1、第一章 化学变化中的能量关系,基本要求 1-1 基本概念和术语 1-2 化学反应热和反应焓变 1-3 化学反应热的热力学计算小结 习题精选,目录,基本要求：1、了解状态函数、过程与途径、功、热和内能等基本概念，理解状态函数的特征。2、了解热力学第一定律，理解由热力学第一定律导出定容反应热、定压反应热和反应焓变的思维程序和计算公式。,3、理解盖斯定律的含义，掌握由盖斯定律计算反应焓变的计算程序和方法。4、掌握由标准摩尔生成焓计算反应标准焓变的公式及应用。,重点： 1、热力学性质与状态函数。 2、化学反应焓变的规律和计算。,难点：标准焓变(H )化学过程中的综合求算。,第一节 基本概念和术语,一、
2、系统与环境 1、系统2、环境3、系统种类,图例：,二、状态与状态函数1、状态指用来描述系统的各种宏观性质的综合表现。2、状态函数指用来描述系统状态的物理量。,例1-1：,3、状态函数的特征(1)、状态函数值随状态而发生改变。 (2)、状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与系统的所经历的途径无关。,三、广度性质和强度性质1、广度性质指在数值上与系统中物质的量成正比，具有加和性的系统性质。2、强度性质指在数值上与系统中物质的量无关，不具有加和性，仅决定于系统本身特性的性质。,注意：很多强度性质是两个广度性质的比值。 思考：、C分别是哪些广度性质的比值？,例1-2：,四、过程与途径,途径：指实现
3、某个过程的具体步骤。,五、热、功与热力学能1、热：(Q或q)2、功：(W)3 、功的形式包括体积功和非体积功。,对于体积功：,当P始 = P终 = P环 = P时，则：W = PV=P(V2V1) 注意：Q、W与过程有关，因而它们都不是状态函数。,图例：,4、规定Q与W的取值正、负有不同的规定：,5、热力学能(或内能)指热力学系统内部能量的总和。(符号U)注意：(1)、U属于状态函数，其单位为KJ(或J)。(2)、系统内能(U)的绝对值无法确定，但可通过实验确定其变化值(U)。,六、热力学的标准态1、物质的热力学标准态是指在热力学中，对各物质规定的一个共同的基准状态。说明：P(标准压力)=10
4、0kPa P(旧)=101.325kPa,2、热力学对物质的标准态规定(1)、气态物质的标准态指在任一温度T、标准压力P下表现出理想气体性质的纯气体状态。(2)、液体、固体物质的标准态指在任一温度T、标准压力P下的纯液体、纯固体状态。,(3)、溶液的标准态指在任一温度T、标准压力P及标准浓度C时的状态。C = 1molL1,七、相1、概念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。2、均相系统(或单相系统)3、非均相系统(或多相系统),图例：,第二节 化学反应热和反应焓变,一、热力学第一定律1、内容2、数学表达式,由：,则U2U1(Q+W) U U2U1 Q
5、+W,例1-3：,二、化学反应热1、定容反应热符号用QV表示单位Jmol1或 kJmol1,结论：QV=U,推导1：,2、定压反应热符号用Qp表示单位Jmol1或 kJmol1,定义：HU+PV结论：Qp=H2H1 =H,推导2：,说明：H焓，是状态函数。（为什么？） 规定：H0，反应吸热；H0，反应放热。,焓的意义：、H是一个复合的状态函数；、H用来描述系统的热含量的热力学函数，其绝对值不能确定，但变化值H可通过实验确定。即：H=Qp、反应的热效应一般常用H表示，称之为反应焓变。,3、等容反应热与等压反应热的关系,例1-4：,推导3：,Qp=Qv +nRTH=U+nRT注意：式中n为气态生成
6、物与气态反应物的物质的量之差。,4、热化学方程式 (1)、概念(2)、书写注意事项,例1-5：,说明：rHm指标准摩尔反应焓变；rHm 指摩尔反应焓变；,r 代表“反应”；m代表“1mol反应”；表示标准态。(P=100kPa)其中：符号r、m常常省略，即rHm与rHm有的书简写为H与H .,第三节 化学反应热的热力学计算,一、盖斯定律1、内容在恒容或恒压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。2、推论若一反应可分几步完成，则该反应的反应热等于各分步反应热之和。,即化学反应的加、减、乘、除，对应于相应反应热的加、减、乘、除。 3、应用可由已知的反应热数据，经加、减
7、等运算得到由实验难以测定的反应热数据。,例1-6：,注意：、反应式进行加减时，所有反应的条件要一致。、方程式中计量数有变动时，焓变也要有相应系数的变动。、盖斯定律适用于所有状态函数。,二、由标准摩尔生成焓计算反应热1、物质的标准摩尔生成焓(1)、定义在标准态下，由稳定单质生成mol纯物质时反应的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。符号：fHm，可简写为fH ；单位：Jmol1或kJmol1,定义中的两个条件：、标准态、稳定单质(或指定单质)指标准态下最稳定的单质。例：碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和无定形碳，而其中石墨是最稳定单质。,(2)、重要规定fHm(稳定单质，H+)=0 2、由fHm计
8、算rHm,推导4：,公式：rHm=njfHm(生成物)nifHm(反应物),意义：任一化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成焓之和。,例1-7：,三、标准燃烧焓1、概念在标准态下，1mol物质完全燃烧的焓变称为该物质的标准摩尔燃烧焓。其中： 符号：cHm，可简写为cH ；单位：Jmol1或kJmol1。,完全燃烧：指物质中各元素均氧化为稳定的高价态物质。完全燃烧产物具体如下：,规定：cHm(O2及完全燃烧产物)=0,公式：rHm=nicHm(反应物) njcHm(生成物)思考：该公式与前面由fHm计算rHm公式有何区别？,2、由cHm计算rHm,推导5
9、：,小结,一、基本概念1、状态函数2、热力学能(或内能) 二、热力学第一定律 UQ+W 三、化学反应热1、定容反应热(或等容反应热)QV=U,2、定压反应热(或等压反应热)Qp=H 3、等容反应热与等压反应热的关系Qp=Qv +nRT或H=U+nRT,四、盖斯定律1、内容在恒容或恒压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。2、推论若一反应可分几步完成，则该反应的反应热等于各分步反应热之和。3、应用,五、标准摩尔焓变的计算1、 标准摩尔生成焓重要规定：fHm(稳定单质，H+)=02、由fHm计算rHmrHm=njfHm(生成物)nifHm(反应物),3、由cHm计算
10、rHmrHm=nicHm(反应物)njcHm(生成物),习题精选,1. 2. 3.4. 5. 6.7. 8. 9、,1、标态下，HgO(s) = Hg(l)+1/2 O2(g)，H = 90.71 kJmol1，则HgO(s)的标准生成热(焓)为( )kJmol1。A、45.36 B、90.71C、181.42 D、181.42,解：选B（为什么？）,2、下列反应，其H及化合物的fH具有同一数值的是（ ）。A、C(g)+O2(g)=CO2(g) B、HI=1/2I2+1/2H2(g)C、N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) D、S(s)+O2(g)=SO2(g),解：选D（为什么？）,3、
11、对给定气体分子物系，使熵值增大的措施是（ ）。A、增大压力 B、增大体积C、降低温度 D、减少气体物质,解：选B（为什么？）,4、已知下列热化学反应：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1 =-855 kJ/molC(石墨)+O2(g)=CO2(g) H2=-392 kJ/mol2H2+O2(g)=2H2O(l) H3=-570 kJ/mol(1)、标准生成焓为零的物质是 。(2)、C(石墨)的标准燃烧热为 kJ/mol 。 (3)、H2O(l)的标准生成焓fH为 kJ/mol。 (4)、CH4(g)的fH为 kJ/mol。,解：(1) C(石墨)、O2(g) 、H2(
12、g) ;(2) CH =-392kJ/mol ；(3) fH(H2O, l) =570/2=285kJ/mol ；,(4) 由反应：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) 则 H1=fH(CO2,g)+2fH(H2O, l)fH(CH4 ,g)+2fH(O2, l)855=-392+2(285)fH(CH4 ,g)+20, fH(CH4 ,g) = 107(kJ/mol),5、已知反应的热效应：、MnO2(s)=Mn(s)+O2(g) H1、MnO2(s)+Mn(s)=2MnO(s) H2则fH ( MnO,s)为 。,解：fH (MnO,s)即为如下反应的热效应：Mn(s)
13、+1/2O2(g)=MnO(s) H3 由盖斯定律，得H3=(H2H1)/2, fH ( MnO,s)=(H2H1)/2,6、反应BA的热效应为H1，反应BC的热效应为H2，则反应AC的热效应H是 。,解： BA H1 BC H2则得 AC由盖斯定律，AC的热效应H为：,H = H2H1,7、已知25C时，反应CH2Cl2(l)CH2Cl2(g)的 H= 29 kJ/mol，S = 92.5J/mol K，则CH2Cl2(l)的正常沸点是 。,解：因在正常沸点下为等温可逆过程，则：S = Q/T= H/T T = H/S = 291000/ 92.5,= 313.5(K),8、反应2H2O(l
14、)=2H2(g)+O2(g)，H=571.6 kJmol1，则H2O(l)的标准生成热是kJmol1。,解： 285.8,9、已知石墨燃烧热为 393.7kJ/mol ，金刚石燃烧热为395.8 kJ/mol，则石墨转化为金刚石反应的标准焓变是 。,解：2.1 kJ/mol,例1-1：,下列（ ）是状态函数。A、温度T B、体积功WC、内能变化U D、焓变H,解：选A（为什么？） 说明：(1)、常见状态函数有：、n、 、U、 H、S和G等；(2)、常见非状态函数为：Q(或q)、W等。,(3)、 、 、U、 H、 S和G等均不是状态函数，它们是状态函数的变化值。,例1-2：,下列各组物理量中，都
15、是状态函数且具有加和性的是( )。A、S、H、W B、H、U、GC、H、U、G D、S、H、T,解：选C（为什么？）,说明：(1)、常见的广度性质有：V(体积)、W(质量)、U (内能)、H (焓) 、S (熵) 、 G (自由能)等。(2)、常见的强度性质有：,T、P、 (密度)、C等。,例1-3：,某系统从始态变到终态，从环境吸热200kJ，同时对环境做功300kJ，求系统和环境的热力学能改变量。,解：、对系统：已知Q=+200kJ，W=300kJU=Q+W=200+(300)=100(kJ)、对环境：已知Q=200kJ，W=+300kJ,U=Q+W=200+300=100(kJ),例1-
16、4：,标态下，反应H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g)在373K时恒容反应热为240.3 kJmol1，该温度下反应的H值为( )kJmol1 .A、238.8 B、241.8C、1310.3 D、240.3,解：已知反应：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) Qv= U= 240.3 kJmol1 H=H=U+nRT= 240.3 +1(1+1/2)8.314373103= 241.8(kJmol1),思考：为什么要乘以103 ？,例1-5：,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) rHm=285.8kJmol12H2(g)+O2(g)=2H2O(l) rHm=57
17、1.6 kJmol12H2(g)+O2(g)=2H2O(g),rHm =484 kJmol1,例1-6：,在298K下，已知：(1)、C(石墨)+O2(g)=CO2(g)H1=393.5kJmol1(2)、CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)H2 =283.0kJmol1求反应：(3)、C(石墨)+1/2O2(g)=CO(g) H3=？,解：根据盖斯定律： (3)=(1)(2) H3=H1H2= 393.5(283.0),= 110. 5(kJmol1),例1-7：,乙炔(C2H2，M=26)是焊接工业的主要燃料，试计算78克乙炔完全燃烧的热效应。在298K时，已知： C2H2(g) C
18、O2(g) H2O(l) fHm 226.8 393.5 285.8(kJmol1),解：已知反应：C2H2(g)+(5/2)O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) 则由公式： rHm=2fHm(CO2，g)+fHm(H2O，l) fHm(C2H2 ，g)+(5/2)fHm(O2，g)=2(393.5)+(285.8)(226.8 )+(5/2)0=846(kJmol1),78克乙炔完全燃烧的热效应为：,Q=846(78/26)=2538(kJ),推导：,推导1：由定容条件，得V1=V2，则V = 0 V = 0且W非=0 W = PV = 0则由第一定律，得,U = QV + W = QV
19、,由定压条件，P1 = P2= P 且W =PV由热力学第一定律，得UQ+W=QpPV则Qp=UPV 将U = U2U1、 V = V2V1、及P1=P2= P 代入式，得,推导2：,Qp=(U2U1)+(P2V2P1V1) =(U2P2V2) (U1P1V1)定义：HU+PV, Qp=H2H1 =H,对任一反应：aA(g)+bB(g)gG(g)+dD(g)设 n1=a+b，n2=g+d ，由等压条件及理想气体状态方程：P1=P2=P， PV=nRT W =PV =(P2V2 P1V1) =(n2RT n1RT)=nRT,推导3：, U=Qp+W=QpnRT Qp=UW = U+nRT=Qv
20、+nRT,或H=U+nRT（为什么？）,从“稳定单质生成物”，可设计成如下两条不同的途径(I、II)：,推导4：,其中： H1=njfHm(生成物)H2=nifHm(反应物) 根据盖斯定律，得H1=H2+H H=H1H2,=njfHm(生成物)nifHm(反应物),从“反应物燃烧产物”，可设计成如下两条不同的途径(I、II)：,推导5：,其中： H1=nicHm(反应物) H2=njcHm(生成物)根据盖斯定律，得H1=H2+H H=H1H2,= nicHm(反应物)njcHm(生成物),实验与图示：,无 机 化 学 电 子 教 案,无 机 化 学 电 子 教 案,无 机 化 学 电 子 教 案,图示： 0oC下水中的冰。,
