《全日制高校普通化学》之《热力学34》课件

1、设体系加热后吸热，同时对环境做功，数学表达式：状态1（U1）状态2（U2），则状态函数U2 = U1 + Q + W U = U2 U1 = Q + W 例如： 体系吸热 Q = 80 kJ，对环境做功 W = 50 kJ， 状态1 状态2， U体 = U2 U1 = Q + W = 80 + （ 50）= 30 kJ 第1页，共15页。对环境来说，Q = 80 kJ，W = 50 kJ U环 = Q + W = 80 + 50 = 30 kJU孤 = U体 + U环 = 30 +（30 ）= 0说明能量不生不灭，是守恒的，能量可在体系与环境之间转移。 注意：其中， W = We+ Wf ，W

2、e = p V 第2页，共15页。33 化学反应热效应3.1 化学反应的热效应： 对于一个只做体积功的化学反应，当反应物和产物的温度相等时，体系吸收或放出的热量称为化学反应热效应，简称反应热。 定义：根据反应变化的特点，热效应可以分为：1. 定容反应热 QV 只做体积功的体系（Wf = 0）在定容条件下，进行反应时产生的热效应叫定容反应热，用QV表示，单位：J、kJ。第3页，共15页。. 定压热效应 Qp 只做体积功的体系（Wf = 0）在定压条件下，进行反应时产生的热效应叫定压反应热，用Qp表示，单位：J、kJ。 由热力学第一定律，U = QV + W定容下， V = 0， U = QV 定

3、容反应的热效应等于体系的热力学能改变 = QV = QV + We+Wf = QV + We (Wf=0)状态1（U1）状态2（U2）， p V第4页，共15页。焓： 定义：H U + p V Qp = H2 - H1 = H 说明： 焓是状态函数，具有广度性质，H只与始终态有关。单位：J、kJ； 没有明确的物理意义。 因为的绝对数值不知，所以绝对值也不知，但是，H可求 。由热力学第一定律，U = Qp+ We = Qp p V Qp = U + p VQp = U + p V = (U2 U1) + p(V2 V1) = (U2 + p2V2) (U1 + p1V1) (因为p = p1 =

4、 p2) 第5页，共15页。定压下， P 一定 ， Qp = H 说明：通常化学反应是在定压下进行的，所以用H表示化学反应热。 4. 定容反应热与定压反应热的数值关系 QV = UQp = H Qp = U + p VH = U + p V Qp = QV + p V 比较QV与Qp的大小： 只有固体或液体参加的化学反应，V0， Qp = QV ，H = U。 有气体参加的化学反应，将气体视为理想气体，则p V = n RT，n = B (B, g)，Qp = QV +n RT，H = U + n RTn：表示化学反应进度等于mol时，方程式中的计量系数的代数和B 第6页，共15页。3.2.

5、热化学方程式（1）定义：标有化学反应热的方程式，叫热化学方程式。 标明反应的温度和压力，若反应在298.15K和p=100kPa下进行，可省略。 注明物质聚集状态及晶型。 反应热在方程式后面标出，rHm 0，为放热反 应； rHm 0，为吸热反应。如，SO3(g) + H2O(l) = H2SO4(l) r H m= 130.29kJmol1 反应在标态下发生，应注明，如rHm，下 标“r”表示化学反应，下标“m”表示反应进度为1mol， 上标“ ”表示标准状态。书写规则：第7页，共15页。（2）标准态的规定： 若是溶液，当b(B)=1molkg1或c(B)=1molL1时， 该溶液处于标准态

6、。 标准态是指在指定温度和标准压力p（100kPa）下该物质的状态，具体如下： 纯液体或纯固体的标准态是指温度为T，压力为p 的纯液体或纯固体； 理想气体的标准态是指温度为T，气体分压为p 的状态； （3）摩尔反应热： 当一个化学反应进行到反应进度等于1mol时，吸收或放出的热量。 如果在指定的温度和标准状态下，则记为：第8页，共15页。3.3.化学反应热效应的计算（1）利用盖斯定律来计算 化学反应的热效应 盖斯定律：在定容或定压条件下，任一化学反应，不论是一步完成还是分几步完成，其热效应总是相同的。 对定压的过程：Qp = H =H2 - H1 对定容的过程: QV = U =U2 - U1

7、 因为H，U都是状态函数，它们的变化量只于始态和终态有关，所以Qp 、QV ，也只与始态和终态相关）反应物 产物 H1H2H3中间产物 因为H是状态函数，H只与始终态有关， H1 = H2 + H3。 第9页，共15页。C , O2 CO2 H1H2COH3 用盖斯定律可计算难以测定的反应热: 如C(石墨) +O2 (g) = CO (g)的反应热很难测定因为CO气体很难捕获，但可用盖斯定律计算。 C(石墨) +O2 (g) = CO2(g) r H m（1）= 393.5kJmol1 CO (g) + 1/2O2 (g) = CO2(g) r H m （3）= 283.0kJmol1 得：C

8、(石墨) + 1/2O2 (g) = CO(g) r H m（2）= r H m（1） r H m（3） = 393.5 ( 283.0) = 110.5kJmol1 第10页，共15页。（2）由标准摩尔生成焓计算化学反应热标准摩尔生成焓定义： 在指定温度及标准态下，由元素最稳定的单质生成1mol某物质时反应的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓（标准摩尔生成热）。 表示:其中， f（formation）表示“生成”， m表示的是生成1mol某物质。单位： Jmol1， kJmol1。 用f H m规定： 在指定温度及标准态下，元素 的最稳定的单质fHm为零。 例如: f Hm(O2,g)=0， f

9、 H m（石墨）=0， f H m（金刚石）=1.895 kJmol1第11页，共15页。反应物最稳定单质生成物 rHm（1）= ? rHm（2）=rHm（3）=根据盖斯定律: rHm（1）+rHm（2）=rHm（3）所以 ： rHm（1）= rHm（3） rHm（2）=rHm（1）式中，B为化学计量系数，对反应物取负值，产物取正值。=第12页，共15页。利用fHm计算rHm a A + d D = g G + h H 已知： f H m(A) f H m(D) f H m(G) f H m(H)试求： rHm = ?rHm = g fHm(G)+ h fHm(H) a fHm(A)+ d f

10、Hm(D) 例如， CH3OH(l) +O2 (g) = CO2(g) + 2H2O(l)rHm = 393.5 +(285.9) 2 (238.6) 0fHm/ kJmol1 238.6 0 393.5 285.9 = 726.7kJmol1 （3） 由标准摩尔燃烧焓 计算化学反应热标准摩尔燃烧焓 定义： 在指定温度及标准压力下，1mol有机化合物完全燃烧生成稳定产物时反应的焓变，称为该化合物的标准摩尔燃烧焓 . 表示 :单位：Jmol1， kJmol1。用符号c H m 第13页，共15页。注：完全燃烧是指有机物中各元素都生成最稳定态物质。 如: CCO2(g)，HH2O(l)，SSO2(g)，NN2(g)，Cl HCl (g)。 完全燃烧产物都是稳定态，其标准摩尔燃烧热为零。 c Hm（C3H8）= rHm= 2220.2kJmol1 C3H8 (g) +5O2 (g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) rH