物理化学-第四章PPT课件.ppt

1 实验课不得迟到 迟到10分钟取消当次实验资格 实验开始前提交预习报告 进行预习测试 无预习报告者 取消当次实验资格 被取消实验资格的学生 该实验项目成绩减10分后 重新预约 2 进入实验室前必须明确当次实验所使用的药品和试剂的安全使用常识 参见 实验指导手册第六部分 3 进入实验室必须穿实验服 必须佩戴护目镜进行实验操作 女同学必须将长头发扎起 4 实验室内禁止穿露脚趾的鞋子 禁止在实验室内进食 喝水 手机必须关闭 禁止玩电脑游戏 5 禁止用手机进行运算 请自带计算器 物理化学实验注意事项 从安全和纪律角度出发 如果违反上述规定 停止当次实验 该实验项目成绩减10分后 重新预约 请各班班长以班级为单位领取 物理化学实验指导手册 时间 2014年3月11日 周二 晚18 30 20 00地点 主校区北山化学实验楼225房间 1 重点回顾 2 可逆过程的p f V 关系称为可逆过程方程 随具体途径而异 对理想气体可逆恒温过程p nRT V TV 1 常数 不论可逆与否 绝热过程的功总可以用W U来进行计算 这种方法往往较容易 3 相变焓 1mol纯物质于恒定温度T及该温度的平衡压力下发生相变时对应的焓变 相变Hm T 相变Hm f1 T p p f2 T 相变Hm f T vapHm T2 Hm l vapHm T1 Hm g 4 已知苯在101 3kPa下的熔点为5 在5 时 fusHm 9916J mol 1 计算在101 3kPa 5 下苯 s 变为苯 l 的 H 例 5 看书中例题1 3和1 4 6 1 10实际气体的热力学能和焓 真实气体U f T V H f T p 1 焦耳 汤姆生实验 节流过程 p1 p2 多孔塞 p1V1 p2 V2 p1 开始 结束 绝热筒 室温常压时 多数气体节流膨胀后温度下降 产生制冷效应 有些气体 H2 He 则产生致热效应 压力足够低时 膨胀前后温度基本不变 流体在绝热条件下 通过阻力伐或多孔塞的过程 也称节流膨胀 流体经节流膨胀温度变化 这一现象称焦耳 汤姆生效应 7 现T p都变而H不变 表明H随T的改变与随p的改变相互抵消 理想气体的焓仅是温度的函数 在等焓情况下温度恒不变 其节流膨胀系数为零 在等焓的情况下 节流过程中温度随压力的变化率称为焦耳 汤姆生系数或节流膨胀系数 因为 p0 流体节流后温度升高 JT 0 流体节流后温度下降 JT 0 流体节流后温度不变 绝热Q 0 U W p1V1 p2V2 故U2 U1 p1V1 p2V2 得U2 p2V2 U1 p1V1即H2 H1等焓过程 2 节流膨胀的热力学特征 8 例试从H f T P 出发 证明 若一定量某种气体从298K 100kPa定温压缩时 系统的焓增加 则气体在298K 100kPa下的节流膨胀系数 J T 0 9 证明 由H f T P 10 1 11热力学第一定律在化学变化中的应用 1 反应进度 反应计量通式 对任一反应aA bB lL mM0 aA bB lL mM 化学计量数 B对反应物取负值 对生成物取正值 对微量反应有d dnB B 的大小与选择哪种物质 B 来表示无关 的大小与反应计量式的写法有关 1mol时 nB B 即每种物质变化了计量数摩尔 用反应进度 来表示反应进行了多少 11 2 化学反应的摩尔热力学能 变 和摩尔焓 变 一定状态时系统的焓和内能随反应进度的变化率 每一状态下都有一个确定的 rHm T p yC 并随状态 反应进度 而变 rHm也与反应计量式的写法有关 12 3 物质的标准态 为建立一系列基础热数据以供计算之需 必须规定物质的标准状态 标准态时的三种卤素氯气 黄绿色气体液溴 微红色挥发性液体 为常温常压下两种液态单质之一碘 黑紫色固体 气体的标准态 标准压力p 下的纯理想气体 液 固体的标准态 p 下的纯液体或纯固体 py 100kPa 13 4 化学反应的标准摩尔焓 标准摩尔反应焓 任意化学反应aA bB lL mM中各物质均处于温度T的标准态时的摩尔反应焓 以 rHm T 表示 仅为定义式 没有实际意义 14 5 盖斯定律 盖斯定律 标准摩尔反应焓仅与始末状态有关 而与具体途径 一步完成或经数步完成 无关 rHmy T rHm 1y T rHm 2y T 15 6 标准摩尔生成焓 在温度T 由参考状态的单质生成物质B B 1 时的标准摩尔焓变称为物质B的标准摩尔生成焓 参考状态 指最稳定的状态 磷的参考态是白磷 s 而不是最稳定的红磷 s 二者差别只有一个单质 磷 稳定态单质自身的标准摩尔生成焓为零 16 fHmy CO g 298 15K C 石墨 298 15K py 1 2O2 g 298 15K py CO g 298 15K py rHmy fHmy CO g 298 15K 对一定相态的物质B 其标准摩尔生成焓 fHB T 仅是温度的函数 298 15K时的值可以从手册查出 是基础热数据之一 固体单质常有多种晶型 相态 如碳的各晶型中石墨是稳定态 由其它晶型参与的生成反应的焓变就不是含碳化合物B的标准摩尔生成焓 稳定态单质自身的标准摩尔生成焓为零 17 一 由标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓 稳定态的有关单质T 标准态 通常可查得298 15K下各物质的标准摩尔生成焓 来计算该温度下任一反应的标准摩尔反应焓 18 标准摩尔燃烧焓 在温度T 物质B B 1 完全氧化成相同温度下指定产物时的标准摩尔焓变 称为该物质的标准摩尔燃烧焓 对一定相态的物质B 其标准摩尔燃烧焓 cHB T 仅是温度的函数 298 15K时的值可以从手册查出 是基础热数据之一 完全燃烧产物的标准摩尔燃烧焓为零 指定产物指 C CO2 g H H2O l S SO2 g C2H5OH l 298K py 3O2 g 298K py 2CO2 g 298K py 3H2O l 298K py rHmy 298K cHmy C2H5OH l 298K 19 二 由标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓 通常可查得298 15K下物质的标准摩尔燃烧焓 来计算该温度下任一反应的标准摩尔反应焓 C2H5OH l CH3COOH l CH3COOC2H5 l H2O l 5O2 g 5O2 g 20 三 标准摩尔反应焓随温度的变化 已知298 15K下化学反应的 rHm 298 15K 欲求取T温度下的 rHm T 21 上式称作基希霍夫公式式中 rCp m lCp m L mCp m M aCp m A bCp m B 即 rCp m BCp m B 若取两温度分别为T1和T2 则得到更一般的形式 22 例1气相反应A g B g Y g 在500 100kPa进行时 Q W rHm rUm 各为多少 已知数据 物质 fHm 298K kJ mol 1Cp m J K 1 mol 1A g 23519 1B g 524 2Y g 24130 0 Cp m的适用范围为25 800 23 小结 基本原理 热力学第一定律 两条重要的结论 对于一定量 组成不变的均相流体 系统的任意宏观性质是另外两个独立的宏观性质的函数 一定量纯理想气体的热力学能和焓只是温度的函数 24 基本公式 H U pV 25 使用频率高的两个公式 U QV H Qp 应用条件 封闭系统 W 0 定容过程 26 封闭系统 W 0 p V T变化过程 定容过程 W 0 QV H U pV 定压过程 Qp W psu V2 V1 27 定温过程 理想气体 U 0 H 0 封闭系统 W 0 p V T变化过程 可逆 Q 自由膨胀 W 0 理想气体 U 0 H 0 Q 0 28 封闭系统 W 0 p V T变化过程 绝热过程 理想气体 绝热过程 Q 0 理想气体绝热可逆过程方程式 29 理想气体任意p V T变化过程 封闭系统 W 0 p V T变化过程 30 相变化 Qp H W p V V U H p V V 若蒸气视为理想气体 则 U H nRT 若 为气相 为凝聚相 31 化学变化 rHmy T B fHmy B 相态 T B cHmy B T rHmy T rUmy T RT B g 32 33 小考 1mol理想气体由27 101 325kPa受某恒定外压恒温压缩到平衡 再恒容升温至97 则压力升至1013 25kPa 求整个过程的W Q U 及 H 已知该气体的CV m恒定为20 92J mol 1 K 1 W W1 p 环 V2 V1 p2 V2 V1 p2V2 p3T2V1 T3 nRT2 1 p3T2 p1T3 1 8 314 300 15 1 1013 23 300 15 101 325 370 15 J 17 74kJ p 环 p2 p3T2 T3 U nCV m T2 T1 1 20 92 97 27 J 1 464kJ H nCp m T2 T1 1 20 92 8 314 97 27 J 2 046kJ Q U W 1 46 17 74 kJ 16 276kJ 34 思考题已知25 水的饱和蒸气压为3 167kPa 它的 vapHm 298 15K 44 01kJ mol 1 今