大連理工大學(xué)無機化學(xué)第二章的課件

第二章熱化學(xué)§2.1

熱力學(xué)術(shù)語和基本概念§2.2熱力學(xué)第一定律§2.3化學(xué)反應(yīng)熱§2.4Hess定律§2.5反應(yīng)標準摩爾焓變的計算§2.1

熱力學(xué)術(shù)語和基本概念2.1.1系統(tǒng)和環(huán)境2.1.5化學(xué)反應(yīng)計量式和反應(yīng)進度2.1.4相2.1.3過程和途徑2.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

2.1.1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)(system)：被研究對象。環(huán)境(surroundings)：與系統(tǒng)密切相關(guān)的部分。敞開系統(tǒng)：與環(huán)境有物質(zhì)交換也有能量交換。封閉系統(tǒng)：與環(huán)境無物質(zhì)交換有能量交換。隔離系統(tǒng)：與環(huán)境無物質(zhì)、能量交換。2.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)(state)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。狀態(tài)函數(shù)(statefunction)：描述系統(tǒng)性質(zhì)的物理量（如p，V，T)。特點：①狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。②狀態(tài)變化時,狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān),而與變化的途徑無關(guān)。始態(tài)終態(tài)（Ⅰ）（Ⅱ）2.1.3過程和途徑過程(process)：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)發(fā)生的一系列變化。定溫(isothermal)過程：始態(tài)、終態(tài)溫度相等，并且過程中始終保持這個溫度。T1=T2定壓(isobaric)過程：始態(tài)、終態(tài)壓力相等，并且過程中始終保持這個壓力。p1=p2定容(isochoric)過程：始態(tài)、終態(tài)容積相等，并且過程中始終保持這個容積。V1=V22.1.4相均相(homogeneous)系統(tǒng)(或單相系統(tǒng))非均相(heterogeneous)系統(tǒng)(或多相系統(tǒng))系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的且與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分，叫做相(phase)

。2.1.5化學(xué)反應(yīng)計量式和反應(yīng)進度—物質(zhì)B的化學(xué)計量數(shù)(stoichiometricnumber)化學(xué)反應(yīng)計量式：νA=-a，νB=-b，νY=y，νZ=z。反應(yīng)進度（extentofreaction)：單位是molt0時nB/mol

3.010.000

t1時nB/mol

2.07.02.0

t2時nB/mol

1.55.53.0反應(yīng)進度必須對應(yīng)具體的反應(yīng)方程式。2.07.02.0(mol)3.010.00(mol)§2.2熱力學(xué)第一定律2.2.1熱和功2.2.3熱力學(xué)第一定律2.2.2熱力學(xué)能2.2.1熱和功系統(tǒng)與環(huán)境之間由于存在溫差而傳遞的能量。1.熱(Q)熱不是狀態(tài)函數(shù)。規(guī)定：系統(tǒng)吸熱(endothermic)：Q>0；系統(tǒng)放熱(exothermic)：Q<0。系統(tǒng)與環(huán)境之間除熱之外以其他形式傳遞的能量。分類：體積功，非體積功系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0（失功）環(huán)境對系統(tǒng)做功，W>0（得功）2.功(W)規(guī)定：功不是狀態(tài)函數(shù)pexV1體積功的計算：2.2.2熱力學(xué)能熱力學(xué)能(thermodynamicenergy)U：

系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部能量之和，也稱內(nèi)能(internalenergy)。

U是狀態(tài)函數(shù)。熱力學(xué)能變化只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。2.2.3熱力學(xué)第一定律對于封閉系統(tǒng),熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式為：熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。U1

U2QWU2=U1+Q+WU2-U1=Q+W§2.3化學(xué)反應(yīng)熱2.3.1定容反應(yīng)熱2.3.5標準摩爾生成焓2.3.4熱化學(xué)方程式2.3.3rUm和rHm

2.3.2定壓反應(yīng)熱2.3.6標準摩爾燃燒焓封閉系統(tǒng)，在定容過程中，系統(tǒng)和環(huán)境之間交換的熱量為定容反應(yīng)熱。用QV表示。因為V=0，所以，體積功W=0；

QV=

U即，在定容且非體積功為零的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加。2.3.1定容反應(yīng)熱封閉系統(tǒng)，在定壓過程中，系統(tǒng)和環(huán)境之間交換的熱量為定壓反應(yīng)熱。用Qp表示。若系統(tǒng)不做非體積功，則：2.3.2定壓反應(yīng)熱令：U+pV=H

—焓(enthalpy)，狀態(tài)函數(shù)H=H2–

H1——焓變則Qp

=H即在定壓且非體積功為零的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱等于系統(tǒng)焓的增加。反應(yīng)的摩爾焓變(molarenthalpychangeofreaction)rHm2.3.3rUm和rHm

在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)的摩爾熱力學(xué)能變rUm對于無氣體參加的反應(yīng)，W=–pex

V=0有氣體參加的反應(yīng)：=–

n(g)RTU=H

rUm和rHm

的關(guān)系≈–RT∑νB(g)

=標準狀態(tài)：表示化學(xué)反應(yīng)及其反應(yīng)熱(標準摩爾焓變)關(guān)系的化學(xué)反應(yīng)方程式。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)氣體：T，p=p=100kPa液、固體：T，p下，純物質(zhì)溶液：溶質(zhì)B，bB=b=1mol·kg-1cB=c=1mol·L-12.3.4熱化學(xué)方程式(298.15K)=–483.64kJ·mol-1稱為反應(yīng)的標準摩爾焓變。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H2(g)+O2(g)H2O(g)(298.15K)=–483.64kJ·mol-1聚集狀態(tài)不同時，不同。(298.15K)=–571.66kJ·mol-1化學(xué)計量數(shù)不同時，不同。(298.15K)=–241.82kJ·mol-1在溫度T下,由參考狀態(tài)的單質(zhì)生成物質(zhì)B(νB=+1)反應(yīng)的標準摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標準摩爾生成焓(standardmolarenthalpyofformation)。符號為：(B,相態(tài),T)，單位是kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)(H2O,g,298.15K)=–241.82kJ·mol-1(參考態(tài)單質(zhì),T)=02.3.5標準摩爾生成焓

在溫度T下,物質(zhì)B(νB=-1)完全氧化成指定產(chǎn)物時反應(yīng)的標準摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標準摩爾燃燒焓(standardmolarenthalpyofcombustion)。符號為：)O(l2H(g)CO

(g)OOH(l)CH222233++(B,相態(tài),T)，單位是kJ·mol-1(CH3OH,l,298.15K)=-726.51kJ·mol-10),g,CO(2=T0),l,OH(2=T2.3.6標準摩爾燃燒焓§2.4Hess定律

化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱總是相同的。+=或=例：已知298.15K下，反應(yīng)：計算298.15K下，CO的標準摩爾生成焓。)(gCO

(g)OC(s)(1)22+(g)CO

(g)OCO(g)(2)2221+應(yīng)用：1.利用方程式組合計算(1)=–393.5kJ·mol-1(2)=–282.98kJ·mol-1解：解法一：利用Hess定律途徑1途徑2解法二：(g)CO(g)OC(s)22+222)(gCO(g)OCO(g))1+-1CO(g)(g)OC(s)22+,3,1,2,3,1,2=–=–110.53kJmol-1,1,2,3§2.5反應(yīng)標準摩爾焓變的計算2.5.1由標準摩爾生成焓計算反應(yīng)的標準摩爾焓變2.5.2由標準摩爾燃燒焓計算反應(yīng)的標準摩爾焓變=[4×90.25+6×(-241.82)

-4×(-46.11)-0]kJ·mol-1=–905.48kJ·mol-12.5.1由標準摩爾生成焓計算反應(yīng)的標準摩爾焓變=?(NH3,g)4(O2,g)5(NO,g)4(H2O,g)6(NO,g)+4(H2O,g)6(NH3,g)+-[4(O2,g)]5=結(jié)論：

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