无机化学-2 热化学

1、下页退出无机化学无机化学返回1下页退出上页2.1 化学热力学概述化学热力学概述2.2 化学热力学的基本概念化学热力学的基本概念2.3 热力学第一定律热力学第一定律2.4 化学反应的反应热化学反应的反应热 2.5 Hess定律定律 2.6 反应热的求算反应热的求算 本章要求及作业本章要求及作业2下页退出上页2.1 化学热力学概述化学热力学概述2.1.1 自然界中的能源及热能的利用自然界中的能源及热能的利用 自然界中可以供人们使用的能源自然界中可以供人们使用的能源:机械能、热能、电机械能、热能、电磁能、辐射能、化学能、磁能、辐射能、化学能、风能、水能、风能、水能、太阳能、生物能太阳能、生物能及原子

2、核能等。及原子核能等。 能量可以被贮存和转化。能量可以被贮存和转化。 热力学热力学是研究热和其他形式的能量互相转变所遵循是研究热和其他形式的能量互相转变所遵循的规律的一门科学。的规律的一门科学。 应用热力学原理，研究化学反应过程及伴随这些过应用热力学原理，研究化学反应过程及伴随这些过程的物理现象，就形成了程的物理现象，就形成了“化学热力学化学热力学”。3下页退出上页2.1.2 热力学的特征热力学的特征就其研究和处理问题的方法而言，具有如就其研究和处理问题的方法而言，具有如下的特征：下的特征： 只研究整个热力学只研究整个热力学系统系统的宏观的宏观性质性质，而不管个别，而不管个别粒子的微观行为；粒

3、子的微观行为； 只需知道过程的只需知道过程的始、终态始、终态和外界条件，而不需知和外界条件，而不需知道道过程过程发生的细节；发生的细节； 只研究始、终态之间各只研究始、终态之间各物理量的变化物理量的变化，而不管其，而不管其变化的快慢，即不涉及时间的概念。变化的快慢，即不涉及时间的概念。4下页退出上页2.1.3 化学热力学的研究对象化学热力学的研究对象 1. 反应的反应的方向方向: 指定条件下，正反应可否指定条件下，正反应可否自发进行自发进行； 2. 反应的反应的限度限度:如果正反应可如果正反应可自发进行自发进行，正反应能否进，正反应能否进 行到底行到底 (K 大小大小); 3. 反应过程的反应

4、过程的能量转换能量转换放热？吸热放热？吸热 4. 反应反应机理机理反应是如何进行的？反应是如何进行的？ 5. 反应反应速率速率反应多快？反应多快？“化学热力学化学热力学”回答回答前前3个问题个问题；“化学动力学化学动力学”回答回答后后2个问题个问题。 5下页退出上页2.1.4 化学热力学发展简史化学热力学发展简史 远古时代远古时代-钻木取火；钻木取火；12-13世纪世纪-我国的走马我国的走马灯、加速箭；灯、加速箭；18世纪世纪-蒸汽机；今天的核能利用。蒸汽机；今天的核能利用。 由于蒸汽机笨重、效率不高等缺点，因而促使由于蒸汽机笨重、效率不高等缺点，因而促使人们对于水和蒸汽以及其它物质的热力性质

5、进行研人们对于水和蒸汽以及其它物质的热力性质进行研究；与此同时，卡诺对如何提高热效率，迈耶、焦究；与此同时，卡诺对如何提高热效率，迈耶、焦尔等人对热与功的转换规律进行了大量实验，从而尔等人对热与功的转换规律进行了大量实验，从而建立了热力学两个基本定律。建立了热力学两个基本定律。6下页退出上页 在热力学有关理论的指导下，于在热力学有关理论的指导下，于19世纪末期，发世纪末期，发明了内燃机及蒸汽轮机。内燃机具有效率高、重量明了内燃机及蒸汽轮机。内燃机具有效率高、重量轻的特点，蒸汽轮机则具有效率高、功率大的优点。轻的特点，蒸汽轮机则具有效率高、功率大的优点。 内燃机及蒸汽轮机的出现，极大地促进了热力

6、学内燃机及蒸汽轮机的出现，极大地促进了热力学的研究。的研究。7下页退出上页2.2 化学热力学的基本概念化学热力学的基本概念2.2.1 系统系统(system)和环境和环境(environment) 被研究的物质称为被研究的物质称为(体系体系) 。也就是说为了研也就是说为了研究的需要人为地与周围的物质和空间隔离开来的被研究的需要人为地与周围的物质和空间隔离开来的被研究的对象。究的对象。而而以外的与体系有密切关系的周围部分称为以外的与体系有密切关系的周围部分称为。 系统和环境间可以有明确的界面，也可能是虚拟系统和环境间可以有明确的界面，也可能是虚拟或模糊的界面。或模糊的界面。8下页退出上页 如如C

7、uSO4溶液，可认为溶液就是系统；而溶液之外的溶液，可认为溶液就是系统；而溶液之外的一切东西一切东西(烧杯、溶液上方的空气等烧杯、溶液上方的空气等)都是环境。也可将溶都是环境。也可将溶液、烧杯、溶液上方的空气看成系统。烧杯之外的部分是液、烧杯、溶液上方的空气看成系统。烧杯之外的部分是环境。环境。系统、环境划分根据需要而定。系统、环境划分根据需要而定。 9下页退出上页 系统和环境之间可以有能量交换，也可有物质交换。系统和环境之间可以有能量交换，也可有物质交换。据此可将系统分为：据此可将系统分为： 开放系统开放系统（敞开系统）（敞开系统） 封闭系统封闭系统（密闭系统）（密闭系统） 孤立系统孤立系统

8、（隔离系统）（隔离系统）敞开系统敞开系统封闭系统封闭系统隔离系统隔离系统有物质交换有物质交换没有物质交换没有物质交换没有物质交换没有物质交换有能量交换有能量交换有能量交换有能量交换没有能量交换没有能量交换10下页退出上页 如：一个盛水的敞口的瓶如：一个盛水的敞口的瓶(敞开系统敞开系统)：既有热量的：既有热量的交换，又有瓶中水汽的蒸发和瓶外空气的溶解等；交换，又有瓶中水汽的蒸发和瓶外空气的溶解等； 如在此瓶口盖上瓶塞如在此瓶口盖上瓶塞(封闭系统封闭系统)：此时只有热量交：此时只有热量交换；换； 如将此广口瓶换为带盖的杜瓦瓶如将此广口瓶换为带盖的杜瓦瓶(孤立系统孤立系统)：瓶内：瓶内外既没有物质的

9、交换也没有能量的交换。外既没有物质的交换也没有能量的交换。11下页退出上页12下页退出上页 选择题：选择题：下列情况中属于封闭体系的是下列情况中属于封闭体系的是a、氢气在盛有氯气的密闭绝热容器中燃烧、氢气在盛有氯气的密闭绝热容器中燃烧b、反应、反应N2O4(g） 2NO2(g)在密闭容器中进行在密闭容器中进行c、氢氧化钠与盐酸在敞口的烧杯中反应、氢氧化钠与盐酸在敞口的烧杯中反应d、用水壶烧开水、用水壶烧开水13（ b）下页退出上页2.2.2 状态状态(state)和状态函数和状态函数(state function) 一个热力学系统的一个热力学系统的状态状态是系统的所有物理性质和是系统的所有物理

10、性质和化学性质的综合表现。也就是说化学性质的综合表现。也就是说一个系统的物理性质一个系统的物理性质和化学性质都确定了，则称为一个状态。和化学性质都确定了，则称为一个状态。 规定系统状态的规定系统状态的(用数学术语来讲用数学术语来讲)叫做叫做“状态函数状态函数”。如。如T、P、V、m、n、d、如：气体的状态可由压力、体积、温度及各组分如：气体的状态可由压力、体积、温度及各组分物质的量等物理量来决定。如果其中的一个或多个物物质的量等物理量来决定。如果其中的一个或多个物理量发生改变时，系统即由一种状态变为另一种状态。理量发生改变时，系统即由一种状态变为另一种状态。14下页退出上页系统的状态函数具有如

11、下的特征系统的状态函数具有如下的特征: 体系体系状态一定状态一定，状态函数，状态函数值一定值一定； 系统状态改变，状态函数值的变化只取决于系统的系统状态改变，状态函数值的变化只取决于系统的始、终态，与变化的途径无关始、终态，与变化的途径无关 (殊途同归变化等殊途同归变化等)。 系统状态复原，状态函数值复原系统状态复原，状态函数值复原(周而复始变化零周而复始变化零)。 系统的状态函数都是物理性质，系统的状态函数都是物理性质， 故也叫故也叫系统的性系统的性质。质。始 态终态（）（）15下页退出上页如：一定量的理想气体的状态变化，它由始态如：一定量的理想气体的状态变化，它由始态p1=1.01105P

12、a，T1=298K 变为变为p2=2.02105Pa，T2=398K。此过程可以有无数不同办法实现，。此过程可以有无数不同办法实现， 但但p = 1.01105Pa , T =100K。 注意：系统状态一定，所有状态函数都一定；系统注意：系统状态一定，所有状态函数都一定；系统状态变化，状态变化，并非并非所有状态函数都一定改变，但必然有某所有状态函数都一定改变，但必然有某些状态函数发生改变。些状态函数发生改变。 状态函数之间并非相互独立，而是相互联系状态函数之间并非相互独立，而是相互联系(如理如理想气体想气体pV=nRT)。16下页退出上页 根据系统的性质间的关系，系统的性质可分为两根据系统的性

13、质间的关系，系统的性质可分为两类：类： （1）广度性质）广度性质(亦称广延性质、容量性质亦称广延性质、容量性质( extensive property)。此类性质。此类性质具有加和性具有加和性，如体积、，如体积、质量等。质量等。 （2）强度性质）强度性质(intensive property) 。此类性质。此类性质的数值不随系统中物质的总量而变，它仅由系统中物的数值不随系统中物质的总量而变，它仅由系统中物质本身的特性所决定，也就是质本身的特性所决定，也就是没有加和性没有加和性。如温度、。如温度、压力、密度就是强度性质。压力、密度就是强度性质。17下页退出上页2.2.3 过程过程(process

14、)和途径和途径(path) 系统状态的变化，叫系统状态的变化，叫过程过程; 实现某一过程的具体方式或实现某一过程的具体方式或步骤叫步骤叫途径途径。 过程和途径其实所指相同。过程和途径其实所指相同。着重结果就是过程，着重着重结果就是过程，着重过程细节就是途径。过程细节就是途径。 经常遇到的热力学过程有：始态、过程、终态温度相经常遇到的热力学过程有：始态、过程、终态温度相等的等的等温过程等温过程；始态、过程、终态压力相等的；始态、过程、终态压力相等的等压过程等压过程；始态、过程、终态体积相等的始态、过程、终态体积相等的等容过程等容过程；从始态到终态系；从始态到终态系统与环境间无热交换的统与环境间无

15、热交换的绝热过程；绝热过程；始态和终态变化相同的始态和终态变化相同的循环过程循环过程等等。等等。18下页退出上页 热力学假想了一种理想过程热力学假想了一种理想过程“可逆过程可逆过程”。 可逆过程至少具有如下特点可逆过程至少具有如下特点：（：（1）状态变化时推动状态变化时推动力与阻力相差无限小，系统与环境始终无限接近于平衡力与阻力相差无限小，系统与环境始终无限接近于平衡态；态；（2） 等温可逆过程中，系统对环境作最大功，环境等温可逆过程中，系统对环境作最大功，环境对系统作最小功。对系统作最小功。 实际发生的任何过程都是实际发生的任何过程都是不可逆过程不可逆过程。 热力学过程还有热力学过程还有自发

16、过程自发过程和和非自发过程非自发过程之分：在一定之分：在一定条件下无须外力条件下无须外力(有用功有用功)作用就能发生的是作用就能发生的是自发过程自发过程；反；反之一定条件下需要提供有用功才能发生的是之一定条件下需要提供有用功才能发生的是非自发过程非自发过程。19下页退出上页p1=1.01105PaT1=298Kp2=2.02105PaT2=398Kp2=2.02105PaT1=298Kp1=1.01105PaT2=398K等温过程等温过程等压过程等压过程等温过程等温过程等压过程等压过程始态始态终态终态途途径径二二 途途 径径 二二20下页退出上页2.2.4 相（相（phase） 系统内部物理和

17、化学性质完全均匀的部分称为系统的一系统内部物理和化学性质完全均匀的部分称为系统的一个个相（相（phase）。 相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。观性质的改变是飞跃式的。 但被相界面分隔的部分不一定是不同的相。如水中漂但被相界面分隔的部分不一定是不同的相。如水中漂浮的几个冰块属一相。浮的几个冰块属一相。 只含一个相的系统叫均相（单相）系统。只含一个相的系统叫均相（单相）系统。 系统内可能有系统内可能有2个或多个相，相与相之间有界面分开，个或多个相，相与相之间有界面分开，这种系统叫非均相系统或多相系统。这种系统叫非均

18、相系统或多相系统。21下页退出上页（1）系统中的气体不管有多少种，均属一相；）系统中的气体不管有多少种，均属一相；（2）系统中的混合液体可为一相、两相、三相或以上；）系统中的混合液体可为一相、两相、三相或以上；（3）系统中的不同固体，若形成固溶体）系统中的不同固体，若形成固溶体(如合金如合金)则一种固溶则一种固溶体是一相；不同固体靠研磨，无论研磨得多么细，有多少体是一相；不同固体靠研磨，无论研磨得多么细，有多少种固体就有多少相。种固体就有多少相。（4）单相系统中不一定只有一种组分物质（例如气体混合物）单相系统中不一定只有一种组分物质（例如气体混合物即由多种物质所组成）；同一种物质也可因聚集状态

19、的不即由多种物质所组成）；同一种物质也可因聚集状态的不同而形成多相系统（例如水、水蒸气和冰三相共存）；聚同而形成多相系统（例如水、水蒸气和冰三相共存）；聚集状态相同的物质在一起也不一定就是单相系统（例如油集状态相同的物质在一起也不一定就是单相系统（例如油水分层的液态系统有两相）。水分层的液态系统有两相）。22下页退出上页铁粉和硫磺粉铁粉和硫磺粉汽汽水水冰冰油油水水汽汽23下页退出上页是非题：是非题： （1）聚集状态相同的物质混在一起，一定是单）聚集状态相同的物质混在一起，一定是单相体系。相体系。 （2）系统内相界面越多，则相越多。）系统内相界面越多，则相越多。思考题：思考题： 1） 高炉炼铁反

20、应中，高炉炼铁反应中， FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) 问该系统中共有几相？问该系统中共有几相？24下页退出上页2.2.5 化学反应计量式和反应进度化学反应计量式和反应进度1、质量守恒定律质量守恒定律（在化学反应中的应用）（在化学反应中的应用）:参加化学参加化学反应的各种物质的总质量一定等于反应后各物质的总反应的各种物质的总质量一定等于反应后各物质的总质量。质量。2、化学反应计量式或化学反应方程式化学反应计量式或化学反应方程式:根据质量守恒根据质量守恒定律，用规定的化学符号和化学式来表示化学反应的定律，用规定的化学符号和化学式来表示化学反应的式子。式子。25下页退出上页3、正

21、确书写化学反应方程式必须做到：、正确书写化学反应方程式必须做到：（1）据据实验事实，正确写出反应物与产物的化学式。）据据实验事实，正确写出反应物与产物的化学式。（2）要满足原子守恒和电荷守恒。）要满足原子守恒和电荷守恒。（3）要标明物质的聚集状态。）要标明物质的聚集状态。 g气态，气态， l液态，液态， s固态，固态， aq水溶液。水溶液。 化学式前面的系数称为化学计量数，表示为：化学式前面的系数称为化学计量数，表示为： B物质物质B的化学计量数。的化学计量数。 并规定：产物为正，反应物为负。并规定：产物为正，反应物为负。26下页退出上页 如：如： WO3(s)+6H2(g )= 6H2O(l

22、)+W(s)， WO3 = -1, H2= -6, H2O=6, W=1， 表明消耗表明消耗1mol WO3和和6mol H2，生成生成6mol H2O和和1mol W。A=-a， B=-b， Y=y， Z=z 物质物质B的化学计量数的化学计量数BBBABYZ0Babyz上式可简写为：物理意义：反应物的减少或增加等于生成物的增加或减少。27下页退出上页BBBBB)0()(nnn反应进度反应进度-单位是单位是mol28下页退出上页使用使用 时应注意：时应注意：（1）反应进度）反应进度( )的值与选用反应式中何种物质的量的的值与选用反应式中何种物质的量的变化进行计算变化进行计算无关。无关。（2）同

23、一化学反应如果化学反应方程式的写法不同）同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同（亦即（亦即 B不同），相同反应进度时对应不同），相同反应进度时对应各物质量的变各物质量的变化不同。化不同。( (D D) )n n( (D D) )( (C C) )n n( (C C) )( (B B) )n n( (B B) )( (A A) )n n( (A A) )29下页退出上页例如例如 =1 mol时，时，化学反应方程式：化学反应方程式： n（N2）/ mol n（H2）/ mol n（NH3）/ mol -1 -3 2 n（N2）/ mol n（H2）/ mol n（NH3）/ mol -1/2 -

24、3 /2 1（3）同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同，同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同，物质量改变相同，则物质量改变相同，则 不同不同。2( )2( )3( )32gggNHNH2( )2( )3( )1322gggNHNH30下页退出上页2.3 热力学第一定律热力学第一定律2.3.1 热和功热和功热热Q是仅因温度差而在系统和环境之间传递的能量。是仅因温度差而在系统和环境之间传递的能量。规定：规定：系统吸热系统吸热 Q取正值取正值; 若系统放热若系统放热Q取负值。取负值。注意：注意：（1）热既不是物质，也不是系统的性质！而是系统中）热既不是物质，也不是系统的性质！而是系统中大量微

25、粒作无序热运动引起的能量传递形式。大量微粒作无序热运动引起的能量传递形式。（2）热因温度差而引起，热传递过程进行到温度相等）热因温度差而引起，热传递过程进行到温度相等时停止，此时系统达到时停止，此时系统达到“热平衡热平衡”。（3）Q与具体的变化途径有关，与具体的变化途径有关，不是状态函数。不是状态函数。31下页退出上页功功W是在系统和环境间以热之外的所有其它形式传是在系统和环境间以热之外的所有其它形式传递的能量。递的能量。 规定：规定：系统接受功系统接受功W为正值，反之为负值。为正值，反之为负值。功又分为膨胀功和其他功功又分为膨胀功和其他功(有用功，非膨胀功有用功，非膨胀功) 功与具体的变化途

26、径有关，不是状态函数。功与具体的变化途径有关，不是状态函数。32下页退出上页体积功和体积功和p-V图图 化学反应过程中，经常发生体积变化。体系反抗化学反应过程中，经常发生体积变化。体系反抗外压改变体积，产生体积功。外压改变体积，产生体积功。 按照传统的功的定义，按照传统的功的定义， W = F l ， l S = p V ，这种功这种功称为体积功，以称为体积功，以 W体体 表示。表示。 若体积变化若体积变化 V = 0 ，则则 W体体 = 0 。 我们研究的过程与途径，若不特别说明，可以认我们研究的过程与途径，若不特别说明，可以认为只有为只有 体积功。即体积功。即 W = W体体 SFW33下

27、页退出上页非体积功非体积功 电功、表面功、光能等都是非体积功。电功、表面功、光能等都是非体积功。 电功是较为常见的非体积功。能够自发进行的化学电功是较为常见的非体积功。能够自发进行的化学反应即可直接进行以热的形式释放能量，也可在设计成反应即可直接进行以热的形式释放能量，也可在设计成的电池中进行，以电功的形式释放能量。的电池中进行，以电功的形式释放能量。原电池 电解池34下页退出上页2.3.2 热力学能（热力学能（内能内能） 热力学能是体系内部所有能量之和，包括分子、原子热力学能是体系内部所有能量之和，包括分子、原子的动能，势能，核能，的动能，势能，核能， 电子的动能电子的动能 以及一些尚未研究

28、以及一些尚未研究的能量。热力学上用符号的能量。热力学上用符号 U 表示热力学能。表示热力学能。 虽然体系的内能尚不能求得，但是体系的状态一定时，虽然体系的内能尚不能求得，但是体系的状态一定时，内能是一个固定值。因此，内能是一个固定值。因此，热力学能热力学能U是体系的状态函数，是体系的状态函数，包括宏观静止系统具有的一切能量。包括宏观静止系统具有的一切能量。 体系的状态发生变化，始、终态确定，则内能变化量体系的状态发生变化，始、终态确定，则内能变化量 U 是一定值，是一定值， U = U终终 U始始 。 理想气体是最简单的体系，可以认为理想气体是最简单的体系，可以认为理想气体的内能理想气体的内能

29、只是温度的函数只是温度的函数。温度一定，则。温度一定，则 U 一定一定。 即即 T = 0 ，则则 U = 035下页退出上页2.3.3 热力学第一定律热力学第一定律自然界的一切物质都有能量，能量有各种不同的形式，自然界的一切物质都有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递过程中总能量不变。一个物体，而在转化和传递过程中总能量不变。 这是能量这是能量守恒定律，守恒定律， 也就是也就是热力学第一定律，热力学第一定律， 对封闭系统其数学对封闭系统其数学表达式为：表达式为： U=Q+W 例

30、例 ： 某过程中，体系吸热某过程中，体系吸热100J，对环境做功对环境做功20J。求体求体系的内能改变量。系的内能改变量。 解解 由第一定律表达式由第一定律表达式 U = Q + W = 100+（ 20） = 80 ( J ) 体系的内能增加了体系的内能增加了 80 J36下页退出上页 环境的内能改变量环境的内能改变量怎样求得？怎样求得？ 从环境考虑，吸热从环境考虑，吸热 100 J，做功做功 20 J，所以所以U环环 = ( 100 ) + 20 = 80 ( J ) 环境的内能减少了环境的内能减少了 80 J。 内能是量度性质，有加和性。体系加环境为宇宙，故内能是量度性质，有加和性。体系

31、加环境为宇宙，故: U宇宙宇宙 = U体体 + U环环 = 80 + ( 80 ) = 0， 能量守恒。能量守恒。隔热系统：隔热系统：因为因为Q =0， W=0，所以，所以 U = 0，内能守恒。，内能守恒。循环系统：循环系统：系统回复到原来状态，系统回复到原来状态， U = 0，内能守恒。，内能守恒。 37下页退出上页 当生成物和反应物的当生成物和反应物的温度相同温度相同时，化学反应过程时，化学反应过程中吸收或放出的热量，一般称为反应热。中吸收或放出的热量，一般称为反应热。 化学反应热要反映出与反应物和生成物的化学键化学反应热要反映出与反应物和生成物的化学键相联系的能量变化，一定要定义反应物

32、和生成物的温相联系的能量变化，一定要定义反应物和生成物的温度相同，以消除因反应物和生成物温度不同而产生的度相同，以消除因反应物和生成物温度不同而产生的热效应。热效应。 化学反应中，化学反应中， U = U产物产物 U反应物反应物 = Q +W 注意，此处的注意，此处的 W = W体体 2.4 化学反应的反应热化学反应的反应热38下页退出上页 定容的封闭系统中，定容的封闭系统中， V = 0 ，故故 W = p V = 0不做其它功，则有不做其它功，则有 U = Qv + W = Qv 即即 U = Qv Qv 是定容反应中体系的热效应是定容反应中体系的热效应 。从。从 U = Qv 此式表示在

33、不做体积功的条件下，体系在恒容过程中此式表示在不做体积功的条件下，体系在恒容过程中所吸收的热量全部用来增加体系的内能。所吸收的热量全部用来增加体系的内能。 当当 U 0 时，时，Qv 0，是吸热反应，是吸热反应， U 0 时，时，Qv 0 时，时，Qp 0 ， 是吸热反应是吸热反应 ； H 0 时，时，Qp 0， Qp Qv; V 0， Qp Qv。 U = QV 适用条件：适用条件：封闭系统，等温、等容，不做有用功。封闭系统，等温、等容，不做有用功。 Qp = H 适用条件：适用条件：封闭系统，等温、等压，不做有用功。封闭系统，等温、等压，不做有用功。= + 49下页退出上页 例：用弹式量热

34、计测得例：用弹式量热计测得298K时，燃烧时，燃烧1mol正庚烷的正庚烷的恒容反应热恒容反应热为为- 4807.12 kJ mol-1，求其，求其Qp 值。值。解：解：C7H16(l) + 11O2(g) 7CO2(g)+ 8H2O(l) n = 7 - 11 = - 4 Qp = QV + nRT = - 4807.12 + (- 4) 8.314 298/1000 = - 4817.03 kJ mol-150下页退出上页 理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRT（1）应用条件：高温低压气体）应用条件：高温低压气体(稀薄气体稀薄气体);（2）无机化学中一般都将气体看作理想气体）无机化学中

35、一般都将气体看作理想气体;（3）注意应用其变形形式）注意应用其变形形式:npVnRTpRTpcRTVmmpVnRTpVRTpMRTpMdRTMV（4） 注意注意R的取值和单位的取值和单位: R= 0.08206 atmLmol-1K-1 =8.314 Jmol-1K-1 = 8.314 pam3mol-1K-1 51下页退出上页2.4.3 rUm和和 rHm摩尔热力学能变摩尔热力学能变- rUm 反应的摩尔焓变反应的摩尔焓变- rHmBBBrmmrBBBrmrmBBnUHUHUHnnrnRTHURTRT pv（g）（g）代表反应（reaction）,m表示摩尔（molar）,上两式分别表明了反

36、应进度为1mol时，热力学能和焓的变化量。Q =Q +式中是反应前后气体物质计量数的代数和。例题：例题：p3052下页退出上页2.4.4 热化学方程式热化学方程式（1） 热力学标准态热力学标准态(thermodynamic standard state ) 为了研究的方便，人们规定了系统的为了研究的方便，人们规定了系统的热力学标准态热力学标准态，简称简称标态标态。 标准态标准态不规定温度不规定温度，每个温度都有一个标准态。，每个温度都有一个标准态。一般一般298.15 K时的标准态数据有表可查。时的标准态数据有表可查。 特别注意特别注意：热力学标准态热力学标准态与与理想气体标准状况理想气体标准

37、状况(273 K，101325pa)不同，不可混淆。不同，不可混淆。53下页退出上页物质物质标准态标准态气体气体标准压力标准压力(p =100kPa )下，纯气体的状态。下，纯气体的状态。液体、固体液体、固体标准压力标准压力(p =100kPa )下，最稳定的下，最稳定的纯液纯液体或纯固体体或纯固体的状态。的状态。溶液中的溶液中的溶质溶质标准压力标准压力(p =100kPa )下，下，质量摩尔浓度质量摩尔浓度为为1molkg-1 (近似用标准物质量的浓度近似用标准物质量的浓度1molL-1 )时的状态。时的状态。54下页退出上页（2） 热化学方程式热化学方程式 表示化学反应及其反应的标准摩尔焓

38、变关系的化表示化学反应及其反应的标准摩尔焓变关系的化学反应方程式，叫做热化学方程式。学反应方程式，叫做热化学方程式。 例：例：2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O(l) ；rH m（298.15K） = -571.68 kJmol-1 正确的写出热化学方程式必须注意以下几点：正确的写出热化学方程式必须注意以下几点： 注明物质的聚集状态，不得省略，必要时，要注明注明物质的聚集状态，不得省略，必要时，要注明固体的晶型，如石墨，金刚石等。固体的晶型，如石墨，金刚石等。g(gas)，s(solid)，l(liquid)， aq(aqueoussolution) ， cr(crystal) 。

39、 55下页退出上页C (石墨石墨) + O2 (g) CO2 (g)； rHm = 393.5 kJmol1 (1)C (金刚石金刚石) + O2 (g) CO2 (g) ； rHm = 395.4 kJmol1 (2) 对比对比( 1 ) 和和 ( 2 ) ，可以看出注明晶型的必要性。，可以看出注明晶型的必要性。H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (g)； rHm = 241.8 kJmol1 (3)H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) ； rHm = 285.8 kJmol1 (4) 对比对比( 3 ) 和和 ( 4 ) ，可以看出聚集状态的必要性。，可以看出

40、聚集状态的必要性。56下页退出上页正确写出化学反应的计量方程式，并配平方程式。正确写出化学反应的计量方程式，并配平方程式。 同一反应，以不同的计量式表示时，其反应的标同一反应，以不同的计量式表示时，其反应的标准摩尔焓变不同。化学计量数可以是整数或分数。准摩尔焓变不同。化学计量数可以是整数或分数。 如：如：2H2（g）+O2（g）2H2O（g） rHm (298.15K)= - 483.64kJmol-1 H2（g）+O2（g）H2O（g） rHm (298.15K)= - 241.82kJmol-1 化学反应计量式中，各物质的聚集状态相同，而化学反应计量式中，各物质的聚集状态相同，而计量数不同

41、，计量数不同，同是反应进度为同是反应进度为1mol， rHm 不同。不同。57下页退出上页注明反应的温度。反应热效应（或焓变）随温度而注明反应的温度。反应热效应（或焓变）随温度而改变。改变。 CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g） rHm (298.15K)= 206.15kJmol-1 rHm (1237K)= 227.23kJmol-1 有时在常温常压下的热化学方程式可以不注明反有时在常温常压下的热化学方程式可以不注明反应条件，多以应条件，多以 rHm (298K)表示之。表示之。 废除关于反应热的下列写法！废除关于反应热的下列写法！ 2 H2 (g) + O2 (g) =

42、2 H2O (l) + 571.68 kJ 58下页退出上页2.4.5 标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓1、物质、物质B的标准摩尔生成焓的标准摩尔生成焓 在温度在温度T下，由下，由参考状态参考状态的单质生成物质的单质生成物质B(B=+1)反应的标准摩尔焓变。反应的标准摩尔焓变。 以以 fHm （B，相态，相态，T）表示，单位为表示，单位为kJ mol-1 。 注：注：fformation(生成）生成） 标准态标准态 m反应进度为反应进度为1mol 59下页退出上页2、参考状态、参考状态 一般是指每种单质在所讨论的温度一般是指每种单质在所讨论的温度T及标准压力及标准压力p 时最稳定的状态，时最稳定的

43、状态， 在任何温度下，参考状态在任何温度下，参考状态单质单质的标准的标准摩尔生成焓摩尔生成焓均为零。均为零。 fHm (C，石墨，石墨，s，T)=0 fHm (P4，s，T)=060下页退出上页3、注意、注意 书写生成反应计量式时，要使书写生成反应计量式时，要使B物质的化学计量数物质的化学计量数 B=+1。 C（s）+2H2（g） +1/2O2（g） CH3OH（g） 化学手册中查到的化学手册中查到的 fHm 数据常是数据常是298.15K时时标准摩尔标准摩尔焓变。焓变。 通过比较某些相同类型化合物的标准摩尔生成焓，通过比较某些相同类型化合物的标准摩尔生成焓，可以推断这些化合物的相对稳定性可以

44、推断这些化合物的相对稳定性。负值越大，物质越。负值越大，物质越稳定。稳定。P 32，表，表2-1。61下页退出上页2.4.6 标准摩尔燃烧焓标准摩尔燃烧焓1、标准摩尔燃烧焓、标准摩尔燃烧焓：在温度在温度T下，物质下，物质B(B=-1)完全完全氧化氧化成相同温度下的成相同温度下的指定产物指定产物时的标准摩尔焓变。时的标准摩尔焓变。 以以 cHm （B，相态，相态，T）表示，单位为表示，单位为kJ mol-1 。 注：注：ccombustion(燃烧）燃烧） 标准态标准态 m反应进度为反应进度为1mol62下页退出上页2、指定产物：、指定产物：所谓指定产物，所谓指定产物，C和和H元素完全氧化的指定

45、元素完全氧化的指定产物为产物为CO2 (g)和和H 2O(l)。 指定物质的标准指定物质的标准摩尔燃烧焓摩尔燃烧焓均为零。均为零。 cHm ( CO2 ，g，T)=0 cHm (H 2O，l，T)=0 3、注意、注意 书写燃烧反应计量式时，要使书写燃烧反应计量式时，要使B物质的化学计量数物质的化学计量数B=-1。 CH3OH（g）+3/2O2（g） CO2（g）+2H2O（l） 化学手册中查到的化学手册中查到的 cHm 数据常是数据常是298.15K时标准摩尔焓变。时标准摩尔焓变。63下页退出上页 2.5 Hess定律定律Hess定律定律(1840， Hess) 一个化学反应，不论是一步完成，

46、还是分数步完成，一个化学反应，不论是一步完成，还是分数步完成，其热效应是相同的，即总反应的焓变其热效应是相同的，即总反应的焓变 rHm 等于各步分反等于各步分反应的焓变应的焓变 rHm 之和。之和。化学反应的放出和吸收的热只与反化学反应的放出和吸收的热只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。Hess定律定律要要求求每步均恒压，每步均恒压，这一规律的这一规律的实质实质是是焓为状态函数焓为状态函数。推论（推论（1）：）：某反应的某反应的 rHm (1)与其逆反应的与其逆反应的 rHm (2)数值相等，符号相反。数值相等，符号相反。推论（推论（2）：）：

47、一步反应的焓变等于多步反应的焓变之和。一步反应的焓变等于多步反应的焓变之和。64下页退出上页 盖盖 斯斯 G.H.Germain Henri Hess (18021850)俄国化学家。生俄国化学家。生于瑞士日内瓦，卒于俄国圣彼得堡于瑞士日内瓦，卒于俄国圣彼得堡(现为列宁格勒现为列宁格勒)。3岁随岁随父侨居俄国。父侨居俄国。1825年于多尔帕特大学获医学专业证书，同年于多尔帕特大学获医学专业证书，同时受到了化学和地质学的基础教育。时受到了化学和地质学的基础教育。18261827年，在斯年，在斯德哥尔摩德哥尔摩J.J.贝采利乌斯贝采利乌斯的实验室工作并从其学习化学。的实验室工作并从其学习化学。18

48、30年当选为圣彼得堡科学院院士，专门研究化学。年当选为圣彼得堡科学院院士，专门研究化学。1838年成为俄国科学院院士。年成为俄国科学院院士。 他研究了炼铁中的热现象，作了大量的量热工作。他研究了炼铁中的热现象，作了大量的量热工作。1840年以热的加和性守恒定律公诸于世，后被称为盖斯定年以热的加和性守恒定律公诸于世，后被称为盖斯定律。此定律为能量守恒定律的先驱。因此，盖斯也是热化律。此定律为能量守恒定律的先驱。因此，盖斯也是热化学的先驱者。著有学的先驱者。著有纯粹化学基础纯粹化学基础(1834)，曾用作俄国，曾用作俄国教科书达教科书达40年。年。65下页退出上页（1）下列分子中的）下列分子中的f

49、Hm (298.15K)值不等于零的是值不等于零的是 （ ） a、 石墨石墨 b、 N2(g) c、 H2O(g) d、 Cu(s)（2）下列物质中的）下列物质中的fHm (298.15K )不等于零的是不等于零的是 （ ） a、 Fe(s) b 、 C(石墨石墨) c、 Ne(g) d、Cl2(l)（3）下列反应中，）下列反应中，rHm (T)等于生成物的等于生成物的fHm (B，物态，物态，T)的是的是 （ ） a、 H2(g)+Cl2(g) = 2 HCl(g) b、 CaO(s)+CO2(g) = CaCO3(s) c、 Cu(s)+1/2O2(g)= CuO(s) d、 Fe2O3(

50、s)+6HCl(aq)= 2FeCl3 (aq)+3H2O66cdc下页退出上页 rHm ( 1 ) = 438.1 kJ mol 1 rHm ( 2 ) = 244.3 kJ mol 1 rHm ( 3 ) = 917.9 kJ mol 1 rHm ( 4 ) = 44.0 kJ mol 1 rHm ( 3 ) + H2O ( g ) H2 ( g ) + 1/2 O2 ( g ) H2O ( l ) rHm ( 4 ) rHm ( 1 )2 H ( g ) rHm ( 2 )O ( g ) rHm 试求总反应的试求总反应的 rH m 例例2：已知反应：已知反应 H2 ( g ) + 1/2

51、 O2 ( g ) H2O ( l ) 可以按下面的途径分步完成：可以按下面的途径分步完成：67下页退出上页 rHm = rHm ( 1 ) + rHm ( 2 ) + rHm ( 3 ) + rHm ( 4 ) = 431.8 + 244.3 + ( 917.9 ) + ( 44.0 ) = 285.8 ( kJ mol 1 ) 解解 ： H2 ( g ) 2 H ( g ) rHm ( 1 ) 1/2 O2 ( g ) O ( g ) rHm ( 2 ) 2 H ( g ) + O ( g ) H2O ( g ) rHm ( 3 ) H2O ( g ) H2O ( l ) rHm ( 4

52、) H2 ( g ) + 1/2 O2 ( g ) H2O ( l ) rHm + ) 68下页退出上页解：反应解：反应(2)的逆反应为的逆反应为 CO2 (g) CO (g) + O2 (g) (3) rHm （3） = 283.0kJ mol-1 反应反应(1) +(3)得得 C (石墨石墨) + O2 (g) CO (g) rHm = rHm （1）+ rHm （3）= -110.5kJ mol-1例例3：C (石墨石墨) + O2 (g) CO2 (g) (1) rHm （1） = - 393.5kJ mol-1 CO (g) + O2 (g) CO2 (g) (2) rHm （2）

53、= - 283.0kJ mol-1 求求 C (石墨石墨) + O2 (g) CO (g) 的的 rHm 69下页退出上页 一个化学反应从参加反应的单质直接转变为生成物，与一个化学反应从参加反应的单质直接转变为生成物，与单质先生成反应物，再转变为生成物，两种途径反应热相等单质先生成反应物，再转变为生成物，两种途径反应热相等，由此可求得化学反应的热效应。，由此可求得化学反应的热效应。 rHm ( II ) rHm (III) = i f Hm (生生)单单 质质反应物反应物生成物生成物IIIIII rHm ( I ) = i f Hm (反反) 2.6 反应热的求算反应热的求算2.6.1 由标准

54、摩尔生成焓计算由标准摩尔生成焓计算 rHm 70下页退出上页 根据根据 Hess 定律定律 rHm ( I ) + rHm ( II ) = rHm (III) 所以所以 rHm ( II ) = rHm (III) rHm ( I ) 即即 rHm = i f Hm ( 生生 ) i f Hm ( 反反 ) 由于各种物质的由于各种物质的 f H m 有表可查，故利用公式，有表可查，故利用公式， rH m = i f H m ( 生生 ) i f H m ( 反反 ) 可以求出各种反应的焓变可以求出各种反应的焓变 rHm ，即求出反应的热效即求出反应的热效应。应。71下页退出上页例如：例如：

55、在在298.15K下下 4NH3（g）+5O2（g） 4NO（g）+6H2O（g） 4NH3（g）+5O2（g）标准压力，标准压力，298.15K4NO（g）+6H2O（g）标准压力，标准压力，298.15K标准压力，标准压力， 298.15K2N2（g）+6H2（g） +5O2（g） rH m rHm (1) rHm (2)72下页退出上页根据根据Hess定律：定律： rHm = rHm (2) - rHm (1) rHm =4 fH m (NO，g)+6 fH m (H2O，g) - 4 fH m (NH3，g) rHm = B fH m (B，相态，相态，T） 反应的标准摩尔焓变等于各物

56、质的标准摩尔生成反应的标准摩尔焓变等于各物质的标准摩尔生成焓之和。焓之和。73下页退出上页例：计算定压反应：例：计算定压反应：2Al(s)+Fe 2O3(s) Al 2O3 (s)+2Fe(s)的标准摩尔反应焓变，并判断此反应是吸热还是放热。的标准摩尔反应焓变，并判断此反应是吸热还是放热。解：解：由附录表一查得：由附录表一查得： 2Al(s)+Fe 2O3(s) Al 2O3 (s)+2Fe(s) fHm 0 -824.2 -1675.7 0/(kJmol-1) rHm （298.15K） = fHm (Al 2O3,s)+2 fHm (Fe,s) +-2 fHm (Al ,s)- fHm (

57、Fe 2O3,s)=(-1675.7) +20 kJmol-1 +(-2)0+(-1)(-824.2 ) kJmol-1 =-851.5kJmol-1 0 为为放热放应放热放应74下页退出上页2.6.2 由标准摩尔燃烧焓计算由标准摩尔燃烧焓计算 rHm 用燃烧热计算反应热的公式，可由下图推出。用燃烧热计算反应热的公式，可由下图推出。燃烧产物燃烧产物反应物反应物生成物生成物 rHm ( II ) rHm ( I ) = i cHm (反反) rHm (III) = i cHm (生生)IIII II 即即 rHm = i cHm (反应物反应物) i cHm (生成物生成物) 可知可知 rHm

58、( I ) = rHm (II) + rHm (III) 所以所以 rHm (II) = rHm ( I ) rHm (III) 75下页退出上页例例1：甲醇的合成反应为：甲醇的合成反应为： CO(g)+2H2(g)CH3OH (l) 利用利用 cHm (CO, g) ， cHm (H2, g) ， cHm (CH3OH, l)计算该反应的计算该反应的 rH m 。 rH m (T)= B CH m (B，相态，相态，T)结论：结论：化学反应的标准摩尔焓变等于各物质的标准摩尔燃化学反应的标准摩尔焓变等于各物质的标准摩尔燃烧焓之和的负值。烧焓之和的负值。76下页退出上页例例2：已知已知在在298

59、.15K下下（1） C(s)+O2 (g) CO2 (g); rHm (1) =-393.5kJmol -1 （2） CO(g)+O2(g)CO2 (g); rHm (2) =-283.3kJmol-1求反应求反应 （3）C(s)+O2(g) CO (g) 的的 rHm ？77下页退出上页解：解： rHm (3) = -1 cHm (C，s) + cHm (CO，g) =-393.51-(-282.98) = -110.53kJmol-1结论：结论：多个化学反应计量式相加（或相减多个化学反应计量式相加（或相减 ），所得化），所得化学反应计量式的学反应计量式的 rHm (T)等于原各计量式的等于

60、原各计量式的 rHm (T)之和（或之差）。之和（或之差）。78下页退出上页n了解化学热力学的基本内容和在化学中的应用；了解化学热力学的基本内容和在化学中的应用；n理解热力学中常用的术语理解热力学中常用的术语(如体系、环境、状态函如体系、环境、状态函数、数、U、W、H、S、G等等)；n掌握热力学第一定律及计算，盖斯定律及热化学掌握热力学第一定律及计算，盖斯定律及热化学有关的计算；有关的计算；基本要求基本要求79下页退出上页 一、单选题一、单选题1、在下列反应中，、在下列反应中，Qp=Qv的反应为的反应为 （ C ） （A）CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) （B）N2(g)+3H2(