2.7标准摩尔反应焓及8课件

1,氯化铵吸热分解和放热合成(气相中),放热反应2Na+2H2O=2NaOH(酚酞变红)+H22K+2H2O=2KOH+H2(燃烧),化学反应伴随热效应图片,吸热反应Ba(OH)28H2O+2NH4NO3=Ba(NO3)2+2NH3+10H2O系统吸热使潮湿木板上的水结冰,并与锥形瓶粘连,系统发生化学反应,引起各物种的物质的量(系统性质之一,状态函数)发生变化,从而使系统的各种状态函数发生改变(如U,H),并产生热效应(如QV,Qp).,2,第九节：标准摩尔反应焓,系统进行化学反应时，系统的物质种类和数量都发生了变化，即反应物分子的化学键被破坏，形成产物分子的新化学键，因而系统能量发生变化并与环境进行热与功的交换。所以计算化学反应过程的QV、Qp以及U和H的数值将比前面计算简单理想气体和凝聚态物质PVT过程要复杂的多。,要计算反应焓，则必须熟练运用化学反应热的基础数据标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓。,在本节中，大家将要学习如何表达化学反应方程式、反应进度、物质的标准态及标准摩尔反应焓等基本概念。,3,表示成：,对任一反应aA+bB=yY+zZ0=aAbB+yY+zZ,化学计量数B:化学反应方程中物质B前的系数,对反应物取负值,对生成物取正值.与化学方程式的写法有关.,9.1化学反应方程式,以前反应方程式都是写出参加反应的实际物质。例如：ZnCuSO4CuZnSO4。以后必须习惯新的书写方式。,化学反应方程式通式,4,9.2反应进度,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.的大小与反应方程式的写法有关.=1mol时,nB=B,即每种物质变化了计量数摩尔.,反应进度:用来衡量反应进行到何种程度的量。,例如：对理气反应CO(g)1/2O2(g)=CO2(g)当反应掉1mol的CO(g)和0.5mol的O2(g)以及生成了1mol的CO2(g)时，这个反应的=1mol。,5,9.3物质的标准态和标准摩尔反应焓,9.3.1物质的标准态,为了避免同一物质的某个热力学状态函数在不同反应系统中数值不同，热力学上规定了一个公共的参考状态标准状态，以使同一物质的状态函数在不同的化学反应中具有同一数值。,热力学标准态:气体压力为p(0.1MPa)处于理想气体状态的气态纯物质.液体和固体压力p下的液态和固态纯物质.溶液中的溶质见多组分热力学一章.,切记:对给定物质的标准态,对温度未作限定,所有标准热力学数据都仅是温度的函数!(可查数据以298.15K下为多),6,物质的标准摩尔焓:处于标准态的物质B的摩尔焓.,9.3.2标准摩尔反应焓,标准摩尔反应焓:一定温度下反应物和产物均保持在标准态时,单位反应进度的反应引起的焓变.是温度的函数.,例如理气反应：CO(g)1/2O2(g)=CO2(g)T,pT,pT,p纯，Pg纯，Pg纯，PgHm(CO,T)Hm(O2,T)Hm(CO2,T),反应方程式中的CO(g)、O2(g)、CO2(g)皆各自处在温度为T的标准状态下。,若反应进行了1mol的反应进度，反应系统焓的变化值称为标准摩尔反应焓rHm。,7,标准摩尔反应焓,上述反应的rHm标准摩尔反应焓为：,所以任一化学反应的标准摩尔反应焓可用下式表示：,根据上式，任一反应的rHm(T)仅仅为温度的函数。,注意：通过这个例子可以看出，求出标准摩尔反应焓rHm的关键在于知道参与反应的各个物质的标准摩尔焓Hm(B);然后代入公式（1）就可以。,公式1,8,反应焓的实验测量,冰量热计从冰熔化引起水的体积变化可得知系统放出的热量,水量热计从水温的变化可得知样品放出的热量,氧弹量热计样品在高压氧气中恒容燃烧,由水浴温度的升高值可求得反应热,9,生成反应:由单质生成化合物的反应.,HCl的生成反应无色HCl遇水蒸汽变成白色酸雾,化学反应标准摩尔生成焓的计算,标准摩尔生成焓,10,对一定相态的物质B,仅是温度的函数。,物质的标准摩尔生成焓:一定温度下由最稳定单质生成1mol的物质B的标准摩尔反应焓即物质的标准摩尔生成焓。与物质特性和温度有关。表示化合物B的相态，T表示反应温度。,298.15K时的值可以从手册查出。规定：稳定态单质的标准摩尔生成焓为零。生成产物的物质的量必定为1mol。,标准摩尔生成焓,C(石墨)+O2(g)=CO2(g)H2(g)+S(正交)+2O2(g)=H2SO4(l)2Hg(l)+Cl2(g)=Hg2Cl2(s),如常温298.15K下,11,标准摩尔生成焓,红磷和白磷红磷较稳定白磷较易制取,当某单质在温度T下有不同的相态时，应该采用该温度下最稳定的相态。例如：碳在298.15K下有石墨、金刚石与无定型三种相态，其中以石墨最稳定。所以298.15K下石墨的标准摩尔生成焓为零。,12,由计算任一反应标准摩尔反应焓,有关稳定单质p,T(纯态),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.,公式2,13,例1：计算25下列反应的标准摩尔反应焓。,4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g),已知25下：,解：,14,例2：计算25下列反应的标准摩尔反应焓。,3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(l)+NO(g),已知25下：,解：,15,氨气的燃烧反应氧气通过导管吹向氨水溶液表面,镁的燃烧反应,硫在纯氧中的燃烧反应,铁在氧气中的燃烧反应,标准摩尔燃烧焓及其应用,16,物质的标准摩尔燃烧焓:一定温度下由1mol物质有机物B与氧气发生完全燃烧反应生成规定的燃烧产物时的标准摩尔反应焓。与物质特性和温度有关。,规定的燃烧产物:CCO2(g);HH2O(l);SSO2(g);NN2(g);ClHCl(aq);,标准摩尔燃烧焓及其应用,298.15K时的值可以从手册查出.完全燃烧产物的标准摩尔燃烧焓为零.,对有机化合物，除了定义标准摩尔生成焓以外，还定义了摩尔燃烧焓。,17,10.3标准摩尔燃烧焓及其应用,同样可由物质的标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓:,公式3,例如下列反应：,根据定义:反应1的rHm即气态甲烷的cHm(CH4,g)反应2的rHm即液态乙醇的cHm(C2H5OH,l)反应3的rHm即液态吡啶的cHm(C4H5N,l),18,10.3标准摩尔燃烧焓及其应用,有机物质燃烧反应进行的比较完全，且副反应较少，摩尔燃烧焓数值较大，测定的准确度很高，所以主要用来计算物质的标准摩尔生成焓。工业上比燃烧焓是煤、天然气、石油等燃料及奶粉等生活用品的一个重要指标。,19,例1：生成焓和燃烧焓的联合运用,例已知某些物质的标准摩尔燃烧焓与标准摩尔生成焓的数据:物质cHm(298K)/kJmol1fHm(298K)/kJmol1H2(g)285840C(石墨)393510C3H6(环丙烷,g)209168C3H6(丙烯,g)2040计算由环丙烷(g)异构化制丙烯(g)时在298K的rHm.,解题思路：先求出环丙烷(g)的标准摩尔生成焓fHm;再利用公式求异构化反应的rHm。,20,先求fHm(环丙烷,298K):3C(石墨)+3H2(g)=C3H6(环丙烷,g)根据公式有：,根据公式：rHm(298K)=fHm(环丙烷,g)+fHm(丙烯,g)=3323kJmol1.,fHm(环丙烷,298K)=rHm=3cHm(石墨)3cHm(H2,g)+cHm(环丙烷)=-3(-393.51)-3(285.84)2091.68kJ.mol-1=-5363kJmol1,21,例2:已知25时乙炔C2H2(g)的标准摩尔生成焓fHm(C2H2,g)=2267kJmol1,标准摩尔燃烧焓cHm(C2H2g)=12996kJmol1,及苯C6H6(l)的标准摩尔燃烧焓cHm(C6H6,l)=32675kJmol1.求25时苯的标准摩尔生成焓fHm(C6H6,l).,解题方法：先将苯的标准摩尔生成焓的定义式写出。再根据题目所给条件设计流程。,HfHm(C6H6,l)H1H2H3,22,fHm(C6H6,l)=H1H2H3=3fHm(C2H2,g)+3cHm(C2H2,g)cHm(C6H6,l)=32267+3(12996)(32675)kJmol1=488kJmol1,过程3为苯的燃烧反应逆过程H3cHm(C6H6,l),H23cHm(C2H2,g),H13fHm(C2H2,g),23,生成焓和燃烧焓的联合运用,例3已知25时反应CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)+H2O(l)的标准摩尔反应焓为9.20kJmol1,C2H5OH(l)的标准燃烧焓为1366.8kJmol1,CH3COOH(l)则为874.54kJmol1.试求CH3COOC2H5(l)的标准摩尔生成焓fHm(298.15K).,(1)CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)+H2O(l),解：先求出298.15K下CH3COOC2H5(l)的标准燃烧焓cHm(酯,l).,24,(2)写出乙酸乙酯CH3COOC2H5(l)的燃烧反应：CH3COOC2H5(l)+5O2(g)4CO2(g)+4H2O(l),再求298.15K下CH3COOC2H5(l)的标准生成焓fHm(酯,l).,25,不同温度下标准摩尔反应焓的计算基希霍夫公式,Kirchhoff公式,26,不同温度下标准摩尔反应焓的计算基希霍夫公式,适用于标准态物质的恒温反应,不能认为过程中温度从T1变化到T2.不能用于在温度范围内有物质呈不同相态的情况.当很小或温度范围很小时,可认为与温度无关.,27,对恒温的化学反应,若反应物质是理想的气、液、固体,则右图中恒温pVT过程的内能变化UT=0.,QpQV=HpUV=Up+(pV)pUV=(pV)p=pV,10.5恒容反应热与恒压反应热的关系,右图中：UpUTUV=UV,28,10.5恒容反应热与恒压反应热的关系,Qp,QV之差相当于恒压过程中系统对环境所作的体积功.一般只须考虑反应前后气态物质体积的变化.,QpQV=n(g)RT=(g)RT,Qp,mQV,m=B(g)RT,式中，(g)为方程式中气态反应物和气态产物计量系数之和。,举例：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)(g)=2Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)(g)=1C(s)+O2(g)CO2(g)(g)=0CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)(g)=1/2,29,例：利用恒容热求恒容热,例：应用相关数据计算下列反应在25时的rHm和rUm。Fe2O3(s)+3C(石墨）2Fe(s)+3CO(g)已知：,解：,30,例已知下列反应在298K下的标准摩尔反应焓:(1)C2H6(g)+(7/2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l),Hl=1426.8kJmol1;(2)H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(g),H2=241.84kJmol1;(3)(1/2)H2(g)+(1/2)Cl2(g)=HCl(g),H3=92.3kJmol1;(4)C2H6(g)+Cl2(g)=C2H5Cl(g)+HCl(g),H4=112.0kJmol1;求反应C2H5Cl(g)+(13/4)O2=(1/2)Cl2(g)+2CO2(g)+(5/2)H2O(g)的rHm(298K),rUm(298K).,例题：利用盖斯定律求rHm，rUm,解题方法：先求出rHm(298K),再根据Qp,mQV,m=B(g)RT求出rUm(298K).,31,由(1)式(4)式+(3)式(2)式(1/2),得:C2H5Cl(g)+(13/4)O2=(1/2)Cl2(g)+2CO2(g)+(5/2)H2O(g)rHm(298K)=HlH4+H3H2(1/2)=1286kJmol1rUm(298K)=rHm(298K)BB(g)RT=1286kJmol10.758.314103298K=1288kJmol1,求目标方程rHm(298K)方法：将几个已知方程组合得到目标方程，再将各自焓变组合即可（盖斯定律）。,32,对实际的变温反应需考虑物种本身的吸、放热和相变热.惰性物质的吸、放热.对燃烧反应可按恒压绝热过程处理.Qp=H=0(恒压绝热)对爆炸反应可按恒容绝热过程处理.QV=U=0(恒容绝热),10.6燃烧和爆炸反应的最高温度,恒温下的放热反应，如果反应很快，热量向环境的传递较慢，则产物的温度就会升高。在极限情况下，如燃烧爆炸反应几乎时瞬时完成，可以认为系统与环境之间是绝热的，产物的温度可以达到最高。,恒压燃烧反应所能达到的最高温度称为最高火焰温度。恒容爆炸反应，在产物达到最高温度时，系统内的压力也达到最大。,33,例题：燃烧反应,例甲烷与过量50%的空气混合,为使恒压燃烧的最高温度能达2