大学化学c第一章

1、大大 学学 化化 学学 C C 授授 课课 人人: : 贺贺 欢欢 授课单位授课单位: : 化学学院化学学院E-mail: 绪绪 论论1) 古代及中古时期（古代及中古时期（17世纪中叶以前）世纪中叶以前） 化学知识来源于具体工艺过程的经验；主要特点是化学知识来源于具体工艺过程的经验；主要特点是实用性、经验性、零散性。主要包括炼丹术、炼金实用性、经验性、零散性。主要包括炼丹术、炼金术以及医药化学的萌芽。术以及医药化学的萌芽。一、一、化学学科概貌：化学学科概貌：1.研究对象：研究对象： 原子、分子、生命大分子、超分子、物原子、分子、生命大分子、超分子、物质凝聚态等的组成、结构、性能及其变化规律和变

2、化质凝聚态等的组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系过程中能量关系2.发展概况：发展概况：公元前公元前79世纪，中世纪，中国的炼丹术、医药国的炼丹术、医药学传入阿拉伯学传入阿拉伯 阿拉伯炼金术阿拉伯炼金术Alkimiya 传入欧洲成传入欧洲成为为alchemy chemistry16世纪世纪 医药化学：李时珍医药化学：李时珍本草纲目本草纲目17世纪世纪 宋应星宋应星天工开物天工开物绪论绪论（2）近代化学时期（）近代化学时期（17世纪后半叶到世纪后半叶到19世纪中期）世纪中期） 1661年玻意尔年玻意尔“元素元素” 1777年拉瓦锡年拉瓦锡“燃烧氧化学说燃烧氧化学说” 1827年道尔顿

3、年道尔顿“原子论原子论”1811年阿伏伽德罗年阿伏伽德罗“分子假说分子假说”1869年门捷列夫年门捷列夫“元素周期律元素周期律”确定确定苯的六元环结构苯的六元环结构及及碳碳的四面体结构的四面体结构化学实现了从经验到理论的飞跃，真正化学实现了从经验到理论的飞跃，真正确立为一门学科，推动四大化学的建立确立为一门学科，推动四大化学的建立 原子价键理论原子价键理论绪论绪论（3）现代化学时期（）现代化学时期（19世纪末，世纪末，20世纪以来）世纪以来） X射线、放射性、射线、放射性、电子电子 打开原子、原子打开原子、原子核的大门核的大门 绪论绪论计算与信息科学计算与信息科学 物理学物理学 数学数学 天文

4、学天文学 化学化学 地学地学 工程科学工程科学 生命科学生命科学 材料科学材料科学 高分子高分子化学化学材料材料化学化学合成合成化学化学 辐射辐射化学化学 量子量子化学化学 生物生物化学化学 药物药物化学化学 环境环境化学化学 食食农业农业衣衣 住住 行行冶金冶金 化学化学能源能源 材料材料 医药卫生医药卫生 国防国防 资源利用资源利用 环境保护环境保护 建材建材 汽车汽车化学是社会迫切需要的实用性、中心性和创造性学科化学是社会迫切需要的实用性、中心性和创造性学科 3.学科分支学科分支1 1）无机化学：）无机化学：研究无机物组成、结构、性质和无机研究无机物组成、结构、性质和无机化学反应与过程的

5、化学化学反应与过程的化学 2 2）有机化学：）有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学，研究碳氢化合物及其衍生物的化学，简称简称“碳的化学碳的化学” ” 4 4）物理化学：）物理化学：研究所有物质系统的化学行为的原理、研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科规律和方法的学科3 3）分析化学：）分析化学：测量和表征物质的组成和结构的学科测量和表征物质的组成和结构的学科6 6）高分子化学：）高分子化学： 研究高分子化合物的结构、性能与研究高分子化合物的结构、性能与反应、合成方法、加工成型及应用的化学反应、合成方法、加工成型及应用的化学 化化学学四四大大金金刚刚 5 5）结构化学：）结构化

6、学： 研究物质的原子和分子等结合态单元研究物质的原子和分子等结合态单元结构和性质的关系及其应用。结构和性质的关系及其应用。 二、大学化学二、大学化学 1.内容：介绍化学的基本概念、方法、物质基内容：介绍化学的基本概念、方法、物质基本结构及物质性质。涵盖无机化学、分析化学、本结构及物质性质。涵盖无机化学、分析化学、物理化学、有机化学等化学基本知识，知识面物理化学、有机化学等化学基本知识，知识面较广。较广。 2.任务：给学生以高素质的化学通识教育。任务：给学生以高素质的化学通识教育。 3.地位：地位：(申泮文院士的导弹模型申泮文院士的导弹模型)绪论绪论4.授课内容授课内容R第一章第一章 化学反应基

7、本规律化学反应基本规律 （第（第1-4节）节） R第二章第二章 溶液与离子平衡溶液与离子平衡 （第（第2,5,6节）节） R第三章第三章 氧化还原反应氧化还原反应 （1,2节）节） R第四章第四章 物质结构基础物质结构基础 （部分）（部分）R?R习题课、复习课习题课、复习课 绪论绪论5.教学时数：教学时数： 理论理论32学时（？）学时（？） 实验实验0学时学时 主要任务：主要任务：1、知识；、知识；2、学分、学分6.成绩计算：成绩计算： 平时成绩平时成绩30% 考考 试：试：70% (闭卷闭卷)注：注：无故缺课将严重扣分。无故缺课将严重扣分。7.课件课件 绪论绪论许多反应我们可以看得到，许多反

8、应我们可以看得到， 如：如：导入新课导入新课有的反应难以看得到：有的反应难以看得到： HCl + NaOH = NaCl + H2O 有的反应式可以写出来，却不一定能发有的反应式可以写出来，却不一定能发生：生：Al2O3 + 3CO = 2Al + 3CO2 ? 1. 化学反应中能量是如何转化的化学反应中能量是如何转化的? 2. 该反应能否自发进行该反应能否自发进行?3. 在给定条件下有多少反应物能最在给定条件下有多少反应物能最大限度地转化为生成物？大限度地转化为生成物？ 4. 实现这种转化需多少时间实现这种转化需多少时间? 研究化学反应必须研究研究化学反应必须研究的的四个问题四个问题1.1

9、化学反应热化学反应热 Thermochemistry 1.2 化学反应的方向化学反应的方向 The direction of Chemical reaction 1.3 化学反应的限度化学反应的限度-化学平衡化学平衡 The limitation for the spontaneous process -Chemical Equilibrium 1.4 化学反应速率化学反应速率 Rate of chemical reaction 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 1.1.1 热力学基本概念热力学基本概念 R1.1.2 化学反应热化学反应热-焓焓 R1.1.3 化学反应热的计算化学

10、反应热的计算盖斯定律盖斯定律 1.1 化学反应热化学反应热 Thermochemistry “themodynamics” ” 是研究各种形式能量是研究各种形式能量相互转化时遵循的规律。相互转化时遵循的规律。 R1.1.1 热力学基本概念热力学基本概念 化学热力学化学热力学(Chemical thermodynamics) 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律系系 统统(system)：作为研究对象的那部分物质：作为研究对象的那部分物质 环环 境境(environment) : 系统外与其密切相关的部分系统外与其密切相关的部分 系统和环境系统和环境 (system and envir

11、onment) 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律敞开系统敞开系统(open system)：与环境有物质交换也有能量交换：与环境有物质交换也有能量交换 封闭系统封闭系统(closed system)：与环境有能量交换无物质交换：与环境有能量交换无物质交换 孤立系统孤立系统(isolated system)：与环境无物质、能量交换：与环境无物质、能量交换 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 相相 (phase)气相、液相、固相气相、液相、固相 系统中物理性质和化学性质完全相同的部分。特征系统中物理性质和化学性质完全相同的部分。特征:相和相之间有明显的界面。相和相之间有明

12、显的界面。 （单相系统）（单相系统） 一个相不一定是一种物质一个相不一定是一种物质 （相不是纯净物）（相不是纯净物）相与态不一回事相与态不一回事 （相（相vs态）态）同一物质因聚集状态不同而形成多相系统同一物质因聚集状态不同而形成多相系统 （单物质多相）（单物质多相）例如：例如： FeFe、C C oilH2OH2O CCl4 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律状状 态态: 用来描述系统的性质的总和用来描述系统的性质的总和 （点，面）（点，面）状态函数状态函数: : 描述系统性质的物理量，例如描述系统性质的物理量，例如 p,V,T,n等等非非 状状 态：态：Q W 状态和状态函数状

13、态和状态函数 (state and state function) 状态函数具有鲜明的特点状态函数具有鲜明的特点: : (1) 状态一定状态一定,状态函数一定。状态函数一定。 (2) 状态变化状态变化, 状态函数也随之而变状态函数也随之而变,且状态函数的且状态函数的 变化值只与始态、终态有关变化值只与始态、终态有关, 而与变化途径无关！而与变化途径无关！第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律途途 径径 1 1 途途 径径 2 2 X =X2- -X1 即：即： 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律状态状态1 1 状态状态2 2 状态状态3 3 过程过程 (process) 恒

14、温过程恒温过程(isaothermal process): T1 = T2 = Tex 恒压过程恒压过程(isobaric process): p1 = p2 = pex 恒容过程恒容过程(constant volume process): V1 = V2可逆过程可逆过程(reversible process):系统从终态到始态时，系统从终态到始态时，消除了对环境产生的一切影响，可逆过程是理想化消除了对环境产生的一切影响，可逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态过程，无限接近热力学平衡态。第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 系统与环境之间由于存在温差系统与环境之间由于存在温差而传

15、递的能量。热不是状态函数。而传递的能量。热不是状态函数。 热热（Q） 热和功热和功 (heat and work) 系统与环境之间除热之外以系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。功也不是状其他形式传递的能量。功也不是状态函数。态函数。VpVVplAplFWexexexex21非体积功非体积功: 体积功以外的所有其他形式体积功以外的所有其他形式的功的功 功功 ( W ) 体积功：体积功： 体体系系Q 0 0Q 0 0热热功功环环境境w 0 0w 0 0统统 系系 Q 0 0 Q 0 0 热热 功功 环环 境境 W 0 0 W 0 0 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 系统内所

16、有微观粒子的全部能量之和，系统内所有微观粒子的全部能量之和，U是状态是状态函数，热力学能变化只与始态、终态有关，与变函数，热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。至今尚无法直接测定，只能测定到化途径无关。至今尚无法直接测定，只能测定到 U。 UUU12热力学能热力学能 (U) 又叫内能又叫内能 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律Q得得 + Q失失 = 0 能量守恒定律能量守恒定律(the law of conservation of energy) 任何形式的能都不能凭空产生也不能凭空消失，任何形式的能都不能凭空产生也不能凭空消失，宇宙（环境宇宙（环境 + + 系统）的能量

17、是恒定的。系统）的能量是恒定的。 WQU 对于封闭体系热力学对于封闭体系热力学第一定律为：第一定律为：WQUU12WQUU1221UU Q 吸热得功得功W 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律（看书上例题看书上例题p6 + -号号 W=-pv）第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律BBB0ZYBAzyba 化学反应计量式化学反应计量式（stoichoimetric equation ）若化学反应计量式为若化学反应计量式为 物质物质B的化学计量数的化学计量数BzybaZYBA以合成氨反应为例：以合成氨反应为例：N2

18、+3H22NH3 可写为：可写为： 0 = = (-1) N2+(-3) H2 +(+2) NH3 即：即： N2 +3H2 2NH3 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律R1.1.2 化学反应热化学反应热 指各类过程中放出指各类过程中放出或吸收的热量，或吸收的热量，研究纯研究纯物质化学和物理变化过物质化学和物理变化过程中热效应的学科叫热程中热效应的学科叫热化学。化学。 （1）热效应）热效应(heat effect) 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 反应热反应热 只做体积功，且始态和终态具有相同温度时，系只做体积功，且始态和终态具有相同温度时，系统吸收或放出的热量。也

19、叫反应热效应。统吸收或放出的热量。也叫反应热效应。 按反应条件的不同，可分为：定容过程反应热与定压按反应条件的不同，可分为：定容过程反应热与定压过程反应热过程反应热反应热反应热 (heat of reaction) (i)对于封闭系统，在定容过程中对于封闭系统，在定容过程中 V=0，W=0 U= Qv+W UQVQV为恒容反应热为恒容反应热 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 （ii） 定压过程定压过程反应热反应热)()()()(01122121212pVUpVUVVpUUVpUQVpQWQUppppppHHHQpVUHp12第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律Qp表示定

20、压反应热表示定压反应热（constant pressure） 焓和焓变焓和焓变 焓焓( (enthalpyenthalpy, , 符号为符号为H H) ) 可方便地理解为该物质中可方便地理解为该物质中热的含量热的含量 物质内部可供转化为热的能量。焓值越低物质内部可供转化为热的能量。焓值越低, , 稳定性就越高稳定性就越高; ; 反之亦然。反之亦然。 焓变定义为化学或物理过程中吸收或放出的热量焓变定义为化学或物理过程中吸收或放出的热量, , 即即, , 过程完成之后的终态物质的焓与过程发生之前的始过程完成之后的终态物质的焓与过程发生之前的始态物质的焓之差：态物质的焓之差： H = H(终态物终态

21、物)H(始态物始态物) 如果将如果将“焓焓”形容为形容为“含而不露含而不露”和和“深奥莫测深奥莫测”, , 也许是形象不过的了也许是形象不过的了! ! 第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律对无气体参加的反应对无气体参加的反应： W = pex V=0对有气体参加的反应：对有气体参加的反应：UHVpHUex )g(gBvRTHRTnHVpHUWQUex由由知知（1） 与与 的关系的关系(relationship between and ) HUUH第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律概念拓展习题 下列反应中下列反应中Qv=QP的是的是:(g)CO(s)COD.2HCl(g)(

22、g)Cl(g)HC.O(g)2H(g)O(g)2HB.(g)2NH(g)3H(g)NA.2222222322第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律作业：作业： 在352.15K，101.325kPa下，将3mol甲醇气化，已知甲醇的气化热为35.8kJ/mol，试通过计算说明该过程的Q、W、 、 提示：气化热指的是每摩尔物质经过定压过程发生气化产生的热量，即Q 计算时注意正负号和有效数字的选取UH第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律作作 业业 讲讲 解解 kJQHP4 .1078 .3531362.9815.35210314. 834 .107)()(molkJRTgvHRT

23、gnHU178. 84 .10762.98molkJQUW 在在352.15K，101.325kPa下，将下，将3mol甲醇气甲醇气化，已知甲醇的气化热为化，已知甲醇的气化热为35.8kJ/mol，试通过计算，试通过计算说明该过程的说明该过程的QP、W、 、 提示：气化热指的是每摩尔物质经过定压过程发生提示：气化热指的是每摩尔物质经过定压过程发生气化产生的热量，即气化产生的热量，即QP（2） 反应焓变反应焓变（Enthalpy of reaction ） 恒压条件下反应吸收或放出的热量叫反应焓，符号恒压条件下反应吸收或放出的热量叫反应焓，符号为为 。放热过程中放热过程中 为负值为负值(往往能自

24、发进行往往能自发进行), ,吸吸热过程中热过程中 为正值为正值(通常不能自发进行通常不能自发进行) 。 HrHrHr N2H4(l) + 2 O2(g) = - 6 4 2 . 3 3 kJmol N2(g) + 4 H2O(g)产物或终态产物或终态反应物或始态反应物或始态反应物或始态反应物或始态产物或终态产物或终态2 Hg(l) + O2(g) = +181.7 kJmol 2 HgO(s)HrHr第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律（3）标准摩尔反应焓变标准摩尔反应焓变“标准状态标准状态”！ rHm是是mol反应的焓变反应的焓变, 为了使测得的为了使测得的rHm值具有值具有可比性

25、，就产生了标准摩尔焓可比性，就产生了标准摩尔焓(standard molar enthalpy)的概念，它是反应物在其标准状态的反应焓。的概念，它是反应物在其标准状态的反应焓。 物质的标准状态是指在物质的标准状态是指在1105 Pa的压力和某一指的压力和某一指定温度下物质的物理状态。标准摩尔焓完整的表示符号定温度下物质的物理状态。标准摩尔焓完整的表示符号为为 右上标右上标“”代表热力学标准状态代表热力学标准状态( (简称标简称标准态准态) )，括号内标出指定的温度。，括号内标出指定的温度。 ),(mrTH第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律)15.298()(KHTHmrmr见课本P

26、11 溶液的标准态规定溶质活度为溶液的标准态规定溶质活度为1 mol kg-1，标准态活，标准态活度的符号为度的符号为b。T，p = p =100 kPaT，p，纯物质纯物质溶液，溶质溶液，溶质 B, bB = b = 1 mol kg- -1cB c = 1 mol L-1-1 气体物质的标准态除指物理状态为气态外，还指该气体物质的标准态除指物理状态为气态外，还指该 气体的压力气体的压力(或在混合气体中的分压或在混合气体中的分压)值为值为1105 Pa， 标准态压力的符号为标准态压力的符号为 p。 液体和固体的标准态是指处于标准态压力下纯物质液体和固体的标准态是指处于标准态压力下纯物质的物理

27、状态。固体物质在该压力和指定温度下如果具的物理状态。固体物质在该压力和指定温度下如果具有几种不同的晶形，给出焓值时必须标明晶形。有几种不同的晶形，给出焓值时必须标明晶形。 标准状态标准状态Standard state标准状态标准状态Standard state第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律表示化学反应及其反表示化学反应及其反 应热关系的化学反应方程式：应热关系的化学反应方程式： 1 -mr222molkJ64.483K15.298gO2HgOgH2H(4) 热化学方程式热化学方程式 (thermochemical equation) 与聚集状态对应，与聚集状态对应， 标出状态标

28、出状态:g，l，s，cr，aqmrH1-mr222molkJ66571K15298(l) O2HgOgH2.)()(H与化学计量数对应与化学计量数对应 mrH 1-mr222molkJ82241K15298gOHgO21gH.H第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 1-mr222molkJ82241K15298gOHgO21gH.H正逆反应的正逆反应的 ，绝对值相同，符号相反，绝对值相同，符号相反mrH 1 -mr222molkJ82.241K15.298gO21gHgOHH第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律 指在温度指在温度T下下,由参考状态单质由参考状态单质生成生成1

29、mol物质物质B的标准摩尔焓变。的标准摩尔焓变。参考态元素一般是指在所讨论的参考态元素一般是指在所讨论的T、P下最稳定状态的单质（也有例外）下最稳定状态的单质（也有例外） 1-2mf222molkJ82241K15298g,O,HgOHgO21gH.H0)(mfTH参考态单质，),B(mfTH相态-1molkJ 单位是（5）标准摩尔标准摩尔生成焓生成焓（Standard molar enthalpy of formation ）C(石墨石墨)C(金刚石金刚石)P(s, 红红)P(s, 白白)H2O(g)H2O(l)0.000+1.987-17.60.000-241.80-285.84HF(g)

30、HCl(g)HBr(g)HI(g)NaCl(s)PCl3(g)-271-92.31-36.40+25.9-411.15-287物物 质质1mfmolkJK298/)(H第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律或)(mrmriHHmrmrmr21HHH 化学反应不管是一步完成还是分几化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的步完成，其反应热总是相同的。mrH,2mrH始态始态终态终态中间态中间态,1mrH1.1.3 化学反应热计算和盖斯定律化学反应热计算和盖斯定律则则第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律根据盖斯定律，根据盖斯定律，若化学反应可以加和，则其反应热也可若

31、化学反应可以加和，则其反应热也可rH2=rH1- rH3以加和。以加和。见见P8 P8 如：如： C+O2= CO2 rH1C+ 1/2O2= CO rH2CO+1/2O2= CO2 rH3rH1=rH2+rH3第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律)()(mfmfmr反应物产物HHHij结论：对一般反应结论：对一般反应 aA+bByY+zZ第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律例题：例题：计算乙炔完全反应的标准摩尔焓变。计算乙炔完全反应的标准摩尔焓变。解：解：fHmB（T）226.73 0 393.51 285.83根据根据: :rHm (T)=2(-393.51)+(-28

32、5.83)kJmol-1 -(226.73+0)kJmol-1=-1299.58kJmol-1C2H2(g)+ O2(g) 2CO2(g)+ H2O(l) 指在温度指在温度T下下,由参考状态单质由参考状态单质生成生成1mol物质物质B的标准摩尔焓变。的标准摩尔焓变。参考态元素一般是指在所讨论的参考态元素一般是指在所讨论的T、P下最稳定状态的单质（也有例外）下最稳定状态的单质（也有例外） 1-2mf222molkJ82241K15298g,O,HgOHgO21gH.H0)(mfTH参考态单质，),B(mfTH相态-1molkJ 单位是（5）标准摩尔标准摩尔生成焓生成焓（Standard mola

33、r enthalpy of formation ）C(石墨石墨)C(金刚石金刚石)P(s, 红红)P(s, 白白)H2O(g)H2O(l)0.000+1.987-17.60.000-241.80-285.84HF(g)HCl(g)HBr(g)HI(g)NaCl(s)PCl3(g)-271-92.31-36.40+25.9-411.15-287物物 质质1mfmolkJK298/)(H第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律或)(mrmriHHmrmrmr21HHH 化学反应不管是一步完成还是分几化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的步完成，其反应热总是相同的。mrH,2

34、mrH始态始态终态终态中间态中间态,1mrH1.1.3 化学反应热计算和盖斯定律化学反应热计算和盖斯定律则则第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律化学反应热的计算化学反应热的计算（1）途径）途径1：实验测定：实验测定Qp（2）途径）途径2：盖斯定律：盖斯定律评价评价：有的反应速度太慢；有的反应难以直接测定热量定律定律：定容或定压下,反应的热效应只与物质的始末态有关，而与变化的途径无关。意义意义：一个化学反应若能分解为几步来完成，总的反应热效应等于各步反应的热效应之和。Qp=H Qv=UC(s) + O2(g)CO2(g) H1 H2 H3CO(g) + O2(g) 12 rHm(1)

35、= rHm(2) + rHm(3) rHm(2) = rHm(1) - rHm(3)解：式(1)+(2)2-(3)： rHm= -74.98 kJmol-1利用已知反应的热效应求未知反应的热效应，利用已知反应的热效应求未知反应的热效应，但是寻求已知反应和未知反应之间关系的过程是复但是寻求已知反应和未知反应之间关系的过程是复杂的。杂的。例：例：C(s)+O2(g)CO2(g)(1) rHm=-393.51kJmol-1H2(g)+ O2(g)H2O(l) (2) rHm=-285.83kJmol-1CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) (3) rHm=-890.83kJmol-

36、1求：求：C(s)+2H2(g)CH4(g) rHm= ?21 计算：计算：总反应总反应= (2)+(3)(1) 根据盖斯定律根据盖斯定律：rHm = 2fHm(CO2) +fHm(H2O) fHm(C2H2) + 0? ? ? ? ?= =生成物的标准摩尔生成物的标准摩尔生成焓总和生成焓总和反应物的标准摩尔反应物的标准摩尔生成焓总和生成焓总和- -可将此反应分解为三个生成反应：可将此反应分解为三个生成反应：C2H2（g）+ O2（g）2CO2（g）+ H2O（l）? ?rHm =?2 25 52C(石墨）+H2(g)C2H2(g) rHm1(T)=fHm (C2H2, g,T)?H2(g)+

37、 O2(g)H2O(l) rHm3 (T)=fHm (H2O,l,T)?2C (石墨）+2O2(g)2CO2(g) rHm2 (T)= 2fHm (CO2, g,T)?（1）（2）（3）21在温度T 和标准态下，由参考态单质生成1mol 化合物 B 的反应的焓变，叫标准摩尔生成焓。 表示：表示：f Hm(B，相态，T)，单位：kJ mol-1， 规定：规定：f Hm (参考态单质)=0参考态单质：一般是指单质在 p ，T 时最稳定的状态，如：O2(g) 、H2(g)、Br2(l)、I2(s)、C(石墨)、P4(白磷) 。（3）途径）途径3：标准摩尔生成焓：标准摩尔生成焓 ( fHm) 定义：定

38、义： BmfBB HaA + bB gG + dD标准态，298.15K：r Hm =gf Hm (G)+df Hm (D)-af Hm (A)+bf Hm(B)对于化学反应，对于化学反应，rHm (T) rHm (298.15K)即：通过查表可计算即：通过查表可计算T T 下的任一反应的标准摩尔焓变下的任一反应的标准摩尔焓变以一系列生成反应的热力学数据为基础，以一系列生成反应的热力学数据为基础，计算出其他反应的反应热。具有简便，适用计算出其他反应的反应热。具有简便，适用范围广等优点。范围广等优点。例：求例：求 2Fe2O3(s) + 3C(s) 4Fe(s) + 3CO2(g)2Fe2O3(

39、s) + 3C(s) 4Fe(s) + 3CO2(g)解：解：f Hm/(kJmol-1) -824.20 0-393.5 BmfBmrBHH=3f Hm (CO2)+4f Hm (Fe)- 2f Hm (Fe2O3)+3f Hm (C)=3(-393.51)-2(-824.2) kJmol-1=467.9kJmol-1mr H 状态和状态函数 （点） 热和功 (不是状态函数) 体积功 W=-p V 热力学能U 焓H H=U+PV QP= H U=Q+W Qv=U U = H -n(g)RT 学会区别 和0)(mfTH参考态单质，知识点复习知识点复习mrH)(mfTBH，mrH)(mfTBH，

40、)15.298()(KHTHmrmr见课本P11 1.凡是有界面存在的就是不同的相（） 2.系统的状态函数之一发生变化，系统的状态不一定变化（） 3.若恒压过程中,QP=-150kJ/mol,W=310kJ/mol,则U=-160kJ/mol ( ) 4.因为金刚石坚硬，所以其在298.15K时的标准摩尔生成焓为0。（） 状态函数都具有加和性 （） 由于CaCO3固体的分解反应是吸热的，故CaCO3 的标准摩尔生成焓是负值 298K，参考态单质的标准摩尔生成焓为零。第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律课堂练习课堂练习 1. 下列方程式中,能用rHm值正确表示AgBr(s)的fHm的是

41、 A Ag(s)+1/2Br2(g) AgBr(s) B Ag(s)+1/2Br2(l)AgBr(s) C 2Ag(s)+Br2(l) 2AgBr(s) D Ag+(aq)+Br-(aq) AgBr(s)2. 已知CuCl2(s)+Cu(s)2CuCl(s) rHm(1) =170kJmol-1Cu(s)+Cl2(g) CuCl2(s) rHm(2) =-206kJmol-1则fHm （CuCl,s）应为（ ）kJ.mol-1 A.36 B. -36 C.18 D.-186. 下列反应中，反应的标准摩尔焓变等于生下列反应中，反应的标准摩尔焓变等于生成物的标准摩尔生成焓的是（成物的标准摩尔生成焓

42、的是（ ）C) H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)21 D) H2(g)+ O2(g) H2O(g)B) H2 (g)+ 21I2(g)HI(g)21A) CO2(g)CaO(s)CaCO3(s)7. 下列物理量中，属于状态函数的是（下列物理量中，属于状态函数的是（ ）A) H B) Q C) W D) U8. 按热力学上通常的规定，下列物质中标准按热力学上通常的规定，下列物质中标准摩尔生成焓为零的是（摩尔生成焓为零的是（ ）A) C(金刚石) B) P4(白磷)C) O3(g) D) I2(g)1.31.3 化学反应的方向化学反应的方向1.3.1 1.3.1 自发过程自发过程 1.3.2

43、 1.3.2 焓变与自发过程焓变与自发过程 1.3.3 1.3.3 熵熵 1.3.4 1.3.4 吉布斯自由能吉布斯自由能 水从高处流向低处 热从高温物体传向低温物体 铁在潮湿的空气中锈蚀 锌置换硫酸铜溶液反应 在没有外界作用下,系统自身发生变化的过程称为自发过程 1.2.1 自发过程 (Spontaneous Process) Zn(s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu(s) 1.2 化学反应的方向第一章第一章 化学反应基本规律化学反应基本规律自发过程：在一定条件下，不需外力能自动进自发过程：在一定条件下，不需外力能自动进行的过程。非自发过程，其逆过程可以自发。行的过程

44、。非自发过程，其逆过程可以自发。溶质溶解溶质溶解判断哪个过程会自动发生判断哪个过程会自动发生? ?硅片破碎硅片破碎见见P111.2.2 1.2.2 焓变与自发过程焓变与自发过程能量能量的角度的角度 2Al+Fe2O3 Al2O3+2FeH 0 不是！不是！ H0 = H S(l) S(s)（3）分子构型相似而相对分子质量不同的物）分子构型相似而相对分子质量不同的物质，相对分子质量越大，熵值越大：质，相对分子质量越大，熵值越大：Sm(F2,g) = 202.7 Jmol-1 K-1 Sm(Cl2,g) = 223.0 Jmol-1K-1Sm(Br2,g)= 245.3 Jmol-1K-1Sm(I

45、2,g) = 260.58 Jmol-1K-1（4）相对分子质量相同而分子结构不同的）相对分子质量相同而分子结构不同的物质，分子构型越复杂，熵值越大：物质，分子构型越复杂，熵值越大：Sm (C2H5OH,g) = 282 Jmol-1K-1 Sm(CH3-O-CH3,g) = 266.3 Jmol-1K-1 对系统熵变情况的估计对系统熵变情况的估计在化学反应过程中：在化学反应过程中： 从固态物质或液态物质从固态物质或液态物质气态物质气态物质 S 0；反之；反之S 0 ; 反之反之 S 0的是（的是（ ）A. 2C(s) + O2(g) 2CO(g)B. CH3COOH(g) CH3COOH(l

46、)C. CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)D. Al(s) + 3/2 Cl2(g) AlCl3(s)0160.5992.939.75213.74SK)(J/mol39.75213.7492.9Sol178.32kJ/mH CaO(g)(g)CO(s)CaCO mrmmr23反应中气体分子的数目的变化可以体现系统熵值的增减但是该反应在1123K以下是非自发的，说明反应的自发性还跟温度条件有关QuestionQuestion二、吉布斯函数变与化学反应进行的方向二、吉布斯函数变与化学反应进行的方向利用利用“水往低处流水往低处流”这一自发过程，可这一自发过程，可以发电，做了非体积功以发电

47、，做了非体积功电功。电功。Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 利用这个反应组装成利用这个反应组装成 自发过程因有内推力无需环境施加功，如自发过程因有内推力无需环境施加功，如果给适当的条件还可以对外做功，即自发过果给适当的条件还可以对外做功，即自发过程具有对外做功的能力。程具有对外做功的能力。原电池便可以做电功了。原电池便可以做电功了。吉吉吉布斯函数吉布斯函数 吉布斯定义了一个体现这种性质的函数吉布斯定义了一个体现这种性质的函数 吉布斯函数；用吉布斯函数；用“G”表示；表示；G = H-TS 定温定压下系统状态变化时：定温定压下系统状态变化时：单位：单位：具有加和性，其值与具有加和性，其值与n成正比

48、成正比无绝对数值无绝对数值G =H- - TS吉吉- -亥方程亥方程 从热力学可以导出，系从热力学可以导出，系统吉布斯函数的减少等统吉布斯函数的减少等于它在定温定压下对外于它在定温定压下对外可能的最大有用功可能的最大有用功maxWGG代表了化学反应的总驱动力，它就是化学家长期以来所代表了化学反应的总驱动力，它就是化学家长期以来所寻找的、明确判断过程自发性的那个物理量！寻找的、明确判断过程自发性的那个物理量！STHG 在定温定压的封闭系统内，只做体积功，在定温定压的封闭系统内，只做体积功，Gibbs 函数可作为化学反应自发性的判据。函数可作为化学反应自发性的判据。G 0 反应是非自发的，能逆向进

49、行反应是非自发的，能逆向进行G = 0 反应处于平衡状态反应处于平衡状态类类 型型 G讨讨 论论SH高温高温低温低温 焓减熵增型焓减熵增型 焓减熵减型焓减熵减型焓增熵增型焓增熵增型焓增熵减型焓增熵减型在任何温度在任何温度下正反应都下正反应都能自发进行能自发进行只有在低温下只有在低温下正反应都能自正反应都能自发进行发进行只有在高温只有在高温下正反应都下正反应都能自发进行能自发进行在任何温度下在任何温度下正反应均为不正反应均为不自发进行自发进行STHG定义：定义：T T温度下，反应物和生成物处于标准态温度下，反应物和生成物处于标准态时，按照给定的化学计量方程式进行时，按照给定的化学计量方程式进行1

50、 mol1 mol反反应的吉布斯函数的变化。应的吉布斯函数的变化。符号：符号：?单位：单位：吉布斯函数变的计算吉布斯函数变的计算 标准摩尔生成吉布斯函数标准摩尔生成吉布斯函数定义：在指定温度定义：在指定温度T 时，由参考态单质生成时，由参考态单质生成1mol1mol物质物质B的标准摩尔吉布斯函数变称为物质的标准摩尔吉布斯函数变称为物质B的标准摩尔生成吉布斯函数。的标准摩尔生成吉布斯函数。?符号符号: :单位：单位：(1)由标准摩尔生成吉布斯函数计算f Gm(参考态单质，参考态单质，T) = 0?BmfB)B(GaA + bB gG + dD标准态，298.15K：r Gm=gf Gm (G)+

51、df Gm (D)-af Gm (A)+bf Gm(B)由于化学反应中由于化学反应中rGm (T) 受温度影响很大受温度影响很大所以查表只能计算所以查表只能计算rGm (298.15K) ；只能判断此温度；只能判断此温度时标准条件下化学反应的自发性时标准条件下化学反应的自发性HSG对于反应方程r Hmr Smr Gm对于单个物质f HmSmfGm盖斯定律H=H2-H1单位kJJkJr Hm=生成物之和-反应物之和rSm (T) rSm (298.15K)受温度影响较大(g)O21)(CCO(g)2石墨mSmfHmrmrmrGmolkJSmolkJH110897. 05 .110可溶解1molk

52、J04. 9(aq)Cl(aq)NaNaCl(s)mrG不能溶于水1molkJ76.55(aq)Cl(aq)AgAgClmrG通过计算说明NaCl和AgCl的溶解性有何不同？mfGmrGmolkJGlOmr/22459),(HO(s)Na)2Na(OH)(aql19.58kJ/moGO(l),HHgO(s)(aq)Hg(OH)22mr22H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)解：解：fGm/(kJmol-1) 0 0 -95.30 BmfBmrBGG=2f Gm (HCl,g)-f Gm (H2,g)+ f Gm(Cl2,g)= 2(-95.30)+0 kJmol-1 = - 190.6

53、0 kJmol-1 rGm0 能自发进行判断判断298K下下 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)能否自发进能否自发进行行 (2) 由计算?通过查表由通过查表由?注意单位换算：?mrmrmrSHT0G，（转变温度）当mrmrmrSTHG 对于H和S同号的化学反应，反应能否自发进行受温度的影响：H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)解：解： 计算计算398K下下 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) rGmfHm/(kJmol-1) 0 0 -92.30Sm/(JK-1mol-1) 130.68 223.07 186.91rHm = -184.60 kJmol-1rSm = 20.

54、07 JK-1mol-1mrmrmrSTHG = -192.56 kJmol-1例：煤里总有含硫杂质例：煤里总有含硫杂质,当煤燃烧时就有当煤燃烧时就有SO2和和SO3生成，试问能否用生成，试问能否用CaO吸收吸收SO3，以减少，以减少烟道废气对空气的污染？高温或低温有利于自发烟道废气对空气的污染？高温或低温有利于自发进行？进行？解解: CaO(s) + SO3(g) CaSO4(s)fHm (B)/(kJmol-1)-635.09 -395.72 -1434.11Sm(B)/(Jmol-1 K-1) 39.75 256.76 106.7fGm(B)/(kJmol-1) -604.03 -371

55、.06 -1321.79 1rGm = fGm(CaSO4)-fGm(CaO)+fGm (SO3)=-1321.79kJmol-1 -371.06-604.03kJ mol-1 = -346.7 kJmol-1 0 2r Hm=f Hm(CaSO4)-f Hm(CaO)+f Hm(SO3)=-1434.11-(-635.09395.72)kJmol-1= -403kJmol-1 0rSm =Sm(CaSO4) -Sm(CaO)+Sm(SO3) = (106.7-39.75+256.76) Jmol-1K-1= -190 Jmol-1K-1= -0.19 kJmol-1K-1 0rGm =rHm

56、 - TrSm= -346.7 kJmol-1 0rSm = Sm (C2H5OH，g)-Sm(C2H5OH，l)= 121Jmol-1K-1= 0.121kJmol-1K-1 0rGm(373) =r Hm Tr Sm= 42.3 kJmol-1-(3730.121) kJmol-1= -2.8 kJmol-1 0 为非自发进行的反应分压定律 在气体混合物中，各组分气体各自对容器壁在气体混合物中，各组分气体各自对容器壁产生的压力称为组分气体的分压力（产生的压力称为组分气体的分压力（pB）。）。 对于理想气体而言，组分气体的分压力等对于理想气体而言，组分气体的分压力等于等温条件下组分气体单独占

57、有与混合气体于等温条件下组分气体单独占有与混合气体相同的体积时所具有的压力。相同的体积时所具有的压力。T，V，pA，BT，V，pAAT，V，pBBpV=(nA+nB)RT=nRT pV=nART +nBRT (1)pAV=nART (2)pBV=nBRT (3)将将(2) (3)代入代入(1)，得：，得：pV=pAV+pBVp = pA+pB 气体混合物的总压力（气体混合物的总压力（P）等于各组分气）等于各组分气体分压力之和体分压力之和, ,称为分压定律：称为分压定律：T，V，pA，BT，V，pBBpV=(nA+nB)RT=nRT (1)pBV=nBRT (2)将将(2) /(1)，得：，得：

58、nnPpBBpxpnnpBBB（1 1）pB =PnnB =P.xB其中其中: :xB 称摩尔分数。称摩尔分数。若气体混合物由若气体混合物由A、B 组成，则组成，则: :xB+xA=1 =1 其中：其中：VB 称分体积称分体积; ; VB% 称体积百分数。称体积百分数。VVB =P.VB%（2 2）pB =P组分气体分压力的计算：组分气体分压力的计算：分体积分体积理想气体混合物中某组分气体在与混合气体同温同压时单独存在的体积。化学反应化学反应G 计算方法计算方法小结小结反应条件反应条件G 的计算方法的计算方法标准态标准态298.15K标准态标准态任意温度任意温度非标准态非标准态任意温度任意温度

59、123BmfBBG)(rGm(T) =rHm - TrSmrGm(T) = rGm (T) + RTln1. H, S受温度影响很小，所以G受温度的 影响不大 。 2. 凡G大于零的过程都不能自发进行。 3. 273K，101.325KPa下，水凝结为冰， 其过程的S0, S0, S0 C. H0, S0 ； D.H0 G=H-TS G=H-TS=Wmax 在等温等压的封闭封闭系统中，且只做体积功时G 0 反应是非自发的，能逆向进行反应是非自发的，能逆向进行G = 0 反应处于平衡状态反应处于平衡状态知识点复习知识点复习如何计算G？1. 1. 通过公式通过公式STHG2. 2. 通过公式通过公

60、式)()(反应物产物mfimfjmrGvGvG知识点复习知识点复习由于rG值是温度的函数，因此当温度当温度不是室温不是室温时，不能查表计算；要转换成求室温下的H和S代公式计算 可逆反应进行到一定程度时，系统中反应物可逆反应进行到一定程度时，系统中反应物与生成物的浓度不再随时间而改变，反应似乎与生成物的浓度不再随时间而改变，反应似乎已已“停止停止”。系统的这种表面上静止的状态叫。系统的这种表面上静止的状态叫做化学平衡状态。做化学平衡状态。化学平衡是一种动态平衡。化学平衡是一种动态平衡。平衡时，正、逆反应速率相等。平衡时，正、逆反应速率相等。编号起始分压 / kPa平衡分压 / kPap(H2)