二章节化学反应能量和方向学习教案

1、会计学1二章节化学反应能量二章节化学反应能量(nngling)和方向和方向第一页，共72页。 本章学习要求本章学习要求1. 了解化学热力学基本概念，了解了解化学热力学基本概念，了解 热力学能、焓、熵、自由能等状热力学能、焓、熵、自由能等状 态函数的物理态函数的物理(wl)意义意义2. 掌握热力学第一定律，第二定律掌握热力学第一定律，第二定律 的基本内容的基本内容3. 掌握化学反应热效应的各种计算掌握化学反应热效应的各种计算 方法方法第1页/共71页第二页，共72页。4. 掌握化学反应掌握化学反应DrSmq、DrGmq 的计算和过程自发性的判断方法的计算和过程自发性的判断方法(fngf)5. 掌

2、握化学反应掌握化学反应DrGmq与温度的与温度的 关系式关系式 Gibbs-Helmholtz方程方程, 及温度对反应自发性的影响及温度对反应自发性的影响第2页/共71页第三页，共72页。2.1 基本概念基本概念1 . 体系体系(tx)与环境与环境 在热力学中，将研究的对象作为体系在热力学中，将研究的对象作为体系(tx)(system)，体系，体系(tx)之外与体系之外与体系( t x ) 有 关 的 部 分 成 为 环 境有 关 的 部 分 成 为 环 境(surrounding)。 第3页/共71页第四页，共72页。根据体系与环境之间的关系根据体系与环境之间的关系 可将体系分为三类：可将体

3、系分为三类： 物质交换物质交换 能量能量(nngling)交换交换 敞开体系敞开体系 open system封闭体系封闭体系 closed system孤立体系孤立体系 isolated system第4页/共71页第五页，共72页。open systemclosed system第5页/共71页第六页，共72页。isolated system第6页/共71页第七页，共72页。同一研究同一研究(ynji)对象可能用不同的方法划对象可能用不同的方法划分为不同的体系分为不同的体系以水为体系以水为体系: 敞开体系敞开体系 以烧杯以烧杯(shobi)为体系为体系: 封封闭体系闭体系以绝热箱为体系以绝热

4、箱为体系: 孤立体系孤立体系第7页/共71页第八页，共72页。 体系与环境的划分，是为了研究方便而人为确定(qudng)的。 体系与环境之间可能存在着界面，也可能没有实际的界面，但可以想象有一个界面将体系与环境分隔开。第8页/共71页第九页，共72页。第9页/共71页第十页，共72页。第10页/共71页第十一页，共72页。某一过程中状态函数的变化值只某一过程中状态函数的变化值只取决于始态和终态取决于始态和终态,而与所经历而与所经历的途径的途径(tjng)无关无关第11页/共71页第十二页，共72页。T2T1T2T1Q第12页/共71页第十三页，共72页。功功( W ) - 除热以外其它形式传递

5、的能量除热以外其它形式传递的能量 功可分为功可分为(fn wi) 体积功体积功 Wv (膨胀功膨胀功 volume work) 和非体积功和非体积功 W (非膨胀功非膨胀功 nonvolume work)或有或有用功。用功。 定压下定压下,体积功体积功 Wv = -pDV第13页/共71页第十四页，共72页。 热和功都不是状态热和功都不是状态(zhungti)函数，函数， 其数值与变化途径有关其数值与变化途径有关 热和功的符号热和功的符号: “ + ” “ ” Q 体系吸热体系吸热 体系放热体系放热 W 环境对体系作功环境对体系作功 体系对环境作功体系对环境作功第14页/共71页第十五页，共7

6、2页。 6. 热力学能热力学能 thermodynamic energy 热力学能也称为内能（热力学能也称为内能（internal energy）是体系内部各种形式能）是体系内部各种形式能量的总和，它的绝对值无法量的总和，它的绝对值无法(wf)测定测定 热力学能是状态函数，用符号热力学能是状态函数，用符号U 表示。表示。第15页/共71页第十六页，共72页。热力学第一热力学第一(dy)(dy)定律的数学定律的数学表达式表达式U = Q + WU = Q + W第16页/共71页第十七页，共72页。例例 在在351K、101kPa下，下，460g乙醇蒸气凝乙醇蒸气凝结为同温度结为同温度(wnd)

7、的液体。已知乙醇的的液体。已知乙醇的气化热为气化热为.mol-1，计算此过程的，计算此过程的 Q 、W 、 U。第17页/共71页第十八页，共72页。2.2 热化学热化学 Thermochemistry 1. 化学反应热化学反应热 化学反应产物的温度与反应物化学反应产物的温度与反应物的温度相同的温度相同(xin tn)，且，且反应体系不作有用功时，体系吸反应体系不作有用功时，体系吸收或放出的热量称为化学反应的收或放出的热量称为化学反应的热效应热效应 (反应热反应热)。 第18页/共71页第十九页，共72页。第19页/共71页第二十页，共72页。第20页/共71页第二十一页，共72页。第21页/

8、共71页第二十二页，共72页。第22页/共71页第二十三页，共72页。HGDAhgdaBBBR0)mol()0()(BBBBBnntn即即（ A= -a, D= -d, G= g, H= h）HHGGDDAAnnnn 化学化学(huu)(huu)计量数计量数 stoichiometric coefficiet stoichiometric coefficiet定义定义(dngy):反应反应进度进度 即即第23页/共71页第二十四页，共72页。 化学反应化学反应(fnyng)：反应反应(fnyng)进度进度 =1mol 的物理意义的物理意义是是a mol的的A 与与b mol的的B 完全反应完全

9、反应(fnyng), 全部转化为全部转化为g mol的的G 和和h mol的的H HGDAhgda第24页/共71页第二十五页，共72页。kJ或JmolkJ或molJ11m单位单位HHrmHr与与 Hq q 的关系的关系mmHHHHrrHq 是在标准状态下某过程(guchg)的焓变 是在标准状态下反应进度为 1 mol时的焓变某化学反应某化学反应(huxu fnyng)的焓变的焓变 或或(非标准状态下非标准状态下)mHr第25页/共71页第二十六页，共72页。第26页/共71页第二十七页，共72页。第27页/共71页第二十八页，共72页。b. 反应有气体参与时，只考虑反应有气体参与时，只考虑

10、气相体积气相体积(tj)的变化，则的变化，则 RT(g)UHmrmrBBRT(g)QQV,mp,mBBQp,m:反应进度反应进度 =1 mol 时的定压反应热时的定压反应热QV,m:反应进度反应进度 =1 mol 时的定容反应热时的定容反应热第28页/共71页第二十九页，共72页。) l (OH3)g(CO6)g(O) l (HC22221566 1,molkJ3267mVQRT(g)QQV,mp,mBB32151029831. 8)6(3267 1molkJ3271 第29页/共71页第三十页，共72页。)(g,298K,CO),CaO(s,298K)(s,298K,CaCO23ppp1mo

11、lkJ3.178)K298(qmrH)298(KHmrq反应物和生成物都处于(chy)标准态反 应(fnyng)反应进度为1 mol反应温度 Thermochemical equation 5. 热化学方程式热化学方程式第30页/共71页第三十一页，共72页。体体n溶液：溶液：pp下活度为下活度为1 1 的组分的组分n（ 近 似 用 浓 度 为（ 近 似 用 浓 度 为1mol . L-1 1mol . L-1 或或1mol . kg-1 1mol . kg-1 ）第31页/共71页第三十二页，共72页。第32页/共71页第三十三页，共72页。12C(石墨石墨)+11H22 =C12H22O1

12、1(蔗糖蔗糖(zhtng) 无此反应无此反应,该热化学方程式表示从该热化学方程式表示从始态到终态的焓变为始态到终态的焓变为 - 4415 kJmol-11molkJ4415mrH第33页/共71页第三十四页，共72页。EX.298K时时1g苯苯(l)在弹式量热计中在弹式量热计中完全燃烧完全燃烧(rnsho)，生成，生成CO2(g)和和H2O(l),放热放热41.89kJ, 求求 。 qmrH1molKJ1 .3271298314. 8)5 . 1(78100089.41)B(RTUHmrmr解解: C6H62 = 6CO2(g) + 3H2O(l) S S B(g第34页/共71页第三十五页，共72页。EX. 1mol Fe 与 HCl 反应，在密闭容器中放热多还是在开口(ki ku)容器中放热多？解: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 SnB(g) = 1 Qp,m = QV,m + RT Qp,m QV,m 但Qp,m 和QV,m 都是负数, 故 Qp,m 0 在在1273K标准状态下标准状态下 反应反应(fnyng)不能自发进行不能自发进行第68页/共71页第六十九页，共72页。温度温度(wnd)对反应自发性的影响对反应自发性的影响第69页/共71页第七十页，共72页。第70页/共71页第七十一页，