第二节化学反应中的质量守恒和能量守恒

1其次节化学反响中的质量守恒和能量守恒【化学反响的质量守恒定律】00BBB热力学能〔内能〕热力学能〔内能〕——体系内部能量的总和。构成：分子的平动能、转动能，分子间势能、电子运动能、核能等。是一种热力学状态函数◆无法知道他确实定值，但过程中的变化值却是可以测量的。【能量守恒——热力学第肯定律】热力学第肯定律——能量守恒定律表述：能量只可能在不同形式之间转换，但不能自生自灭。状态1〔1〕→◤吸取热量，对体系做功W2〔2〕Q+W律，是自然界中普遍存在的根本规律。1、恒容热效应与热力学能变假设体系的变化是在恒容的条件下，且不做其他非膨胀功〔W’0，则：〕此时：U=W=QV即：热力学能变等于恒容热效应。或说：在恒容的条件下，体系的热效应等于热力学能的变化。*,通过测定恒容反响热的方法，可获得热力学能变U数值.【化学反响的热效应】恒压热效应与焓变在我们的实际生产中，很多的化学反响都是在大气层中〔一个大气压，〔恒压过程。为了便利地争论恒压过程中的问题，我们需要引入另一个重要的热力学状态函数——焓。1、焓变——化学反响的恒压热效应现设体系的变化是在恒压、只做膨胀功〔不做其他功，如电功等〕的条件下进展的状态1→→◤吸取热量Q，对外做功W2〔T1,V1,U1,p〕 〔T2,V2,U2,p〕在此恒压过程中：*Qp*体系对环境所做的功pVp(V2-V1)W-pV-p(V2-V1)于是依据热力学第肯定律，有如下的关系：U2-U1=U=Q+W=Qp-p(V)=p-2-1)p=(2-U)+p(2-1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)定义热力学状态函数焓，以HU+pV则：Qp(U2pV2(U1pV1)=H2-H1=H★★★〔1焓H〔2焓变值H等于体系在恒压过程中的热效应Qp焓变值HH〔3焓代表了恒压条件系所包含的与热有关的能量，具有能量量纲，单位是J或kJ。〔4由于常常遇到的化学反响都是在大气层这样一个恒压环境中发生的，所以焓是一个极其重要的状态函数。〔5焓与与热力学能一样，其确定值无法确定。但状态变化时体系的焓变ΔH却是确定的，而且是可求的。〔6焓是体系的广度性质，它的量值与物质的量有关，具有加和性。2、过程与焓对于肯定量的某物质而言，由固态变为液态或液态变为气态都必需吸热，所以有:H(g)>H(l)>H(s)当某一过程或反响逆向进展时，其H要转变符号即：H〔正=-H〔逆〕对于任何化学反响而言，其恒压反响热Qp可由下式求出：Qp=ΔHH生成物-H反响物在化学反响中，可把反响物看作始态，而把生成物看作终态ΔH>0ΔH<0ΔH=Qp，即为恒压反响热。所以焓变比热力学能变更具有有用价值，用得更广泛、更普遍。【恒压反响热与恒容反响热的关系】HU+pV则：ΔHΔU+Δ(pV)对于恒压、只作体积功的化学反响，有：H=+V即： Qp=Qv+pΔV对于固相和液相反响，由于反响前后体积变化不大，故有： p≈对于气相反响，假设将气体作为抱负气体处理，则有： Qp=Qv+Δn〔RT〕式中Δn【盖斯定律与反响热的计算】1．反响进度〔摩尔数〕mol用希腊字母ξ表示。对于任一化学反响，有质量守恒定律：0＝BB，例如，以下给定反响：nDnEn nGnDnEn nGHDEGH通式为：n n()n n()n(0)BBBBB举例说明：3H2(g)+N2(g)=2NH3(g)T=0s(mol) 3.0 1.0 0.0t=0.1s(mol) 1.5 0.5 1.0以H2=nH2/H2 =(1.5-3.0)mol/-3=0.5mol以N2=nN2/N2 =(0.5-1.0)mol/-1=0.5molNH3=nNH3/NH3 =(1.0-0.0)mol/2=0.5mol【热力学标准态】对于以上所说的“焓变等于恒压热效应，的热效应是不一样的，由于不同的压力之下，体系所做的膨胀功不同，因而恒压热效应——焓变值也有所不同。因此热力学在处理化学反响体系时，必需选定某一状态作为“计算、比较的标”这一标准即称做热力学标准状态。IUPAC100kPap表示之，处于标准压力之下的体系，称为体系的标准状态。各种体系的标准状态规定如下：纯固体、液体，当该物质处于外压为标准压力之下。纯气体〔抱负气体：p==0kPa混合气体：pip100kPa(pi某组分气体的分压力)抱负溶液：p=p=100kPa，c=c=1.0mol/dm3 (c标准浓度)★★★上述标准状态并未指定温度，即：H2〔100kpa,298K〕是标准状态，H2〔100kpa,200K〕也是标准状态。IUPAC298.15K作为温度的一般参比标准，如不注明，则指的是298.15K，其他温度则须指明，用〔T〕表示。【化学反响的标准焓变、标准摩尔焓变】在特定的温度之下〔如不特别指明，则为298K〕假设参与化学反响的各物质〔包括反响物和产物〕都处于热力学标准状态==0kp化学反响的过程中产生的焓变即称作：标准焓变，以符号表示之。例如：

1.5H2(g)+0.5N2(g)=NH3(g)ΔrH=-46.11kJ但是：化学反响的焓变，不仅与温度、压力等有关，还与反响中物质的量有关。规定：化学反响进度ξ=1时化学反响的焓变为化学反响的标准摩尔焓变。以符号ΔrHm的标准焓变。

表示之。标准摩尔焓变的意义是：单位化学反响进度ξ化学反响rm ΔH =ΔHrm 例如： 3H2+N2=2NH3(气体)rmΔH=-92.22KJ/rm3molH2和1molN2Qp【热化学方程式】表示出了化学反响过程中热效应的化学反响计量方程式称为热化学方程式(thermodynamicequation298.15K1) H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)2) 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)3) O2(g)CO2(g)【物质的标准摩尔生成焓】

ΔH=-285.8kJrmrmΔH=-rmrmrmΔH=-393.5rm

mol-1mol-1mol-11mol某种物质的反响的标准焓变，m叫做该物质的标准摩尔生成焓，以符号Hm〔1最稳定单质的标准摩尔生成焓为零。〔2〔石墨、〔固体〕

表示之。〔31mol【盖斯定律】俄国化学家G.H.Hess对化学反响的数据进展总结〔1840〕指出：不管化学反响是一步完成，还是分几步完成，其化学反响的热效应是一样的。例如：CO2〔H〕→→↘O2〔H1〕 ↗↘ O2〔rH2〕COrH=H1+H2“盖斯定律是热力学定律的必定结”由于焓是状态函数，所以只要始态和终态一样，焓变必定一样。今日我们看来格外简洁，但却有重要的使用意义。【化学反响热的计算】参考单质〔最稳定态〕↙ ↘↙ΔH(反响物〕 ↘ΔH(生成物〕j f m i f m↙ ↘反响物 →