大学化学--第一章

1、2022-4-211各位同学上午好！各位同学上午好！2022-4-212 系统与环境系统与环境 相相 状态与状态函数状态与状态函数 过程和途径过程和途径 化学计量数和反应进度化学计量数和反应进度2022-4-213热力学和化学热力学热力学和化学热力学反应热的测量反应热的测量反应热的理论计算反应热的理论计算常见能源及其利用（课后阅读）常见能源及其利用（课后阅读）清洁能源与可持续发展（课后阅读）清洁能源与可持续发展（课后阅读）2022-4-214 热力学是研究热、和其它形式能量之间的热力学是研究热、和其它形式能量之间的转换关系，它包含当体系变化时所引起的转换关系，它包含当体系变化时所引起的这些物理

2、量的变化。这些物理量的变化。 广义地说，热力学是研究体系宏观性质变广义地说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系。化之间的关系。2022-4-215化学热力学是指把热力学中的基本原理用来研究化化学热力学是指把热力学中的基本原理用来研究化学现象以及和化学有关的物理现象。学现象以及和化学有关的物理现象。2022-4-216 热力学第一定律、热力学第二定律以及热热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第三定律是热力学的基础，具有普适力学第三定律是热力学的基础，具有普适性。性。2022-4-217 能量守恒定律，也可以表述为：第一类永能量守恒定律，也可以表述为：第一类永动机是不可能造成的。反映了能量

3、守恒和动机是不可能造成的。反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系。转换时应该遵从的关系。2022-4-218热力学第二定律热力学第二定律 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。用熵的概念来表述热力学第二定律就是：他变化。用熵的概念来表述热力学第二定律就是：在封闭系统中，热现象宏观过程总是向着熵增加在封闭系统中，热现象宏观过程总是向着熵增加的方向进行，当熵到达最大值时，系统到达平衡的方向进行，当熵到达最大值时，系统到达平衡态。第二定律的数学表述是对过程方向性的简明态。第二定律的数学表述是对过程方向性的简明表述。表述。2022-4-219热力学第

4、三定律热力学第三定律 用任何方法都不能使系统到达绝对零度。用任何方法都不能使系统到达绝对零度。2022-4-2110热化学规定：系统放热热化学规定：系统放热 为负；系统吸热为负；系统吸热 为正。为正。2022-4-21112022-4-2112反应热的测量方法2022-4-2113反应热的计算方法21()sssssqcmTTcmTCT /mqq2022-4-2114热化学方程式热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式称为表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。热化学方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔

5、开相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)；qV ,m=-620 kJmol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)； qp,m=-570 kJmol-1 2022-4-2115热化学方程式热化学方程式反应热与系统的状态有关，书写热化学方程式反应热与系统的状态有关，书写热化学方程式时应注意标明反应温度、压力及反应物、生成时应注意标明反应温度、压力及反应物、生成物的物态；物的物态；若不注明若不注明T, pT, p, , 皆指在皆指在T T=298.15 K=298.15 K，p p=100kPa=100kPa下。下。一般若没有特别

6、注明，一般若没有特别注明，“实测的反应热（精实测的反应热（精确）确）”均指定容反应热均指定容反应热q qV V，而，而“反应热反应热”均均指定压反应热指定压反应热q qp p 。 2022-4-2116热效应的测量热效应的测量 弹式量热计测量定弹式量热计测量定容热效应容热效应图图1.3 弹式量热计弹式量热计2022-4-211722 () ()bbqq H OqC H OTCTCT 弹式量热计测量定容热效应弹式量热计测量定容热效应2022-4-2118示示 例例 例例 联氨燃烧反应：联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知：已知：解：燃烧解：燃烧0.5g

7、联氨放热为联氨放热为q= q(H2O)+qb = C(H2O) m(H2O) +CbT = (4.18 Jg-1 K-11210 g848 J K-1)(294.82K-293.18K) = 9690 J = 9.69 KJmol0156. 0) 1/(molg0 .32/g)5 . 00(1 T T Cm mK82.294K18.293KJ848g1210O)(Hg5000.0)HN(211b242 摩尔反应热摩尔反应热qV ,m =q/ = 9.69 kJ/ 0.0156mol = 620 kJmol-12022-4-2119思思 考考为什么反应为什么反应: C(石墨石墨) + 1/2 O

8、2(g) = CO(g) 的的反应热不能直接用实验测量？如何得知它的反应热不能直接用实验测量？如何得知它的反应热？反应热？qV与与qp之间的关系。之间的关系。 2022-4-21201.2 反应热的理论计算反应热的理论计算2022-4-21212022-4-21222022-4-21232022-4-2124系统和环境的热/功交换2022-4-2125系统和环境的热/功交换 wp Vw 2022-4-2126系统内能变化的计算2022-4-2127系统内能变化的计算U1U2q 0w 02022-4-21282022-4-21292022-4-2130系统内能变化的计算21UUUqw2022-4

9、-2131系统内能变化的微观因素2022-4-2132化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓2022-4-21332022-4-21340wp Vw 21UUUqw210VVVUUUqwqqVUq2022-4-21352022-4-2136210()wp Vwp Vp Vp VV 21UUUqw2121()ppUUUqwqp VVHUpV2211()()pqUpVUpV21pqHHH 2022-4-21372022-4-2138()pVpVpVqqHUUp VUp V 21pqHHH VqU 2022-4-2139pVqqV= n(Bg)RT/p B pV=nRT2022-4-2140pVq

10、qp VBBnv化学反应摩尔定压热与摩尔定容热化学反应摩尔定压热与摩尔定容热之间关系之间关系qpqV=pV=p n(Bg)RT/p= n(Bg)RT B BqpqV=(Bg)RT Bqp,mqV ,m=(Bg)RT B2022-4-2141(Bg)BvrHm rUm =(Bg)RT B2022-4-214221pqHHH VUq2022-4-21432022-4-21442022-4-21452022-4-2146盖斯（盖斯（Hess G H ）俄国（瑞士）化学家俄国（瑞士）化学家盖斯定律是断定能量守恒盖斯定律是断定能量守恒的先驱，也是化学热力学的先驱，也是化学热力学的基础。当一个不能直接的基

11、础。当一个不能直接发生的反应要求反应热时，发生的反应要求反应热时，便可以用分步法测定反应便可以用分步法测定反应热并加和起来而间接求得。热并加和起来而间接求得。故而我们常称盖斯是热化故而我们常称盖斯是热化学的奠基人。学的奠基人。 2022-4-21471802年年8月月8日生于瑞士日内瓦市一位画家家庭，三岁时随日生于瑞士日内瓦市一位画家家庭，三岁时随父亲定居俄国莫斯科。父亲定居俄国莫斯科。1825年毕业于多尔帕特大学医学系，年毕业于多尔帕特大学医学系，并取得医学博士学位。并取得医学博士学位。1826年弃医专攻化学，并到瑞典斯年弃医专攻化学，并到瑞典斯德哥尔摩柏济力阿斯实验室进修化学，从此与柏济力

12、阿斯德哥尔摩柏济力阿斯实验室进修化学，从此与柏济力阿斯结成了深厚的友谊。回国后到乌拉尔作地质调查和勘探工结成了深厚的友谊。回国后到乌拉尔作地质调查和勘探工作，后又到伊尔库茨克研究矿物。作，后又到伊尔库茨克研究矿物。1828年由于在化学上的年由于在化学上的卓越贡献被选为圣彼得堡科学院院士，旋即被聘为圣彼得卓越贡献被选为圣彼得堡科学院院士，旋即被聘为圣彼得堡工艺学院理论化学教授兼中央师范学院和矿业学院教授。堡工艺学院理论化学教授兼中央师范学院和矿业学院教授。1838年被选为俄国科学院院士。年被选为俄国科学院院士。1840年在总结大量实验事年在总结大量实验事实的基础上提出了盖斯定律。实的基础上提出了

13、盖斯定律。盖斯（盖斯（Hess G H ）2022-4-2148反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算2022-4-21492022-4-2150严格遵从气态方程严格遵从气态方程(PV=nRT)的气体，叫做理想气体。的气体，叫做理想气体。从微观角度来看是指：分子本身的体积和分子间的作用力从微观角度来看是指：分子本身的体积和分子间的作用力都可以忽略不计的气体，称为是理想气体。都可以忽略不计的气体，称为是理想气体。 1、分子体积与气体体积相比可以忽略不计；、分子体积与气体体积相比可以忽略不计；2、分子之间没有相互吸引力；、分子之间没有相互吸引力；3、分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动

14、能、分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失损失 2022-4-2151标准摩尔生成焓2022-4-2152标准摩尔生成焓2022-4-2153标准摩尔生成焓的基本假定2022-4-2154标准摩尔生成焓的基本假定2022-4-2155标准摩尔生成焓的基本假定2022-4-21561. 1954年第十届国际计量大会(CGPM)协议的标准状态是: 温度273.15K（0）, 压力101.325 KPa. 世界各国科技领域广泛采用这一标态.(理想气体:一般可认为温度不低于0, 压强不高于1.01105Pa时的气体为理想气体. 从微观角度来看是指: 分子本身的体积和分子间的作用力都可以忽略不

15、计的气体)气体的标准状态分三种气体的标准状态分三种2022-4-21572. 国际标准化组织和美国国家标准规定以温度国际标准化组织和美国国家标准规定以温度288.15K（15）, 压力压力101.325KPa作为计量气体作为计量气体体积流量的标态体积流量的标态. 3. 我国我国天然气流量的标准孔板计算方法天然气流量的标准孔板计算方法规定规定以温度以温度293.15K（20）, 压力压力101.325KPa作为计作为计量气体体积流量的标准状态量气体体积流量的标准状态.气体的标准状态分三种气体的标准状态分三种2022-4-21580BBv B2022-4-2159,(298.15)(298.15)

16、rmBfm BBHKvHK2022-4-2160稳定单质稳定单质可从手册数据计算可从手册数据计算298.15K时的标准摩尔反应焓时的标准摩尔反应焓.反应物反应物标准状态标准状态生成物生成物标准状态标准状态 r Hm f Hm (p) f Hm (r)由盖斯定律，得：由盖斯定律，得：Bm,fBBmrHH2022-4-2161( )()( )( )aA lbB aqgG sdD g( , )( , )( , )( ,)rmfmfmfmfmHgHG sdHD gaHA lbHB aq ( )(298.15)rrH THK 2022-4-2162它表明在 298.15 K 的标准条件下, 进行1 mo

17、l上述反应 即消耗1 mol Al(s)和3/4 mol O2(g), 生成1/2molAl2O3(s) 放出837.9 kJ. 22331( )( )( )42Al sO gAl O s1(298.15)837.9rmHKkJ mol 2022-4-2163它表明在 298.15 K 的标准条件下, 进行1 mol上述反应即消耗2 mol Al(s)和3/2 mol O2(g), 生成1 mol Al2O3(s)放出1675.8 kJ. 若是指Al2O3(s)的生成反应, 一定是对反应(2)而言:22332( )( )( )2Al sO gAl O s1(298.15)1675.8rmHKkJ mol 123(, ,298.15)(298.15)1675.8fmrmHAl O sKHKkJ mol 2022-4-2164解：从手册查得解：从手册查得298.15K时时Fe2O3和和Al2O3的标准摩的标准摩尔生成焓分别为尔生成焓分别为824.2和和1675.7kJmol-1。例例1.4 试计算铝热剂点火反应的试计算铝热剂点