[理学]普化第一章.ppt

材料科学与化学工程学院,普通化学,学科交叉与渗透更普遍,第一章 化学热力学基础 第二章 化学反应的方向、限度和速率 第三章 酸碱平衡、沉淀平衡及配位平衡 第四章 电化学基础 第五章 物质结构基础 第六章 元素及其化合物 第七章 高分子化学简介,主要参考教材,浙江大学普通化学教学组编，普通化学高等教育出 版社，2005. 傅献彩编，大学化学高等教育出版社，2003. 曲保中等编，新大学化学高等教育出版社，2005. 张密林主编， 大学化学哈尔滨工程大学出版社，2005. 华彤文等编，普通化学原理北京大学出版社，2005. 段连运等译，化学与社会，化学工业出版社2000,课时：40 学时 其中理论课32 学时，实验课8学时 成绩：期末考试占80，实验成绩占20 答疑： 地点：72# 312房间 时间：周三下午 2:00-5:00,高温炼铁,为什么不能用同样的方法进行高炉炼铝？,NO, CO,NO, CO是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成N2和CO2。,?,金刚石,石墨,第一章 化学热力学基础,1.1 热力学基本概念,热力学:专门研究能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。,化学热力学:用热力学的理论和方法研究化学反应过程的能量变化问题、化学反应方向问题以及化学反应进行的程度问题。,1.1 热力学基本概念,体系之外并与体系有密切联系的那部分物质 或空间称为环境。,被划分出来作为研究对象的那部分物质或空 间称为体系(系统）。,1.1.1 体系和环境,敞开体系：体系与环境之间既有物质 交换，又有能量交换。,体系分类：敞开体系 封闭体系 孤立体系 依据：根据体系与环境之间有无物质和能量交换。,封闭体系:体系与环境之间只有能量 交换，而没有物质交换。,孤立体系：体系与环境之间既没有 物质交换也没有能量交换。,敞开体系,封闭体系,孤立体系,用来描述体系状态的物理量（p、T、V、H、U）叫做状态函数。,由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的存在形式称为体系的状态。,1.1.2 状态和状态函数,状态函数的特征,体系状态一定，状态函数值一定,体系变化时，状态函数值的变化只与体系 的始态和终态有关，而与变化途径无关,循环过程状态函数的变化值为零,体系的状态由于外界条件的改变会发生变化，这种状态变化称为过程。,变化过程可以采取多种不同的具体形式，我们把实现过程的每一种具体的形式称为途径。,1.1.3 过程和途径,根据过程发生时的条件不同，可分为以下几类：,始态,p2=200 kPa T1=298K,恒压过程,p2=200 kPa T2=398K,终态,恒温过程,p1=100 kPa T2=398K,恒压过程,p1=100 kPa T1=298K,恒温过程,热力学能(内能): 是体系内各种形式的能量的总和，用符号U表示。单位: J 或 kJ,热力学能特点: 状态函数; 其绝对值不可测量; 具有加和性,1.1.4 热力学能,定义: 体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，以符号Q表示。单位: J 或 kJ,规定： 若体系吸热，Q 0 若体系放热，Q 0,1.1.5 热和功,1. 热,规定： 若环境向体系做功，功取正值(W 0) 若体系向环境做功，功取负值(W 0),定义: 除热之外，在体系和环境之间被传递的其它能量，称为功，以符号W表示。单位: J 或 kJ,功和热都与途径有关，不是状态函数,2. 功,功的分类,体积功外的所有其他形式的功称为非体积功。如电功、表面功等。,由于体系体积变化而与环境交换的能量，称为体积功。,体积功的计算,外力做功：,体系做功：W = P外V,W = F d = (P A) h= PV,1.判断题 状态函数的变化值只取决于体系的始终态，而与变化的途径无关。 (2) Q和W是过程函数，而U是状态函数。 2.计算题 (1) 体系放热300kJ,并受压做功700kJ,求内能 的变化。 (2) 5g液态乙醇在78.3完全蒸发成3.03升蒸 汽，吸热4.268kJ,求U,练习题,1.2 化学反应的能量守恒与反应热效应,1.2.1 热力学第一定律,体系吸热,体系放热,W0,W0,Q0,体 系,Q0,对环境做功,对体系做功,U 0,U 0,热力学第一定律的数学表达式：,U = Q + W,起始状态为U1的体系，假设体系放出200 J的热量，环境对体系做了350 J的功，计算体系的能量变化和终态U2。,解: 由题意可知： Q=200 J；W=+ 350 J U=Q + W 200 J + 350 J=150 J 因为 U2U1 = U 所以 U2 = U1 + U = U1 + 150 J,定义： 化学反应时，体系所放出或吸收的热量称为 该反应的反应热效应，简称热效应或反应热。,分类： 恒容热效应 恒压热效应,1.2.2 化学反应的热效应,恒容热效应 QV,在恒容过程中完成的化学反应称为恒容反应，其热效应称为恒容热效应。,体 系,U = Qv,恒压热效应 Qp,在恒压过程中完成的化学反应称为恒压反应，其热效应称为恒压热效应。,体系,U = Qp p外 V,W = pV,U 2 - U 1 = Qp p外(V2 -V1),U 2 - U 1 = Qp -（p2V2 -p1V1）,Qp=(U 2 p2V2) (U 1+ p1V1),恒压热效应 的计算,H: 是一个新的热力学函数，称为焓； 单位：J 或 kJ,焓变： H = Qp,令： H = U + pV,焓的特点: 焓是状态函数; 绝对值无法测量; 具有加和性,点火线,恒容反应热效应的测量,弹式热量计,反应热Qv ？,不能直接用实验测量的反应，如何知道 反应的热效应呢？,反应： C(石墨) + 1/2 O2(g) = CO(g) 的反应热能不能直接用实验测量？,1. 热力学的标准态,1.2.3 热化学方程式与盖斯定律,反应进度：用来描述任一时刻反应进展程度的量。,化学计量方程与热效应都写出的方程称热化学方程式 。,2. 热化学方程式,2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g),化学反应中各物质处于标准态时的焓变称为该反应的标准摩尔反应焓变，用 表示。,标准摩尔反应焓变,应注明反应的温度和压力。 如果是298.15K和 100kPa，可省略。 必须标出物质的聚集状态。通常以g、l和s分别表示气、液和固态。,书写热化学方程式时注意下列几点：,必须注明固体物质的晶型。 碳有石墨、金刚石、无定形等晶型。 同一反应，反应式系数不同，热效应值也 不同。,已知T=298.15 K，p=100 kPa时， 反应的 = 91.8 kJmol1，计算在同样条件下，下 列反应的 。,3. 盖斯定律,盖斯定律的内容： “不管化学过程是一步完成或分为数步完成，这个过程的热效应是相同的。”,盖斯定律的用途： 利用实验易测量的反应热效应，来计算难以用实验方法测得的反应热效应。,rH rH +rH,rH rH rH,解：,= 2(221.0) kJmol1 (1118.4 kJ.mol1) = 676.4 kJmol1,（3）（1） 2 （2）,1. 什么是Hess定律？Hess定律的理论基础是什么？ 2. 热力学中的标准态是怎样规定的？ 3. 热力学第一定律与Hess定律有什么关系？反应的始态和终态的压力相等，而中间过程压力有改变的反应，是否一定服从Hess定律？为什么？,练习题,1.3.1 物质的标准摩尔生成焓,在标准态时，由元素稳定的纯态单质生成 1 mol 某纯物质B的焓变（即恒压反应热），称为该物质B的标准摩尔生成焓。符号为,1.3 化学反应热效应的理论计算,例如：在298K时,任何一种稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。,使用标准摩尔生成焓时注意：,这是一个相对值，相对于稳定纯态单质的标准摩尔生成焓等于零。,注明摩尔生成焓的温度，不写就是指298.15 K，该温度下的数值可查热力学数据表。,注明B物质的相态，同一物质而不同相态，其标准摩尔生成焓的值不等。,用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓：,1.3.2 化学反应焓变的计算,ni和nj分别为化学方程式中生成物和反应物的系数,解：,2(285.8 kJmol-1)+(393.5 kJmol-1)( 74.6kJmol-1) = 890.5 kJmol-1,=(1675.7 kJ.mol-1)0 kJ.mol-10 kJ.mol-1+(824.2kJ.mol-1) =851.5 kJ.mol-1,解：,根据标准生成焓的数据，计算铝粉和三氧化二铁反应的焓变 。,练习题,已知：(1) 4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H2O (l) , H 15