普通化学课件：1-1 热化学

1、11.1 热化学热化学1.2 反应热与焓反应热与焓1.3 能源的合理利用能源的合理利用(不讲不讲)21.1.1 几个基本概念几个基本概念1. 系统与环境2. 相3. 过程和可逆过程4. 状态与状态函数5. 化学计量数和反应进度31.1.2 热效应及其测量热效应及其测量1. 热效应2. 热效应的测量3. 热化学方程式41. 系统系统(system)与与环境环境(surrounding)系统/体系人为的划分出来作为研究对象的物体、物质或空间等。环境系统以外的其它部分。举例(1)烧杯中的H2O；(2)N2和O2混合气体；其它例子。5系统的分类按照系统与环境间有无物质交换和能量交换分类：（1）敞开系统

2、（2）封闭系统（3）隔离（孤立）系统举例说明6一个敞开瓶口, 盛满热水的瓶子, 水为体系(系统), 则是敞开系统; 若加上一个盖子, 则成为封闭系统; 若将瓶子换成杜瓦瓶(Dewar flask, 保温瓶), 则变成孤立系统。热力学上研究得最多的是封闭系统。敞开系统敞开系统有物质和能量交换有物质和能量交换封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换隔离系统隔离系统无物质和能量无物质和能量交换交换72. 相(phase)一个系统中任何具有相同物理、化学性质的均匀部分。在不同的相间，经常有明显的界面。(1)气体及其混合物，一般为单相。例如：N2+O2 (2)液态物质，互溶时为单相(如酒精和水)，不互溶

3、时各自为一个相如四氯化碳(有机相)和水。8(3)固体形成固溶体(如:合金)时为单相，否则各为一个相。思考：1) 100 kPa，273 K下，H2O(l), H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。2) CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数。9只有一个相的系统，称单相系统或均匀系统，具有两个或两个以上的相的系统，叫多相系统。思考：1）由N2+O2构成的系统是_相系统。2）H2O(l), H2O(g)和H2O(s)同时共存的系统是_相系统。103.过程与可逆过程（a）过程和途径(热力学)体系的状态发生变化, 从始态到终态，我们说体系经历了一个

4、热力学过程。完成一个热力学过程, 采取的具体方式。 过程和途径两个概念的区别。 举例： 过程强调的是；而途径强调的是。11（b）热力学可逆过程 系统经过某过程由状态I变到状态II之后，当系统沿该过程的逆过程回到原来的状态时，若原来过程对环境产生的一切影响同时被消除（即环境也同时复原），这种理想化的过程称为热力学可逆过程。12可逆过程是一种理想过程，实际过程都不是可逆过程。可逆过程是系统在接近平衡状态下发生的无限缓慢的过程。 在可逆过程中系统做最大功，环境消耗功最小。 134 4. .状态与状态函数（a a）状态函数状态函数用来描述系统状态的物理量。如温度T、压力p、体积V、热力学能U、焓H、熵

5、S和吉布斯函数G等。例如：理想气体的状态，可用P、V、T和 n 四个状态函数描写，其函数形式就是理想气体状态方程式 PV=nRT。14（b b）状态函数的三个特点：状态函数的三个特点：状态一定，其值一定。当状态函数确定时，系统即处在一定的状态；反之当系统状态一定时，系统的所有性质（状态函数）也都有确定值。举例说明：100 kPa，273 K下，1 mol的H2 15殊途同归，值变相等。如果状态发生变化，只要终态和始态一定，那么状态函数的变化值就只有唯一的数值，不会因始态至终态所经历的具体途径具体途径不同而改变。举例说明：16当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关

6、。17周而复始，值变为零。用理想气体举例说明：273 K，100 kPa，1 mol理想气体，无论经过怎样的压缩或膨胀过程，最终回到起始状态。温度T、压力p、体积V、热力学能U、焓H、熵S和吉布斯函数G变吗？思考：热和功是否途径有关？是状态函数吗？18c 状态函数的分类（1）容量性质(量度、广度性质)：将系统分割成若干部分时，广度性质的值与系统中物质的量成正比，有加合性，如V, n 等。（2）强度性质：将系统分割成若干部分时，强度性质的值与系统中物质的量无关，无加合性，如T, p, 密度等。195. 化学计量(系)数和反应进度（a）化学计量(系)数(B)例：合成氨的化学反应： N2 + 3H2

7、 = 2NH3也可用化学反应通式形式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3化学计量数 -1 -3 2总结对一般化学反应方程式：0 (B)B，(B)称为B的化学计量数。 nju:20总结化学计量数与具体的化学反应方程式有关。21（b）反应进度 zai, sai对反应：0 (B)B， dnB/(B) nB/(B)。22 练习： 反应2NO2(g) = N2O4(g)，NO2的化学计量数为 ，N2O4的化学计量数为 。若起始时刻NO2(g)为2 mol，反应后t时刻NO2(g)为1，在这一段时间，反应进度为 。 反应NO2(g) = 1/2 N2O4(g)，NO2的化学计量数为 ，N2O

8、4的化学计量数为 。若起始时刻NO2(g)为2 mol，反应后t时刻NO2(g)为1，在这一段时间，反应进度为 。 23总结(1)反应进度数值与方程式写法有关，涉及反应进度时必须指明反应方程式。(2) 1的反应称为摩尔反应。24251. 热效应热效应物理、化学过程的热效应。举例：相变物理、化学过程的热效应。举例：相变热，溶解热，稀释热，反应热。热，溶解热，稀释热，反应热。（化学）反应热：化学反应过程，旧键（化学）反应热：化学反应过程，旧键断裂新键生成，原子重排，伴随能量变断裂新键生成，原子重排，伴随能量变化。化学反应时所放出或吸收的热，其化。化学反应时所放出或吸收的热，其单位为焦耳单位为焦耳(

9、J)。如：。如：(稍后要具体讨论稍后要具体讨论的的)生成热，燃烧热等。生成热，燃烧热等。262. 反应热的测量反应热的测量 反应热有等容反应热和等压反应热之分。前者的反应条件是恒容过程，后者的反应条件是恒压过程。 摩尔反应热qm：反应热q与反应进度之比称（q/），单位为Jmol-1。即，反应进度为1 mol时的反应热。27 利用弹式量热计测定定容反应热qv 在弹式量热计内发生化学反应后温度由T1升高到T2，温度变化为T。 化学反应放出的热量（反应热） 溶液、量热计组件吸收的热量（参 看弹式量热计示意图）。28弹式量热计弹式量热计其实就是测了个等容燃烧热29例1.19页 联氨燃烧反应：N2H4(

10、l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)，已知： T T cKgJm mK82.294K18.293KJ84818.4cOH g,1210O)(Hg500.0)HN(211b112242钢弹的总热容的比热容解解：燃烧：燃烧0.5g联氨放热为联氨放热为kJ69.9J9690J )18.29382.294()848121018.4()OH()OH()OH(b22b2TcTmcqqqmol0156. 0) 1/(molg0 .32/g)5 . 00(11mV,molkJ620mol0156. 0/kJ69. 9/qq30并不是所有的反应热都可以实验测定。例：2C(s) + O2(g) = 2CO(g)因为实验过程中无法控制生成产物完全是CO。类似反应，用理论方法来计算反应热。313. 热化学方程式表示化学反应与热效