無機(jī)化學(xué)第二章熱化學(xué)

無機(jī)化學(xué)第二章熱化學(xué)第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1熱力學(xué)的術(shù)語和基本概念熱力學(xué)：研究熱和其它形式能量相互轉(zhuǎn)化之間關(guān)系的科學(xué)化學(xué)熱力學(xué)(chemicalthermodynamic)

：把熱力學(xué)的定律、原理、方法用來研究化學(xué)過程以及伴隨這些化學(xué)過程發(fā)生的物理變化第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)熱力學(xué)不能解決的問題化學(xué)熱力學(xué)研究的問題化學(xué)變化過程中的能量轉(zhuǎn)換問題（熱力學(xué)第一定律）；化學(xué)變化的方向和限度以及化學(xué)平衡和相平衡的有關(guān)問題（熱力學(xué)第二定律）。微觀粒子的性質(zhì)；變化過程的速率問題第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月一、系統(tǒng)和環(huán)境

systemandsurrounding系統(tǒng)（system)：把一部分物體和周圍其他物體劃分開來，作為研究的對象，這部分物體就稱為系統(tǒng)。環(huán)境(surrounding)：與系統(tǒng)密切相關(guān)的其他部分稱為環(huán)境。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)類型1.敞開體系（opensystem)：體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換又有能量交換

2.封閉體系(closedsystem)：

體系與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換只有能量交換

3.孤立體系(isolatedsystem)：

體系與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換也沒有能量交換根據(jù)體系與環(huán)境的關(guān)系（體系與環(huán)境之間物質(zhì)與能量交換的情況）熱力學(xué)體系分為三種：第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)1、狀態(tài)(state)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn),2、狀態(tài)函數(shù)(statefunction)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量系統(tǒng)處于一定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的性質(zhì)只決定于它現(xiàn)在所處的狀態(tài)，而與過去的歷史無關(guān)，具有這種性質(zhì)的物理量叫做狀態(tài)函數(shù)如T，P，V，n，，U，H，S，G。3、狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn):狀態(tài)函數(shù)的變化只決定于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三、過程和途徑過程(process)：系統(tǒng)的狀態(tài)在外界條件改變時(shí)發(fā)生的變化稱為過程；途徑(approach)：系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)所經(jīng)歷的過程總和稱為途徑。常見過程等溫過程定壓過程定容過程定溫過程循環(huán)過程絕熱過程第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四、相相：系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同，而與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分均相（單相）系統(tǒng)非均相（多相）系統(tǒng)第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月五、化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式及反應(yīng)進(jìn)度1.化學(xué)計(jì)量數(shù)(B)

化學(xué)式前的系數(shù)稱為化學(xué)計(jì)量數(shù)

化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式：

根據(jù)質(zhì)量作用定律，用規(guī)定的化學(xué)符號和化學(xué)式來表示化學(xué)反應(yīng)的式子

規(guī)定：（產(chǎn)物）為正

（反應(yīng)物）為負(fù)

第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

上述反應(yīng)若有0.2molNH3生成，則相應(yīng)有0.1molN2和0.3mol的H2消耗?？杀硎緸椋?/p>

n(NH3)=0.2moln(N2)=-0.1moln(H2)=-0.3mol第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.反應(yīng)進(jìn)度ξ(ksai)反應(yīng)進(jìn)度：反應(yīng)進(jìn)行的程度

對某一化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)某一物質(zhì)i的物質(zhì)的量從開始的nB(0)變到nB(ξ)時(shí)，其反應(yīng)進(jìn)度:第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)進(jìn)行到任意時(shí)刻時(shí)可用任一生成物或反應(yīng)物來表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，所得的值總是相等。

——引入反應(yīng)進(jìn)度的最大優(yōu)點(diǎn)注：計(jì)量式寫法不同時(shí)，反應(yīng)進(jìn)度數(shù)值不同。對于反應(yīng)式：aA+bB=cC+dD第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月例例：53.96g鋁粉在充足氧氣中燃燒能生成多少克Al2O3

解：2Al(s)+3/2O2(g)=Al2O3(s)n(Al)=53.96g/26.98g.mol-1=2mol

(Al)=-2,ni(Al)=-2molξ=ni(Al)/(Al)=2mol/(-2)=1molξ

=ni(Al2O3)/(Al2O3)=ni(Al2O3)/1=1molm(Al2O3)=1mol101.96g.mol-1=101.96g第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2熱力學(xué)第一定律一、熱和功1、熱

Q（heat)：系統(tǒng)和環(huán)境之間由于溫度差的存在引起的能量叫做熱熱的本質(zhì)：系統(tǒng)與環(huán)境間因內(nèi)部粒子無序運(yùn)動強(qiáng)度不同而交換的能量第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月體系從環(huán)境吸熱Q>0

正值體系向環(huán)境放熱Q<0

負(fù)值單位：kJorJ熱是一種交換中的能量熱和途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)規(guī)定：注意：常見：氣化熱、熔化熱、定容反應(yīng)熱、定壓反應(yīng)熱第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)和環(huán)境之間除熱以外，其它各種形式的被傳遞的能量如：電功、膨脹功、機(jī)械功。體系對環(huán)境作功，W<0環(huán)境對體系作功，W>0

單位：kJorJ功不是狀態(tài)函數(shù)化學(xué)上把體積功以外的功統(tǒng)稱為非體積功

規(guī)定：注意：2、功（work)：功的本質(zhì)：系統(tǒng)與環(huán)境間因粒子的有序運(yùn)動而交換的能量第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二、熱力學(xué)能U1.熱力學(xué)能U（thermodynamicenergy)

：

是系統(tǒng)內(nèi)所有粒子除整體勢能及整體動能外,全部能量的總和，如分子平動能、轉(zhuǎn)動能、振動能，鍵能，電子運(yùn)動能，核能，勢能等。也稱內(nèi)能（internalenergy)2.熱力學(xué)能特點(diǎn)：

(1)是狀態(tài)函數(shù)(2)不能確定絕對值，可以求變化值U第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：能量既不能消滅也不能創(chuàng)造，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而在轉(zhuǎn)化和傳遞過程中能量的總值不變。也稱能量守恒與轉(zhuǎn)化定律(lawofenergyconservationandtransformation)

第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月如系統(tǒng)變化中吸收50kJ的熱，作30kJ的功，內(nèi)能的變化為：U系統(tǒng)=50-30=20kJ系統(tǒng)內(nèi)能凈增20kJ，環(huán)境失去20kJ即U環(huán)=-20kJ隔離系統(tǒng)的過程：

Q=W=0，?U=0循環(huán)過程：系統(tǒng)由始態(tài)經(jīng)歷一系列變化后又恢復(fù)到原始狀態(tài)。

Q=－W第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)反應(yīng)熱：當(dāng)生成物與反應(yīng)物的溫度相同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或放出的熱量一、定容反應(yīng)熱?V=0，W=0，QV=?U

表示不做體積功條件下，系統(tǒng)在恒容過程中所吸收的熱量全部用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能

第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月QV的測定第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二、定壓反應(yīng)熱定壓時(shí)的熱效應(yīng)稱為定壓熱效應(yīng)，以QP表示這時(shí)第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月焓(enthalpy)令

H=U+PV(熱力學(xué)定義H為焓）

表明：在恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用來使焓值增加（封閉體系、恒壓、不做其它功）規(guī)定：放熱反應(yīng)ΔH<0

吸熱反應(yīng)ΔH>0

H:狀態(tài)函數(shù)不能測定焓的絕對值。溫度對化學(xué)反應(yīng)的焓變影響較小，一般不作考慮第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三、?rUm與?rHm?rUm：反應(yīng)的摩爾熱力學(xué)能變?rHm

：

反應(yīng)的摩爾焓變當(dāng)有氣體參加時(shí)?rHm=?rUm+?RT第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四、熱化學(xué)方程式1.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(standardstate)：純理想氣體：該氣體處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p?下的狀態(tài)，混合理想氣體中任一組分：該氣體組分的分壓為p?

純液體（固體）物質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p?下的純液體（或純固體）溶液中各組分：各組分濃度均為c?

=1mol.L-1(標(biāo)準(zhǔn)濃度）的理想溶液。溶劑看成純液體第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月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（1）標(biāo)明物質(zhì)的聚集狀態(tài)：glscr

aq

氣液固晶體水溶液（2）標(biāo)明反應(yīng)條件——溫度、壓力（不注明是指298.15K、100kPa)（3）配平方程式（4）正反應(yīng)與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱絕對值相等，符號相反第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)計(jì)量方程式有關(guān)，所以同一反應(yīng)，以不同的計(jì)量方程式表示時(shí)，其熱效應(yīng)的數(shù)值不同如：N2（g)+3H2(g)=2NH3(g)

ΔrHm?

=-2.2kJ.mol-11/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)ΔrHm?

=-1.1kJ.mol-12NH3(g)=N2（g)+3H2(g)ΔrHm?

=2.2kJ.mol-1第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月五、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓

standardmolarenthalpiesofformation定義：在溫度T和標(biāo)準(zhǔn)壓力(p?)下，由參考狀態(tài)的單質(zhì)生成1mol物質(zhì)B反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變符號：ΔfHm?

單位：

kJ.mol-1規(guī)定：穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于“0”第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月參考狀態(tài)度單質(zhì)固體金屬：液體：

Br2(l)氣體：

H2O2N2Cl2F2固體非金屬：C（石墨）P（白磷）

S（斜方，正交晶）I2(s)

第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月六、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓定義：在溫度T下，由1mol物質(zhì)B完全氧化成相同溫度下的指定產(chǎn)物時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，即為物質(zhì)在溫度T時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓cm?cm?

單位:kJ.mol-1。注意：完全氧化反應(yīng)的含義。如C+1/2O2=CO？完全氧化物如CO2、、H2O（l）、N2、SO2等的cm?應(yīng)為?第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.4赫斯定律Hess’slaw赫斯定律（1840）：化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)只與反應(yīng)的始末態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)途徑無關(guān)1、相同條件下，正逆反應(yīng)的H數(shù)值相等，符號相反

H2(g)+1/2O2(g)→H2O(g)；H298=－241.8kJ.mol－1H2O(g)→H2(g)+1/2O2(g)；H298=+241.8kJ.mol－1第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、一反應(yīng)若能分成兩步或多步實(shí)現(xiàn)，則總反應(yīng)的H等于各步反應(yīng)H之和rm?=r?

m(i)赫斯定律的應(yīng)用：間接量熱及計(jì)算多個(gè)化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式相加或相減，所得化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式的rm?

(T)等于原各計(jì)量式的rm?

(T)之和第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月例SnCl4(l)生成熱的確定

1、Sn(s)+Cl2(g)→SnCl2(s)H?1=－349.8kJ.mol－12、SnCl2(s)+Cl2(g)→SnCl4(l)H?2=－195.4kJ.mol－13、Sn(s)+2Cl2(g)→SnCl4(l)H?3=－545.2kJ.mol－1Sn(s),Cl2(g)SnCl4(l)SnCl2(s)－349.8kJ.mol－1－195.4kJ.mol－1－545.2kJ.mol－1總反應(yīng)的焓變?yōu)榉植椒磻?yīng)的焓變之和第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月例：已知298.15K時(shí)C(s)+O2(g)CO2(g);ΔrHm1?

=-393.51kJ.mol-1CO(g)+1/2O2(g)CO2(g);

ΔrHm2?

=-283.0kJ.mol-1求反應(yīng)C(s)+1/2O2(g)CO

(g)的焓變ΔrHm3?為多少？即求ΔfHm?

(CO,g)第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月解：ΔrHm1?

=ΔrHm3?

+ΔrHm2?

ΔrHm3?

=ΔrHm1?

-ΔrHm2?

=-393.5-（-283.0)=-110.5kJ.mol-1

=ΔfHm?

(CO,g)

第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月從反應(yīng)方程式來看，（1）=（2）式+（3）式它們的焓變關(guān)系為：ΔrHm1?

=ΔrHm3?

+ΔrHm2?

由此可見：假如某一反應(yīng)可看作是分步完成的，是一系列變化的總結(jié)果，則總的焓變必等于各步焓變的總和。第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月例：已知：2Cu2O(s)+O2(g)=4CuO(s)

ΔrHm1?

=-290kJ.mol-1CuO(s)+Cu(s)=Cu2O(s)

ΔrHm2?

=-12kJ.mol-1求：ΔfHm?

(CuO,s)=?解：(1)+2×(2)得2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s)

ΔrHm?

=ΔrHm1?

+ΔrHm2?

=-290+2×(-12)=-314kJ.mol-1

ΔfHm?(CuO,s)=-314/2=-157kJ.mol-1第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1.下列純態(tài)單質(zhì)中哪些單質(zhì)的△fHm°≠0?⑴金剛石；⑵臭氧；⑶Br(l);⑷Fe(s);⑸Hg(g)2.已知：

A+B→M+N；△rHm°（1）=35kJ·mol-12M+2N→2D；△rHm°（2）=-80kJ·mol-1則：A+B→D的△rHm°（3）是？3.已知298.15K、100kPa下，反應(yīng)：N2（g)+2O2(g)→2NO2（g);△rHm°=67.8kJ·mol-1則NO2（g）的△fHm°是

第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Hess’slawBecauseenthalpyisastatefunction,itfollowsthattheabsoluteenthalpyassociatedwiththereactantsandproductsinareactionareindependentoftheprocessbywhichtheywereformed.Consequently,theenthalpychangeduringthecourseofareaction,givenbyHreactants-Hproductsisindependentofthereactionpathway.Thatistosay:Ifachemicalreactioniscarriedoutinaseriesofsteps,thetotalheatofreactionwillbeequaltothesumoftheheatchangesfortheindividualsteps.第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Forexample,supposeyouaregiventhefollowingdata:Couldyouusethesedatatoobtaintheenthalpychangeforthefollowingreaction?kJ

-297H

);g(SO)g(O)s(So22=D?+kJ

198H

);g(O)g(SO2)g(SO2o223=D+??H

);g(SO2)g(O3)s(S2o32=D?+第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Ifwemultiplythefirstequationby2andreversethesecondequation,theywillsumtogethertobecomethethird.Hess’slawisbasedontheconceptofenthalpyasastatefunction.第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5反應(yīng)熱的求算一、由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算rm?對于反應(yīng)aA+bB=yY+zZrm?

=Bm?