化学反应热及反应的方向和限度培训课件

文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。化学反应过程涉及怎样的能量的转移和转化？化学反应过程涉及怎样的能量的转移和转化？化学反应能不能发生？如果能发生，反应进行到什化学反应能不能发生？如果能发生，反应进行到什么程度不再继续进行？么程度不再继续进行？热力学热力学(thermodynamics)是研究各种形式的能量是研究各种形式的能量(如如热能、电能、化学能等热能、电能、化学能等)转换规律的科学。转换规律的科学。热力学特点：热力学特点：热力学的研究对象是大量质点构成的热力学的研究对象是大量质点构成的宏观系统宏观系统，它不涉及物质的微观结构，考虑的是物质宏，它不涉及物质的微观结构，考虑的是物质宏观性质的改变。热力学研究的变化过程观性质的改变。热力学研究的变化过程不涉及时间不涉及时间（或（或速率）。热力学的所有速率）。热力学的所有结论都是可靠结论都是可靠的。的。2024/8/31第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。热力学的理论热力学的理论：热力学第一定律；热力学第二定律；：热力学第一定律；热力学第二定律；热力学第三定律。热力学第三定律。化学热力学化学热力学(chemical thermodynamics)将化学和热将化学和热力学结合，用热力学的原理和方法来研究化学问题就形力学结合，用热力学的原理和方法来研究化学问题就形成了化学热力学。成了化学热力学。化学热力学的主要内容就是研究化学反应的化学热力学的主要内容就是研究化学反应的热效应热效应、反应的反应的方向方向及及限度限度等问题。等问题。2024/8/32第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第一第一节热力学系力学系统和状和状态函数函数 1.系统与环境系统与环境 2.状态函数与过程状态函数与过程 3.热和功热和功文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.系统系统：研究的对象。研究的对象。2.环境环境：系统以外与系统密切相关的部分。系统以外与系统密切相关的部分。3.热力学系统分类：热力学系统分类：系统系统与环境之间的与环境之间的物质交换物质交换与环境之间的与环境之间的能量交换能量交换开放系统开放系统封闭系统封闭系统隔离隔离系统系统一、系统与环境一、系统与环境2024/8/34第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.状态状态(State)：系统的所有的系统的所有的 物理性质和化学性质物理性质和化学性质的综合体现，这些性质都是宏观的物理量。如温度、压的综合体现，这些性质都是宏观的物理量。如温度、压力、体积、物质的量等都具有确定的数值时，系统就处力、体积、物质的量等都具有确定的数值时，系统就处在一定的状态。在一定的状态。2.状态函数状态函数(State Function)：描述系统状态的物理：描述系统状态的物理量量。如：气体系统。如：气体系统:p,V,n,T 描述状态函数之间关系的函数表达式称为状态方程。描述状态函数之间关系的函数表达式称为状态方程。如：如：理想气体状态方程：理想气体状态方程：状态状态=f(p,V,n,T)状态方程：状态方程：pV=nRT 二、二、状态函数与过程状态函数与过程2024/8/35第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。3.状态函数分类：状态函数分类：（1）广度性质广度性质(Extensive Property)的状态函数：的状态函数：这这 类性质具有加和性。如体积，物质的量类性质具有加和性。如体积，物质的量 等。等。例如：例如：1mol+1mol=2mol （2）强度性质强度性质(Intensive Property )的状态函数：的状态函数：这些性质没有加和性。如温度、压力等。这些性质没有加和性。如温度、压力等。例如，例如，50的水与的水与50的水相混合水的温度仍为的水相混合水的温度仍为50。2024/8/36第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。4.状态函数的性质：状态函数的性质：（1）系统的状态一定，状态函数的值就一定。）系统的状态一定，状态函数的值就一定。（2）系统的状态改变，状态函数的值可能改变，但）系统的状态改变，状态函数的值可能改变，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，而与变化过程状态函数的变化值只取决于始态和终态，而与变化过程无关。无关。（3）循环过程状态函数的变化值为）循环过程状态函数的变化值为0。平衡态是指系统所有的性质都不随时间改变的状态。平衡态是指系统所有的性质都不随时间改变的状态。2024/8/37第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。5.热力学常见的过程热力学常见的过程(process)（1）等温过程）等温过程(isothermal process):T=0 （2）等压过程）等压过程(isobaric process):p=0 （3）等容过程）等容过程(isovolumic process):V=0 （4）循循环环过过程程(cyclic process):体体系系中中任任何何状状态态函函数数的改变值均的改变值均=0 （5）绝热过程）绝热过程(adiabatic process):Q=0 2024/8/38第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.热热(Q)：系统和环境之间由于温度不同而交换的能：系统和环境之间由于温度不同而交换的能量形式。热力学规定：系统向环境放热，量形式。热力学规定：系统向环境放热，Q 0；热的单位为；热的单位为J或或kJ。2.功功(W)：系统和环境之间除了热以外的其它能量：系统和环境之间除了热以外的其它能量交换形式，如体积功，电功等。热力学规定：系统交换形式，如体积功，电功等。热力学规定：系统对环境作功，对环境作功，W 0。功的单位为功的单位为J或或kJ。Q、W 均不是状态函数，与过程有关。均不是状态函数，与过程有关。三、热与功三、热与功(heat and work)2024/8/39第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。4.体积功和非体积功体积功和非体积功W =We +WfWe：体积功或膨胀功，：体积功或膨胀功，Wf：非体积功非体积功 化学反应体系中一般只涉及体积功化学反应体系中一般只涉及体积功We。2024/8/310第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。体积功计算体积功计算:2024/8/311第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。5.可逆过程可逆过程(reversible process)与最大功与最大功 （1）可逆过程是经过无限多次的微小变化和无限长）可逆过程是经过无限多次的微小变化和无限长的时间完成的，可逆过程中的每一步都无限接近于平衡的时间完成的，可逆过程中的每一步都无限接近于平衡态。态。（2）经过）经过可逆循环，系统复原，环境也同时复原。可逆循环，系统复原，环境也同时复原。（3）等温可逆过程系统对外作功最大。）等温可逆过程系统对外作功最大。2024/8/312第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。设理想气体经过三种途径膨胀：设理想气体经过三种途径膨胀：2024/8/313第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。其体积功分别为：其体积功分别为：（1）273K,，2024/8/314第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（2）2024/8/315第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/316第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（3）2024/8/317第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/318第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。计算结果表明，可逆过计算结果表明，可逆过程所做的功最大。而自发过程所做的功最大。而自发过程所做的功都比可逆过程所程所做的功都比可逆过程所做的功小，自发过程也称为做的功小，自发过程也称为不可逆过程（不可逆过程（irreversible process）。）。2024/8/319第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一般等温可逆过程的共同特征是一般等温可逆过程的共同特征是：（：（1）等温可逆过）等温可逆过程系统对环境作功最大；（程系统对环境作功最大；（2）通过可逆过程系统由始态）通过可逆过程系统由始态变到终态，而沿同样的途径还可由终态变为始态，经过变到终态，而沿同样的途径还可由终态变为始态，经过这样一个可逆循环后不仅系统状态复原，环境也同时复这样一个可逆循环后不仅系统状态复原，环境也同时复原；（原；（3）可逆过程是一个时间无限长的、不可能实现的）可逆过程是一个时间无限长的、不可能实现的过程，实际过程只能无限接近它，却永远不能达到它。过程，实际过程只能无限接近它，却永远不能达到它。在实际中有些过程可近似地看作可逆过程。例如，在实际中有些过程可近似地看作可逆过程。例如，液体在沸点时蒸发，固体在熔点下的熔化。液体在沸点时蒸发，固体在熔点下的熔化。2024/8/320第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第二第二节能量守恒和化学反能量守恒和化学反应热1.热力学能和热力学第一定律热力学能和热力学第一定律2.系统的焓变和等压反应热效应系统的焓变和等压反应热效应3.反应进度、热化学方程式与标准态反应进度、热化学方程式与标准态4.Hess定律和反应热的计算定律和反应热的计算文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一、热力学能和热力学第一定律一、热力学能和热力学第一定律 （一）（一）热力学能（热力学能（internal energy ,U）热力学能又称内能，系统内部能量的总和。包括：热力学能又称内能，系统内部能量的总和。包括：动能；势能；核能等，不包括系统整体的动能和势能。动能；势能；核能等，不包括系统整体的动能和势能。符号符号U，单位，单位J或或kJ。热力学能是状态函数：状态一定，热力学能是状态函数：状态一定，U一定。一定。热力学能属广度性质：能量都具有加和性。热力学能属广度性质：能量都具有加和性。热力学能的绝对值无法确定：微观粒子运动的复热力学能的绝对值无法确定：微观粒子运动的复杂性。杂性。2024/8/322第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（二）（二）热力学第一定律热力学第一定律 热力学第一定律热力学第一定律(the first law of thermodynamics)也也称为能量守恒定律：自然界中的一切物质都具有能量，称为能量守恒定律：自然界中的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一个物体传递到另一个能量有各种不同的形式，能够从一个物体传递到另一个物体，从一种形式转化为另一种形式，但在传递和转化物体，从一种形式转化为另一种形式，但在传递和转化的过程中能量的总和不变。的过程中能量的总和不变。2024/8/323第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/324第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。热力学第一定律的数学表达式：热力学第一定律的数学表达式：只要始态和终态一定，不同过程的只要始态和终态一定，不同过程的Q 或或 W 的数值可的数值可以不同，但以不同，但 QW，即，即 一样。一样。2024/8/325第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（三）系统的热力学能变化与等容热效应（三）系统的热力学能变化与等容热效应 式中，式中，Qv表示等容反应热。由于等容过程表示等容反应热。由于等容过程 =0，所，所以：以：即等容反应热等于系统的内能变化。即等容反应热等于系统的内能变化。系统热力学能的绝对值无法确定，但它的改变量可系统热力学能的绝对值无法确定，但它的改变量可以用等容反应热来量度。以用等容反应热来量度。2024/8/326第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（一）系统的焓（一）系统的焓(enthalpy)等压、不做非体积功条件下等压、不做非体积功条件下式中，式中，Qp 表示等压反应热。表示等压反应热。p外外=p2=p1令：令：H =U+pV 。二、系统的焓变和反应热效应二、系统的焓变和反应热效应 2024/8/327第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。H =U+pV H 是状态函数，具有广度性质，没有直观物理意义；是状态函数，具有广度性质，没有直观物理意义；H 的绝对值无法确定。的绝对值无法确定。H2 H1=Qp即即 H=Qp H 的物理意义是等压条件下系统与环境交换的热的物理意义是等压条件下系统与环境交换的热量。量。2024/8/328第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。常用常用 H 来表示等压反应热：来表示等压反应热：H 0 表示反应是吸表示反应是吸热反应；热反应；H 0 表示反应是放热反应表示反应是放热反应。2024/8/329第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（二）等压反应热效应与等容反应热效应的关系（二）等压反应热效应与等容反应热效应的关系 等压反应中：等压反应中：反应如果有气体参与，例如：反应如果有气体参与，例如：2024/8/330第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。对于只有液体和固体参与的反应，对于只有液体和固体参与的反应，。2024/8/331第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（一）反应进度（一）反应进度(，单位单位mol)：反应进行的程度：反应进行的程度 对于化学反应：对于化学反应：定义：定义：三三 、反应进度、热化学方程式与标准态、反应进度、热化学方程式与标准态 2024/8/332第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。nJ(0)：反应开始：反应开始(t=0)，(0)=0时时J的物质的量；的物质的量；nJ()：反应：反应(t=t)时刻，反应进度为时刻，反应进度为 (t)时时J的物质的物质的量；的量；J：物质物质J的化学计量数，的化学计量数，反应物反应物J为负值（如为负值（如E=-e）；对于产物）；对于产物J为正值。为正值。2024/8/333第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【例例】10.0molH2和和5.0molN2在合成塔中混合后经过在合成塔中混合后经过一定时间，反应生成一定时间，反应生成2.0molNH3，反应式可写成如下两，反应式可写成如下两种形式：种形式：分别按分别按(1)和和(2)两种方程式求算此反应的两种方程式求算此反应的 。2024/8/334第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【解解】反应在不同时刻各物质的量（反应在不同时刻各物质的量（mol）为：）为：n(N2)n(H2)n(NH3)t=05.010.00=0 t=t4.07.02.0=2024/8/335第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。按方程式（按方程式（1）求）求 ：2024/8/336第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/337第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。按方程式（按方程式（2）求）求 ：2024/8/338第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。结论：结论：1.对于同一反对于同一反 应方程式，应方程式，的值与选择何种物质来的值与选择何种物质来求算无关。求算无关。2.反应式写法不同，或者说化学反应的基本单元定反应式写法不同，或者说化学反应的基本单元定义不同，反应进度也不同。义不同，反应进度也不同。2024/8/339第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/340第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（二）热化学方程式与标准态（二）热化学方程式与标准态 标明了物质状态、反应条件和热效应的化学方程式标明了物质状态、反应条件和热效应的化学方程式称为称为热化学方程式热化学方程式(thermodynamical equation)。化学反应热效应：化学反应热效应：当产物与反应物温度相同时，化学反应过程中吸收当产物与反应物温度相同时，化学反应过程中吸收或放出的热量变化。或放出的热量变化。2024/8/341第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/342第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。的意义的意义 ：等压反应热：等压反应热(或焓变或焓变)；r：表示反应表示反应(reaction)；m：表示反应进度为：表示反应进度为1mol的反应热；的反应热；T：反应温度；：反应温度；温度为温度为298.15K时可省略；时可省略；：表表示示标标准准态态，即即此此反反应应热热是是在在标标准准状状态态下下的的数数值值。物物质质所所处处的的状状态态不不同同，反反应应热热效效应应的的大大小小也不同。也不同。2024/8/343第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。热力学标准态：热力学标准态：在指定温度在指定温度T 和标准压力和标准压力(100kPa)下物质的状态。下物质的状态。（1）气体：压力（分压）为标准压力的纯理想气气体：压力（分压）为标准压力的纯理想气体；体；（2）纯液体纯液体(或纯固体或纯固体)：标准压力下的纯液体：标准压力下的纯液体(或或纯固体纯固体)。热力学标准态热力学标准态2024/8/344第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（3）溶液：标准压力下，溶质浓度为溶液：标准压力下，溶质浓度为1molL-1 或或质量摩尔浓度为质量摩尔浓度为1molkg-1的理想稀溶液。生物系统标准的理想稀溶液。生物系统标准态的规定为温度态的规定为温度37，氢离子的浓度为，氢离子的浓度为10-7 molL-1。标准态未指定温度。标准态未指定温度。IUPAC推荐推荐298.15K为参考温为参考温度。度。2024/8/345第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（1）必须写出完整的化学反应计量方程式；）必须写出完整的化学反应计量方程式；（2）要标明参与反应的各种物质的状态；用）要标明参与反应的各种物质的状态；用g，l和和s分别表示气态、液态和固态，用分别表示气态、液态和固态，用aq表示水溶液表示水溶液(aqueous solution)。如固体有不同晶型，还要指明是什么晶型；。如固体有不同晶型，还要指明是什么晶型；（3）要标明温度和压力。标态下进行的反应要标）要标明温度和压力。标态下进行的反应要标 上上“”。298.15K下进行的反应可不标明温度；下进行的反应可不标明温度；（4）要标明相应的反应热。）要标明相应的反应热。热化学方程式的正确书写热化学方程式的正确书写2024/8/346第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Hess定律：在封闭系统内无非体积功的条件下发生定律：在封闭系统内无非体积功的条件下发生的化学反应，不管此反应是一步完成还是分几步完成，的化学反应，不管此反应是一步完成还是分几步完成，其等容（或等压）热效应都相同。其等容（或等压）热效应都相同。四、四、Hess定律和反应热的计算定律和反应热的计算 2024/8/347第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Hess定律的意义定律的意义：（：（1）预测尚不能实现的化学反预测尚不能实现的化学反应的反应热。（应的反应热。（2）计算实验测量有困难的化学反应的）计算实验测量有困难的化学反应的反应热。反应热。2024/8/348第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（一）由已知的热化学方程式计算反应热（一）由已知的热化学方程式计算反应热 【例例】已知在已知在298.15K下，下列反应的标准摩尔焓变。下，下列反应的标准摩尔焓变。求：求：的的 。由已知的热化学方程式计算反应热由已知的热化学方程式计算反应热2024/8/349第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/350第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。反应反应(3)反应反应(1)反应反应(2)，所以：，所以：2024/8/351第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/352第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。根据根据Hess定律，利用已知的化学反应求一个新反应定律，利用已知的化学反应求一个新反应的反应热时，热化学方程式两端可以同时进行扩大或缩的反应热时，热化学方程式两端可以同时进行扩大或缩小相同的倍数，方程式之间可以进行加减运算，可以移小相同的倍数，方程式之间可以进行加减运算，可以移项或合并项或合并同类项同类项，反应方程式相加减时，相应的反应热，反应方程式相加减时，相应的反应热也相加减。这里的也相加减。这里的“同类项同类项”要求物质和它的状态均相要求物质和它的状态均相同，将反应热看作是方程式中的一项进行处理。同，将反应热看作是方程式中的一项进行处理。2024/8/353第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（二）由标准摩尔生成焓计算反应热（二）由标准摩尔生成焓计算反应热 标准摩尔生成焓：在标准压力和指定的温度标准摩尔生成焓：在标准压力和指定的温度T下由下由稳定单质生成稳定单质生成1mol该物质的焓变。该物质的焓变。符号：符号：，单位：，单位：kJ mol-1例如，例如，由标准摩尔生成焓计算反应热由标准摩尔生成焓计算反应热2024/8/354第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。规定：稳定单质的规定：稳定单质的 为零。如碳的稳定单为零。如碳的稳定单质指定是石墨而不是金刚石。质指定是石墨而不是金刚石。2024/8/356第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/357第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【例例】试用标准摩尔生成焓计算反应的标准摩尔试用标准摩尔生成焓计算反应的标准摩尔反应热：反应热：C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)。【解解】查表得查表得:2024/8/358第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/359第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（三）由标准摩尔燃烧焓计算反应热（三）由标准摩尔燃烧焓计算反应热 在标准压力和指定的温度在标准压力和指定的温度T下由下由1mol物质完全燃烧物质完全燃烧(或完全氧化或完全氧化)生成标准态的稳定产物时的反应热称为生成标准态的稳定产物时的反应热称为该物质的标准摩尔燃烧焓，符号为该物质的标准摩尔燃烧焓，符号为 ，单位，单位kJmol-1。“完全燃烧完全燃烧”或或“完全氧化完全氧化”是指：是指：由标准摩尔燃烧焓计算反应热由标准摩尔燃烧焓计算反应热2024/8/360第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/361第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2024/8/362第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。由标准摩尔燃烧热计算反应热公式为：由标准摩尔燃烧热计算反应热公式为：2024/8/363第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【例例6-5】已知在已知在298.l5K，标准状态下乙醛加氢，标准状态下乙醛加氢形成乙醇的反应为：形成乙醇的反应为：CH3CHO(l)+H2(g)=CH3CH2OH(l)此此反反应应的的反反应应热热较较难难测测定定，试试利利用用标标准准摩摩尔尔燃燃烧烧热热计计算其反应热算其反应热 。2024/8/364第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【解解】查附表得：查附表得：2024/8/365第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。按由标准摩尔燃烧热的求反应热的方法，有：按由标准摩尔燃烧热的求反应热的方法，有：也可以由标准摩尔生成热来计算也可以由标准摩尔生成热来计算反应热反应热：2024/8/366第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。可以认为采用可以认为采用 和和 求得的反应热求得的反应热 是一样的。是一样的。2024/8/367第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。对于其他温度下的反应热，在一般情况下，有：对于其他温度下的反应热，在一般情况下，有：2024/8/368第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第三第三节熵和和Gibbs自由能自由能1.自发过程及其特征自发过程及其特征2.系统的熵系统的熵3.系统的系统的Gibbs自由能自由能文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一、一、自发过程的特征自发过程的特征 （一）自发过程（一）自发过程(spontaneous process)的特征的特征 自发过程：不需要任何外力推动就能自动进行的自发过程：不需要任何外力推动就能自动进行的过程。过程。（1）过程单向性过程单向性：自动地向一个方向进行，不会：自动地向一个方向进行，不会自动地逆向进行。自动地逆向进行。（2）具有作功的能力具有作功的能力：作功能力实际上是过程自：作功能力实际上是过程自发性大小的一种量度。发性大小的一种量度。（3）有一定的限度有一定的限度：进行到平衡状态时宏观上就：进行到平衡状态时宏观上就不再继续进行。不再继续进行。2024/8/370第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（二）自发的化学反应的推动力（二）自发的化学反应的推动力 1.放热反应放热反应 2.混乱度增大的反应混乱度增大的反应2024/8/371第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。自发过程的判据有能量因素和熵，系统能量降低自发过程的判据有能量因素和熵，系统能量降低(即即H0）是自发过程的一个判据，系统混乱度增大是）是自发过程的一个判据，系统混乱度增大是自发过程的另一种判据。自发过程的另一种判据。发生在孤立系统内的过程，由于没有物质和能量的发生在孤立系统内的过程，由于没有物质和能量的交换，混乱度将是唯一的判断根据。交换，混乱度将是唯一的判断根据。2024/8/372第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（一）熵（一）熵(entropy)熵变熵变 熵是系统混乱度的量度。符号：熵是系统混乱度的量度。符号：S。系统的混乱度越大，熵值越大。熵是状态函数，系统的混乱度越大，熵值越大。熵是状态函数，具具有广度性质。熵的单位：有广度性质。熵的单位：J mol-1 K-1 以以表示混乱度，则熵表示混乱度，则熵S统计学表达式为统计学表达式为:二、系统的熵二、系统的熵2024/8/373第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。熵变熵变S与变化的过程无关，只取决于体系的始态和与变化的过程无关，只取决于体系的始态和终态。终态。热效应与体系经历的具体过程有关，但可逆过程的热效应与体系经历的具体过程有关，但可逆过程的热效应却是一个确定的值。热效应却是一个确定的值。等温过程的熵变等温过程的熵变S与可逆过程的热效应与可逆过程的热效应Qr的关系是：的关系是：或或2024/8/374第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。热力学第三定律：纯物质的完整晶体，在绝对温度热力学第三定律：纯物质的完整晶体，在绝对温度为为0K时的熵值为时的熵值为0。熵是状态函数，有明确的物理意义、有确定的值。熵是状态函数，有明确的物理意义、有确定的值。热力学第三定律热力学第三定律2024/8/375第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。根据热力学第三定律求得的物质在其他温度下的熵根据热力学第三定律求得的物质在其他温度下的熵值称为规定熵。值称为规定熵。1 mol某纯物质在标准状态下的规定熵称为该物质某纯物质在标准状态下的规定熵称为该物质的标准摩尔熵的标准摩尔熵(standard molar entropy)，用符号用符号 表示，其表示，其SI单位是单位是Jmol-1K-1。the third law of thermodynamics2024/8/376第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。影响系统熵值的主要因素有：影响系统熵值的主要因素有：1.物质的聚集状态：相同物质的量的同一物质的气、物质的聚集状态：相同物质的量的同一物质的气、液、固态相比较，其熵值大小的顺序为液、固态相比较，其熵值大小的顺序为:S(g)S(l)S(s)例如：例如：S(H2O,g)S(H2O,l)S(H2O,s)2024/8/377第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.分子的组成：对于聚集状态相同的物质，相同物分子的组成：对于聚集状态相同的物质，相同物质的量的分子中原子的数目越多，其混乱度就越大质的量的分子中原子的数目越多，其混乱度就越大,其其熵值也就越大。例如：熵值也就越大。例如：S(C2H2,g)S(C2H6,g)S(C3H8,g)若分子中原子的数目相同，相对分子若分子中原子的数目相同，相对分子 量量 越越 大，混大，混乱度就越大，其熵值也就越大。乱度就越大，其熵值也就越大。例如：例如：S(CO2,g)S(NO2,g)S(SO2,g)2024/8/378第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。3.温度：当温度升高时，混乱度增大，熵值也增大。温度：当温度升高时，混乱度增大，熵值也增大。例如：例如：S(CO2,300K,g)S(CO2,400K,g)4.压力：压力增大时，混乱度减小，熵值也减小。压力：压力增大时，混乱度减小，熵值也减小。压力对固体和液体的熵值影响很小，对气体的熵值影响压力对固体和液体的熵值影响很小，对气体的熵值影响较大。较大。5.分子的结构对熵值也有影响。分子的结构对熵值也有影响。2024/8/379第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。化学反应的标准摩尔熵变化学反应的标准摩尔熵变 的计算的计算：（1）由已知的热化学方程式计算。）由已知的热化学方程式计算。（2）由反应物和产物标准摩尔熵）由反应物和产物标准摩尔熵 计算。计算。2024/8/380第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（二）熵增加原理（二）熵增加原理 孤立系统的任何自发过程中，系统的熵总是增加的孤立系统的任何自发过程中，系统的熵总是增加的直至平衡态时熵值最大（热力学第二定律）直至平衡态时熵值最大（热力学第二定律）。孤立孤立 0 孤立孤立 0 自发过程，自发过程，孤立孤立 0 系统达到平衡。系统达到平衡。2024/8/381第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。如果环境和系统一起构成一个新系统，这个新系统如果环境和系统一起构成一个新系统，这个新系统可以看成孤立系统，则：可以看成孤立系统，则：S总总=S 系统系统+S 环境环境 0 化学反应自发性熵判据：化学反应自发性熵判据：S总总 0 自发过程；自发过程；S总总 0，即有：，即有：三三、系统的、系统的Gibbs自由能自由能2024/8/383第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。由于都是系统的变化，略去下标由于都是系统的变化，略去下标“系统系统”由于等温，由于等温，所以：所以：三三、系统的、系统的Gibbs自由能自由能2024/8/384第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。称称G为为Gibbs自由能。自由能。G 是状态函数，是状态函数，没有明确的物理意没有明确的物理意义，具有广度性质，没有确定值。义，具有广度性质，没有确定值。自由能的减少即自由能的减少即G的物理意义是系统等温等压下作的物理意义是系统等温等压下作系统对外所能做的最大非体积功（可逆过程系统对外所能做的最大非体积功（可逆过程)，即：，即：2024/8/385第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。系统对外作非体积功时，系统对外作非体积功时，Wf 0，0时，时，反应正向进行。，反应正向进行。（2）0，T1，平衡正向移动。，平衡正向移动。2.对于放热反应，对于放热反应，升高温度，升高温度，T2T1，平衡逆向移动。，平衡逆向移动。3.越大，越大，的值越大，温度对平衡的值越大，温度对平衡移动的影响越大。移动的影响越大。2024/8/3160第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。如果知道化学反应的标准摩尔焓变如果知道化学反应的标准摩尔焓变 ，又知道，又知道温度为温度为T1时的标准平衡常数时的标准平衡常数 ，利用公式很容易求出，利用公式很容易求出T2时的时的 。2024/8/3161第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【例例6-12】298.15K标准态下合成氨的反应为：标准态下合成氨的反应为：试根据附表中的热力学数据求：试根据附表中的热力学数据求：（1）298.15K时此反应的标准平衡常数时此反应的标准平衡常数 ；（2）计算）计算500时此反应的时此反应的 ，并讨论温度对合，并讨论温度对合成氨的影响。成氨的影响。2024/8/3162第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。【解解】(1)查表得查表得298.15K时，时，则此合成氨反应在则此合成氨反应在298.15K的的 为：为：2024/8/3163第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。298.15K时，时，。2024/8/3164第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。（2）查表得）查表得298.15K时：时：则则298.15K下，此反应的下，此反应的 为：为：2024/8/3165第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。设在设在25 500（即（即298.15K 773.15K）区间）区间,反应热是常数，即：反应热是常数，即：。773.15K时，时，。2024/8/3166第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Le Chatelier原理：原理：平衡向着消除外来影响，恢复原有状态的方向移动。平衡向着消除外来影响，恢复原有状态的方向移动。2024/8/3167第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第第108页：页：9、10、15、16、172024/8/3168第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。本章学习要点本章学习要点 一、热力学系统和状态函数一、热力学系统和状态函数 （一）系统与环境（一）系统与环境 （二）状态函数与过程（二）状态函数与过程 （三）热和功（三）热和功 二、能量守恒和化学反应热二、能量守恒和化学反应热 （一）热力学能和热力学第一定律（一）热力学能和热力学第一定律 （二）系统的焓变和反应热效应（二）系统的焓变和反应热效应 （三）反应进度、热化学方程式与标准态（三）反应进度、热化学方程式与标准态 （四）（四）Hess定律和反应热的计算定律和反应热的计算2024/8/3169第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。三、熵和三、熵和Gibbs自由能自由能 （一）自发过程的特征及判据（一）自发过程的特征及判据 （二）系统的熵（二）系统的熵 （三）系统的（三）系统的Gibbs自由能自由能 四、化学平衡四、化学平衡 （一）化学反应的限度与平衡常数（一）化学反应的限度与平衡常数 （二）化学平衡的移动（二）化学平衡的移动 （三）反应耦合与生物体内的化学平衡（三）反应耦合与生物体内的化学平衡 2024/8/3170第六章第六章 化学反应热及反应的方向和限度化学反应热及反应的方向和限度