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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 热化学,2.1,热力学术语和基本概念,2.2,热力学第一定律,2.3,化学反应的热效应,2.4,Hess,定律,2.5,反应热的求算,第二章 热化学2.1 热力学术语和基本概念2.2 热,1,2.1,热力学术语和基本概念,2.1.1,系统和环境,2.1.5,化学反应计量式和反应进度,2.1.4,相,2.1.3,过程和途径,2.1.2,状态和状态函数,2.1 热力学术语和基本概念2.1.1 系统和环境2.1.,2,2.1.1,系统和环境,系统：,被研究对象。,环境：,系统外与其密切相关的部分。,系统分类,（按系统与环境之间的物质和能量传递情况）：,敞开系统,，,封闭系统,和,隔离系统,(孤立系统)。,2.1.1 系统和环境系统：被研究对象。环境：系统外与其密切,3,敞开系统：,与环境有物质交换也有能量交换。,敞开系统：与环境有物质交换也有能量交换。,4,封闭系统：,与环境无物质交换有能量交换。,封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。,5,隔离系统：,与环境无物质、能量交换。,隔离系统：与环境无物质、能量交换。,6,三种系统与环境之间物质和能量的交换情况,敞开系统,封闭系统,隔离系统,有物质交换,没有物质交换,没有物质交换,有能量交换,有能量交换,没有能量交换,三种系统与环境之间物质和能量的交换情况敞开系统封闭系统隔离系,7,选择题：,下列情况中属于封闭体系的是（）,A）氢气在盛有氯气的密闭绝热容器中燃烧,B）反应N,2,O,4,(g）,2NO,2,(g)在密闭容器中进行,C）氢氧化钠与盐酸在敞口的烧杯中反应,D）用水壶烧开水,答案：B,选择题：答案：B,8,2.1.2,状态和状态函数,状态,：系统的宏观性质的综合表现。,由压力、温度、体积和物质的量等物理量所确定下来的系统存在的形式称为系统的状态。,状态函数,：描述系统状态的物理量(,p,V,T,)。,状态函数的关系：,根据理想气体状态方程：pV=nRT,状态函数之间有一定联系。,2.1.2 状态和状态函数状态：系统的宏观性质的综合表现。由,9,P,2,=303.9kPa,T,2,=473K,V,2,=0.845m,3,P,1,=101.3kPa,T,1,=373K,V,1,=2m,3,P,3,=202.6kPa,T,3,=373K,V,3,=1m,3,（I）加 压,（,II）加压、升温,减压、降温,始 态,终 态,P2=303.9kPaP1=101.3kPaP3=202.6,10,2.1.3,过程和途径,过程：,系统从始态到终态发生的一系列变化。,定温过程,：始态、终态温度相等，并且过程中始终保持这个温度。,T,1,=,T,2,定压过程,：始态、终态压力相等，并且过程中始终保持这个压力。,p,1,=,p,2,定容过程,：始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积。,V,1,=,V,2,2.1.3 过程和途径过程：,11,途径：,系统从始态变为终态所经历的过程总和，被称为途径。,状态函数的特点是：,其变化值只取决于系统的起始状态和终了状态，而与系统变化所经历的具体途径无关。,途径：,12,2.1.4,相,均相系统(或单相系统),非均相系统(或多相系统),系统中物理性质和化学性质完全相同的且与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分，叫做相。,2.1.4 相均相系统(或单相系统)系统中物,13,是非题：,1）聚集状态相同的物质混在一起，一定是单相体系。,2）系统内相界面越多，则相越多。,思考题：,1）高炉炼铁反应中，,FeO,(s),+CO,(g),Fe,(s),+CO,2(g),问该系统中共有几相？,是非题：,14,2.1.5,化学反应计量式和反应进度,物质B的化学计量数,规定：,生成物为正，反应物为负,。,化学反应计量式：,如 WO,3,(s)+6H,2,(,g,)=6H,2,O(l)+W(s),(WO,3,)=-1,(H,2,)=-6,(H,2,O)=6,(W)=1,2.1.5 化学反应计量式和反应进度物质B的化学计量数化学,15,反应进度(,),:,表示化学反应进行程度的物理量。,例如:对化学计量方程：,d,=,B,-1,d,n,B,或,=,B,-1,n,B,=,B,-1,n,B,式中：n,B,为B物质的量，,B,为B的化学计量数，,为反应进度,单位为mol,。,反应进度():表示化学反应进行程度的物理量。,16,t,0,时,n,B,/mol,3.0 10.0 0 0,t,1,时,n,B,/mol,2.0 7.0 2.0,t,2,时,n,B,/mol,1.5 5.5 3.0,t0时 nB/mol 3.0 10.0,17,2.0 7.0 2.0 (mol),3.0 10.0 0 (mol),2.0 7.0 2.,18,使用 时应注意：,（1）反应进度()的值与选用反应式中何种物质的量的变化进行计算无关。,（2）同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同,物质量改变相同，则,不同。,使用 时应注意：,19,2.2,热力学第一定律,2.2.1,热和功,2.2.3,热力学第一定律,2.2.2,热力学能,2.2 热力学第一定律2.2.1 热和功2.2.3,20,2.2.1,热和功,系统与环境之间由于存在温差而传递,的能量。,1.热(,Q,),热不是状态函数。,规定：,系统吸热：,Q,0；,系统放热：,Q,0。,2.2.1 热和功 系统与环境之间由于存在,21,系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。,分类：,体积功，非体积功,系统对环境做功，,W,0（得功）,2.功(,W,),规定：,功不是状态函数,系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。,22,p,ex,V,1,体积功的计算：,pexV1体积功的计算：,23,2.2.2,热力学能,热力学能(,U,)：,系统内所有微观粒子的全部,能量之和，也称内能。,U,是状态函数,。,热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。,2.2.2 热力学能热力学能(U)：系统内所有微观粒子,24,2.2.3,热力学第一定律,对于封闭系统热力学第一定律的数学表达是为：,热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。,U,1,U,2,Q,W,U,2,=,U,1,+,Q,+,W,U,2,-,U,1,=,Q,+,W,2.2.3 热力学第一定律 对于封闭系统,25,2.3,化学反应的热效应,2.3.1,定容反应热,2.3.5,标准摩尔生成焓,2.3.4,热化学方程式,2.3.3,r,U,m,和,r,H,m,2.3.2,定压反应热,2.3.6,标准摩尔燃烧焓,2.3 化学反应的热效应2.3.1 定容反应热2.3,26,封闭系统，在定容过程中,，系统和环境之间交换的热量为定容反应热。用,Q,V,表示。,因为：,V,=0，所以：,体积功,W,=0；,Q,V,=,U,即，,在定容且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统热力学能的增加。,2.3.1,定容反应热,封闭系统，在定容过程中，系统和环境之间交换的,27,封闭系统，在定压过程中,，系统和环境之间交换的热量为定压反应热。用,Q,p,表示。若系统不做非体积功，则：,2.3.2,定压反应热,封闭系统，在定压过程中，系统和环境之间交换的,28,令：,U,+,pV,=,H,焓,，状态函数,H,=,H,2,H,1,焓变,则：,Q,p,=,H,即，,在定压且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统焓的增加。,令：U+pV=H 焓，状态函数,29,对于无气体参加的反应，,W=p,ex,V,=0,有气体参加的反应：,2.3.3,r,U,m,和,r,H,m,=,=,p,ex,V,n,(g),RT,=,RT,B(g),=,对于无气体参加的反应，W=pex V=0有气体参加,30,标准状态：,表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓变)关系的化学反应方程式。,2H,2,(g)+O,2,(g),2H,2,O(g),气体：,T,，,p,=,p,=100kPa,液、固体：,T,，,p,下，纯物质,溶液：溶质B，,b,B,=,b,=1mol,kg,-1,c,B,=,c,=1mol,L,-1,2.3.4,热化学方程式,(298.15K)=,483.64kJ,mol,-1,称为反应的,标准摩尔焓变。,标准状态：表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓,31,2H,2,(g)+O,2,(g),2H,2,O(g),2H,2,(g)+O,2,(g),2H,2,O(,l,),H,2,(g)+O,2,(g),H,2,O(g),(298.15K)=,483.64kJ,mol,-1,聚集状态不同时，不同。,(298.15K)=,571.66kJ,mol,-1,化学计量数不同时，不同。,(298.15K)=,241.82kJ,mol,-1,2H2(g)+O2(g)2H2O(g)2H2(g)+O,32,在温度,T,下,由参考状态单质生成物质B(,B,=+,1)反应的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔生成焓。,H,2,(g)+O,2,(g),H,2,O(g),2.3.5,标准摩尔生成焓,(B,相态,T,)，单位是kJ,mol,-1,(H,2,O,g,298.15K)=,241.82kJ,mol,-1,(参考态单质,T,)=0,在温度T下,由参考状态单质生成物质B(B=+,33,在温度,T,下,物质B(,B,=,1)完全氧化成指定产物时的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔燃烧焓。,),O(l,2H,(g),CO,(g),O,OH(l),CH,2,2,2,2,3,3,+,+,2.3.6,标准摩尔燃烧焓,(B,相态,T,)，单位是kJ,mol,-1,(CH,3,OH,l,298.15K)=,726.51kJ,mol,-1,0,),g,CO,(,2,=,T,0,),l,O,H,(,2,=,T,在温度T下,物质B(B=,34,2.4 Hess,定律,化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的。,+,=,或,=,2.4 Hess定律 化学反应不管是一,35,例：,已知298.15K,下，反应：,计算298.15K,下，CO的标准摩尔生成焓。,),(g,CO,(g),O,C(s),(1),2,2,+,(g),CO,(g),O,CO(g),(2),2,2,2,1,+,应用：,1.利用方程式组合计算,(1)=,393.5kJ,mol,-1,(2)=,282.98kJ,mol,-1,例：已知298.15K下，反应：计算298.15K下，CO的,36,解：,解法一：,利用Hess定律,途径1,途径2,解法二：,(g),CO,(g),O,C(s),2,2,+,2,2,2,),(g,CO,(g),O,CO(g),),1,+,-,1,CO(g),(g),O,C(s),2,2,+,3,1,2,3,1,2,=,=110.53kJ,mol,-1,1,2,3,解：解法一：利用Hess定律途径1途径2解法二：(g)CO(,37,2.5,反应热的求算,2.5.1,由标准摩尔生成焓计算,反应的标准摩尔焓变,2.5.2,由标准摩尔燃烧焓计算,反应的标准摩尔焓变,2.5 反应热的求算2.5.1 由标准摩尔生成焓计算2,38,=,490.25+6(,-,241.82),-,4(,-,46.11),-,0,kJ,mol,-1,=,905.4 8kJ,mol,-1,2.5.1,由标准摩尔生成焓计算,反应的标准摩尔焓变,=?,(NH,3,g),4,(O,2,g),5,(NO,g),4,(H,2,O,g),6,(NO,g)+,4,(H,2,O,g),6,(NH,3,g),+,-,4,(O,2,g),5,=,=490.25+6(-241.82)=905.4,39,结论：,a,A+,b,B,y,Y+,z,Z,(B,相态,T,),B,(,T,),=,结论：aA+bB yY+zZ(B,相态,40,2.5.2,由标准摩尔燃烧焓计算,反应的标准摩尔焓变,(C),(CO),=,-,(C),
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