得該反應的熱效應？精品資料已知反應：C(石墨)＋O2(g)=CO2(g)

ΔrH

=－393.5kJ·mol-1

CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g)

ΔrH

=－283kJ·mol-1

精品資料ΔrH,1＝ΔrH,2+ΔrH,3始態(tài)C(石墨(shímò))+O2(g)

終態(tài)CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)(1)(2)(3)ΔrH,2＝ΔrH,1-ΔrH,3精品資料例1.4已知25℃時，求反應（3）Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)

在25℃時的反應熱。（2）

3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)（1）2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)解：

=2×(–221.0)kJ·mol1–(–1118.4kJ.mol1)=676.4kJ·mol1（3）＝（1）×2－（2）精品資料已知：(1)4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l),

H1523kJmol-1

(2)H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(l),

H

287kJmol-1

試求反應(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的H

。課堂練習題：精品資料1.2化學反應(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒與反應熱效應1.3化學反應(huàxuéfǎnyìng)熱效應的理論計算1.1熱力學基本概念1.3.1物質的標準摩爾生成焓1.3.2化學反應標準摩爾焓變的計算

精品資料變化值formationmoleΔfHm

(B，p，T

)y反應溫度phase標準態(tài)1.3.1物質的標準(biāozhǔn)摩爾生成焓在標準態(tài)時，由元素穩(wěn)定的純態(tài)單質生成1mol某純物質B的焓變（即恒壓反應熱），稱為該物質B的標準摩爾生成焓。符號為1.3化學反應熱效應的理論(lǐlùn)計算任何一種穩(wěn)定單質的標準摩爾生成焓等于零。精品資料針對(zhēnduì)對象標準摩爾生成焓一個(yīɡè)反應一種物質Bm的意義摩爾反應1mol的物質B標準摩爾反應焓變精品資料

C(石墨)＋O2(g)=CO2

C(金剛石)＋O2(g)=CO2

=－395.4kJ·mol-1精品資料精品資料例如(lìrú)：在298.15K時精品資料使用標準摩爾生成(shēnɡchénɡ)焓時注意：這是一個相對值，相對于穩(wěn)定純態(tài)單質的標準摩爾(móěr)生成焓等于零。注明摩爾生成焓的溫度，不寫就是指298.15K，該溫度下的數(shù)值可查熱力學數(shù)據(jù)表。注明B物質的相態(tài)，同一物質而不同相態(tài)，其標準摩爾生成焓的值不等。精品資料穩(wěn)定單質(1)(2)(3)反應物dD+eE生成物gG+hH用標準摩爾(móěr)生成焓計算標準摩爾(móěr)反應焓：1.3.2化學反應(huàxuéfǎnyìng)焓變的計算精品資料ni和nj分別為化學(huàxué)方程式中生成物和反應物的系數(shù)?D?DD=jjiiHnHnH）－）反應物生成物((mfmfmryyyCaculation?Hofreaction?精品資料計算下列(xiàliè)反應在298.15K時的標準摩爾反應焓變。

解：＝2×(285.8kJ·mol-1)+(393.5kJ·mol-1)(

74.6kJ·mol-1)=－890.5kJ·mol-1例1.574.60393.5285.874.60393.5285.874.60393.5285.8精品資料={(－1675.7kJ.mol-1)＋0kJ.mol-1}－{0kJ.mol-1+(－824.2kJ.mol-1)}=－851.5kJ.mol-1解根據(jù)標準生成焓的數(shù)據(jù)，計算鋁粉和三氧化二鐵反應的焓變