普通化學(xué)第一章

材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院普通化學(xué)學(xué)科交叉與滲透更普遍生物藥學(xué)地學(xué)醫(yī)學(xué)化學(xué)農(nóng)學(xué)材料農(nóng)業(yè)化學(xué)生物化學(xué)藥物化學(xué)材料化學(xué)地球化學(xué)醫(yī)用化學(xué)教學(xué)內(nèi)第一章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率第三章酸堿平衡與沉淀平衡第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第五章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第六章元素及其化合物第七章高分子化學(xué)簡(jiǎn)介主要參考教材浙江大學(xué)普通化學(xué)教學(xué)組編，普通化學(xué)．高等教育出版社，2005.

傅獻(xiàn)彩編，大學(xué)化學(xué)．高等教育出版社，2003.

曲保中等編，新大學(xué)化學(xué)．高等教育出版社，2005.

張密林主編，

大學(xué)化學(xué)．哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005.

華彤文等編，普通化學(xué)原理．北京大學(xué)出版社，2005.

段連運(yùn)等譯，化學(xué)與社會(huì)，化學(xué)工業(yè)出版社．2000課時(shí)：40學(xué)時(shí)其中理論課32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課8學(xué)時(shí)成績(jī)：期末考試占80％，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20％答疑：

地點(diǎn)：72#312房間時(shí)間：周三下午2:00-5:00高溫?zé)掕F為什么不能用同樣的方法進(jìn)行高爐煉鋁？NO,CONO,CO是汽車(chē)尾氣中的有毒成分，它們能否相互反應(yīng)生成N2和CO2。?金剛石石墨第一章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)1.2化學(xué)反應(yīng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計(jì)算1.1熱力學(xué)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(guò)程和途徑

1.1.4熱力學(xué)能1.1.5熱和功

熱力學(xué):專(zhuān)門(mén)研究能量相互轉(zhuǎn)變過(guò)程中所遵循的規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。

化學(xué)熱力學(xué):用熱力學(xué)的理論和方法研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能量變化問(wèn)題、化學(xué)反應(yīng)方向問(wèn)題以及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度問(wèn)題。1.1熱力學(xué)基本概念體系之外并與體系有密切聯(lián)系的那部分物質(zhì)或空間稱(chēng)為環(huán)境。被劃分出來(lái)作為研究對(duì)象的那部分物質(zhì)或空間稱(chēng)為體系(系統(tǒng)）。1.1.1體系和環(huán)境敞開(kāi)體系：體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換。體系分類(lèi)：敞開(kāi)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(wú)物質(zhì)和能量交換。

封閉體系:體系與環(huán)境之間只有能量交換，而沒(méi)有物質(zhì)交換。孤立體系：體系與環(huán)境之間既沒(méi)有物質(zhì)交換也沒(méi)有能量交換。敞開(kāi)體系封閉體系孤立體系動(dòng)畫(huà)來(lái)源：紹興文理學(xué)院無(wú)機(jī)及分析化學(xué)用來(lái)描述體系狀態(tài)的物理量（p、T、V、H、U…）叫做狀態(tài)函數(shù)。由一系列表征體系性質(zhì)的物理量所確定下來(lái)的體系的存在形式稱(chēng)為體系的狀態(tài)。1.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)的特征體系狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)值一定體系變化時(shí)，狀態(tài)函數(shù)值的變化只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化途徑無(wú)關(guān)循環(huán)過(guò)程狀態(tài)函數(shù)的變化值為零體系的狀態(tài)由于外界條件的改變會(huì)發(fā)生變化，這種狀態(tài)變化稱(chēng)為過(guò)程。變化過(guò)程可以采取多種不同的具體形式，我們把實(shí)現(xiàn)過(guò)程的每一種具體的形式稱(chēng)為途徑。1.1.3過(guò)程和途徑根據(jù)過(guò)程發(fā)生時(shí)的條件不同，可分為以下幾類(lèi)：恒溫過(guò)程：T1=T2=T外

恒壓過(guò)程：p1=p2=p外恒容過(guò)程：V1=V2絕熱過(guò)程：Q=0恒溫過(guò)程373K，505kPa恒溫過(guò)程373K，202kPa恒壓過(guò)程恒壓過(guò)程不同途徑的示意圖308K，202kPa始態(tài)308K，505kPa終態(tài)

熱力學(xué)能(內(nèi)能):

是體系內(nèi)各種形式的能量的總和，用符號(hào)U表示。單位:J或kJ

熱力學(xué)能特點(diǎn):

狀態(tài)函數(shù);其絕對(duì)值不可測(cè)量;具有加和性1.1.4熱力學(xué)能動(dòng)畫(huà)來(lái)源：紹興文理學(xué)院無(wú)機(jī)及分析化學(xué)定義:

體系與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱(chēng)為熱，以符號(hào)Q表示。單位:J或kJ規(guī)定：若體系吸熱，Q

0

若體系放熱，Q0

1.1.5熱和功1.熱規(guī)定：若環(huán)境向體系做功，功取正值(W

0)

若體系向環(huán)境做功，功取負(fù)值(W

0)定義:

除熱之外，在體系和環(huán)境之間被傳遞的其它能量，稱(chēng)為功，以符號(hào)W表示。單位:J或kJ

功和熱都與途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)2.功功的分類(lèi)體積功外的所有其他形式的功稱(chēng)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(chēng)為體積功。

體積功

非體積功

體積功的計(jì)算外力做功：體系做功：W=－P外·?VW=F·d=(P·A)·h=P·?V該圖來(lái)自北大無(wú)機(jī)化學(xué)課件1.判斷題狀態(tài)函數(shù)的變化值只取決于體系的始終，而與變化的途徑無(wú)關(guān)。(2)Q和W是過(guò)程函數(shù)，而U是狀態(tài)函數(shù)。2.計(jì)算題(1)體系放熱300kJ,并受壓做功700kJ,求內(nèi)能的變化。(2)5g液態(tài)乙醇在78.3℃完全蒸發(fā)成3.03升蒸汽，吸熱4.268kJ,求ΔU練習(xí)題1.2化學(xué)反應(yīng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計(jì)算1.1熱力學(xué)基本概念1.2.1熱力學(xué)第一定律1.2.2熱化學(xué)方程式與蓋斯定律

1.2.3化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)

1.2化學(xué)反應(yīng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，能量的總值不變。1.2.1熱力學(xué)第一定律體系環(huán)境U>0U

<0

熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

ΔU=Q+WQ>0體系吸熱Q<0體系放熱W>0對(duì)體系做功W<0對(duì)環(huán)境做功例1.1起始狀態(tài)為U1的體系，假設(shè)體系放出200J的熱量，環(huán)境對(duì)體系做了350J的功，計(jì)算體系的能量變化和終態(tài)U2。解:由題意可知：Q=－200J；W=+350J

ΔU=Q+W＝－200J+350J=150J因?yàn)?/p>

U2－U1=ΔU所以U2=U1+ΔU=U1+150J

定義：化學(xué)反應(yīng)時(shí)，體系所放出或吸收的熱量稱(chēng)為該反應(yīng)的反應(yīng)熱效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)熱效應(yīng)或反應(yīng)熱。分類(lèi)：

恒容熱效應(yīng)恒壓熱效應(yīng)1.2.2化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)恒容熱效應(yīng)QV

在恒容過(guò)程中完成的化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)為恒容反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱(chēng)為恒容熱效應(yīng)。體系ΔU=QvΔU=Q+WW=0恒壓熱效應(yīng)

Qp

在恒壓過(guò)程中完成的化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)為恒壓反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱(chēng)為恒壓熱效應(yīng)。體系恒壓熱效應(yīng)的計(jì)算ΔU=Qp

–p外ΔV

W=－pΔV

U2-U1=Qp

–p外(V2-V1)

U2-U1=

Qp

-（p2V2-p1V1）Qp=(U

2＋p2V2)–(U1+p1V1)如果體系是在等壓，只做體積功下變化,

即p1=p2=p外，ΔV0H:是一個(gè)新的熱力學(xué)函數(shù)，稱(chēng)為焓；單位：J或kJ焓變：

ΔH=Qp

令：

H=U+pV

焓的特點(diǎn):焓是狀態(tài)函數(shù);絕對(duì)值無(wú)法測(cè)量;具有加和性點(diǎn)火線(xiàn)恒容反應(yīng)熱效應(yīng)的測(cè)量彈式熱量計(jì)反應(yīng)熱Qv

？問(wèn)題？不能直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的反應(yīng)，如何知道反應(yīng)的熱效應(yīng)呢？反應(yīng)：C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)的反應(yīng)熱能不能直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)量？

1.熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力（p?=100kPa）下純氣體的狀態(tài)液體、固體標(biāo)準(zhǔn)壓力下最穩(wěn)定的純液體、純固體溶液中的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力下質(zhì)量摩爾濃度1mol·kg1的狀態(tài)1.2.3熱化學(xué)方程式與蓋斯定律2.反應(yīng)進(jìn)度對(duì)于化學(xué)反應(yīng)：dD+eE=gG+hH一般化學(xué)反應(yīng)式

則有：dξ=B-1dnB對(duì)于有限的變化,有=nB/B當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度=1mol時(shí)，即按計(jì)量方程式進(jìn)行了一次完整的反應(yīng)時(shí)，稱(chēng)為1mol的化學(xué)反應(yīng)或簡(jiǎn)稱(chēng)摩爾反應(yīng)。

例如:(1)O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)

(2)1/2O2(g)+H2(g)═H2O(g)

=1mol時(shí)，

(1)表示生成了2mol的H2O(2)表示生成了1mol的H2O

化學(xué)計(jì)量方程與熱效應(yīng)都寫(xiě)出的方程稱(chēng)熱化學(xué)方程式

。3.熱化學(xué)方程式2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)的焓變稱(chēng)為該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變，用表示。變化值reaction反應(yīng)溫度ΔrHm(T)y標(biāo)準(zhǔn)態(tài)mole標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變應(yīng)注明反應(yīng)的溫度和壓力。如果是298.15K和100kPa，可省略。必須標(biāo)出物質(zhì)的聚集狀態(tài)。通常以g、l和s分別表示氣、液和固態(tài)。書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)注意下列幾點(diǎn)：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)=－483.6kJ.mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1必須注明固體物質(zhì)的晶型。碳有石墨、金剛石、無(wú)定形等晶型。

同一反應(yīng)，反應(yīng)式系數(shù)不同，熱效應(yīng)值也不同。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)=－285.8kJ.mol-1例1.2已知T=298.15K，p=100kPa時(shí)，反應(yīng)的

=－91.8kJ·mol1，計(jì)算在同樣條件下，下列反應(yīng)的。

解：4.蓋斯定律蓋斯定律的內(nèi)容：

“不管化學(xué)過(guò)程是一步完成或分為數(shù)步完成，這個(gè)過(guò)程的熱效應(yīng)是相同的?！鄙w斯定律的用途：利用實(shí)驗(yàn)易測(cè)量的反應(yīng)熱效應(yīng)，來(lái)計(jì)算難以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的反應(yīng)熱效應(yīng)。

(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)ΔrH

＝ΔrH

+ΔrH

ΔrH

＝ΔrH

－ΔrH

=

393.51kJ·mol-1(

395.41kJ·mol1)

=1.90kJ·mol-1ΔrH例1.3已知25℃時(shí)，求反應(yīng)（3）Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)

在25℃時(shí)的反應(yīng)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）1.什么是Hess定律？Hess定律的理論基礎(chǔ)是什么？2.熱力學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是怎樣規(guī)定的？3.熱力學(xué)第一定律與Hess定律有什么關(guān)系？反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)的壓力相等，而中間過(guò)程壓力有改變的反應(yīng)，是否一定服從Hess定律？為什么？練習(xí)題1.2化學(xué)反應(yīng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計(jì)算1.1熱力學(xué)基本概念1.3.1物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓1.3.2化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算

1.3.1

物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓變化值formationmoleΔfHm

(B，p，T

)y反應(yīng)溫度phase標(biāo)準(zhǔn)態(tài)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，由元素穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成1mol某純物質(zhì)B的焓變（即恒壓反應(yīng)熱），稱(chēng)為該物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。符號(hào)為1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計(jì)算1.3.1

物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，由元素穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成1mol某純物質(zhì)B的焓變（即恒壓反應(yīng)熱），稱(chēng)為該物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。符號(hào)為1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計(jì)算例如：在298K時(shí)任何一種穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零。使用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓時(shí)注意：這是一個(gè)相對(duì)值，相對(duì)于穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零。注明摩爾生成焓的溫度，不寫(xiě)就是指298.15K，該溫度下的數(shù)值可查熱力學(xué)數(shù)據(jù)表。注明B物質(zhì)的相態(tài)，同一物質(zhì)而不同相態(tài)，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的值不等。穩(wěn)定單質(zhì)(1)(2)(3)反應(yīng)物dD+eE生成物gG+hH用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓：1.3.2

化學(xué)反應(yīng)焓變的計(jì)算ni和nj分別為化學(xué)方程式中生成物和反應(yīng)物的系數(shù)?D?DD=jjiiHnHnH）－）反應(yīng)物生成物((mfmfmryyyCaculation?Hofreaction?計(jì)算下列反應(yīng)在298.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。

74.60393.5285.8解：＝2×(285.8kJ·mol-1)+(393.5kJ·mol-1)(

74.