化学反应中的质量关系和能量关系ppt课件

1、化学研讨的几个主要问题研讨的物质或混合物能否发生化学反响?假设有反响发生，质量和能量变化如何?由原料转化为产物的转化率是多少?反响的速度大小?. 第二章 化学反响中的质量和能量关系化学反响过程中伴随有两种变化 质量 能量-重点.1、理想气体形状方程式理想气体: 无体积，分子间无相互吸引力的气体。 *低压、高温条件下的实践气体性质接近理想气体分子间间隔大分子体积可忽略，分子间相互作用可忽略。 .理想气体形状方程实验测知1mol气体在规范情况下的体积为22.41410-3m3,那么.101.325103Pa22.41410-3 m31mol273.15K=R= pV/nT= 8.3144 Pam3

2、mol-1K-1= 8.3144 Jmol-1K-1.理想气体形状方程式 PV = nRT *R值的选取与P，V的单位有关 .R与P、V单位的关系P的单位 V的单位 R的单位 Pa m3 8.314 m3 Pa mol-1 K-1 kPa L 8.314 L kPa mol-1 K-1 R = 8.314 J mol-1 K-1 1atm = 101.3kN/m2; 1N/m2 = 1 Pa 1atm = 101.3 kPa m3 Pa = L kPa = m3 1N/m2 =1N m = 1J.2、混合气体的分压定律 P总=p1+p2+p3+.+pi =pi * pi 指混合气体中每一种气体

3、单独占有整个混合气体的容积所呈现的压力。 * 混合气体-每一种气体所占有的容积一样，温度相等。.He(T,V,PHe)Ne(T,V,PNe)He+Ne(T,V,P)P= PHe+ PNe.推导 PiVi=niRTi P1V1 +P2V2 +P3V3 +PiVi = n1RT1+n2RT2+ n3RT3+.+niRTi 因是混合气体， V1 =V2 =V3 =Vi =V T1=T2= T3=.=Ti=T(P1 +P2 +P3 +PiV =n1+n2+ +.+niRT n总= n1+n2+ n3+.+ni 所以 P总 =P1 +P2 +P3 +Pi.等式成立的条件气体间无化学反响 理想气体 容积一

4、样，温度相等或混合气体 . 化学反响中的质量关系 化学计量数与反响进度(自学)化学计量数().1.化学计量数()反响式: cC + dD = yY + zZ 0 = -cC - dD + yY + zZ令 c = -c , D = -d, Y= y, Z =z 0 = BB.2.反响进度()反响进度： =(n2-n1)/B.2.反响进度()化学计量方程: 0 = BB d = B-1dnB nB : B的物质的量 B : B的化学计量数.d = B-1dnB dnB = Bd nB() - nB(0) = B ( - 0) nB = B .举例 N2 + 3H2 = 2NH3 ( nB = B

5、 )n (N2)/mol n (H2)/mol n (NH3)/mol /mol 0 0 0 0 -1/2 -3/2 1 -1 -3 2 1 -2 -6 4 2. N2 + 3/2 H2 = NH3= 1 ( nB = B )n (N2)/mol n (H2)/mol n (NH3)/mol -1/2 -3/2 1.结论对同一化学反响方程式,反响进度()的值与选用反响式中哪种物质的量的变化计算无关.一样反响进度时对应各物质的量的变化与反响式的写法有关.化学反响中的能量关系1.体系与环境(开放)敞开体系： 体系与环境既有物质交换又有能量交换 封锁体系： 体系与环境没有物质交换只需能量交换 孤立体

6、系： 体系与环境既无物质交换又无能量交换.2.形状和过程形状 当系统处于一定的温度、压力、体积、物质的量、某一物态等。.过程等温过程从始态到终态的温度一样等压过程从始态到终态的压力一样等容过程从始态到终态的体积一样.自发过程-自然而然发生的过程，不需外力。非自发过程-不会自然发生，需借助外力。.3. 形状函数由物质系统的形状决议的物理量。体系的形状是体系性质的综合表现。.形状函数的特点体系的性质只决议于所处的形状，与过去的历史无关。其变化只决议于体系的始态和终态，与变化的途径无关。.4.能量的几种方式热力学能内能U： 是系统体系内各种方式的能量的总和。 形状函数 U = U终态 U始态.能量的

7、几种方式热量 Q： 由于温度不同而在环境和体系之间传送的能量。 系统吸热 Q 0 ; 系统放热 Q 0 形状函数?.例 H2g + O2 g = H2Ol等温298K等压P=100Kpa: Q = -240.580kJmol-1等温298K等容: Q = -241.818kJmol-1 与过程有关-热量为非形状函数.能量的几种方式功 W：除热的方式外的其他各种被传送 的能量。系统对环境做功体系失功 : W 0 形状函数?.热力学能(内能) : U系统吸热不做功 Q = U 环境对系统做功，没有热量交换,内能添加 U = W 系统吸热且环境对系统做功，系统内能的变化 U = Q +W. 热力学第

8、一定律能量守恒定律 自然界一切物质都具有能量，能量有各种方式，可以从一种方式转化为另一种方式，从一种物体传送给另一个物体，而在转化和传送中能量的总数量不变。 U体系= Q + W.封锁体系： U体系=Q + W体系吸收热量，Q0 ； 体系放出热量，Q0 ； 体系对环境做功，W0. 反响热和反响焓变反响热Q 反响焓变: 化学反响时体系不做非体积功，当反响终态的温度恢复到始态的温度时体系所吸收或放出的热量，称为该反响的反响热。 *通常,反响热的数值为发生1摩尔反响时的反响热。.如： 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) Qp=-571.66kJmol-1 H2(g)+ 1/2 O2(g)H2O(

9、l) Qp=-285.83kJmol-1.恒压反响热 Qp 等压过程，只做体积功。 敞口反响无气体.推导 U体系= Qp+W 又 W= -pv 所以，U体系 = Qp-pv 即，U2-U1=Qp-pV2-V1 Qp = U2- U1 +pV2-V1 =U2 +p2V2-p1V1 + U1 设： U +pV=H (焓) Qp= H2-H1= H(焓变).阐明 Qp= HH = U +pV 焓(H) 形状函数 Q 非形状函数； H 形状函数*反响过程的焓变在数值上与等压反响热相等。 .反响热的测定.2.热化学方程式表示化学反响与热效应关系的方程式rHm = -241.82 kJmol-1H2(g)

10、 + O2(g) H2O(g) 298.15K100kPa如12.留意： 注明反响的温度、压力等。注明各物质的聚集形状。同一反响,反响式系数不同, rHm不同 。 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) HQp=-571.66kJmol-1H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1.正、逆反响的Qp的绝对值一样, 符号相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-112.赫斯(盖斯)定律一个化学反响假设分几步完成，那么总

11、反响的反响热等于各步反响的反响热之和。 Q总= Q1+ Q2 +.C(s) + O2(g)rHm CO(g) + O2(g)12H1H2CO2(g)rHm= H1+ H2.结论反响的热效应只与反响的始态和终态有关，而与变化的途径无关。条件：只适宜等容或等压且一步或多步的条件是一样的情况。 U=Qv ,H=Qp.盖斯定律的重要性可以经过计算得到用实验难以获得的热效应反响慢副反响多反响热小.1-3-3运用规范摩尔生成焓计算规范摩尔反响焓变 运用规范摩尔生成焓计算规范摩尔反响焓变 规范(状)态物质标准态气体标准压力(p =100kPa)下纯气体液体固体标准压力(p =100kPa)下纯液体、纯固体、

12、溶液中的溶质标准压力(p )下质量摩尔浓度为1molkg-1(近似为1molL-1) .规范摩尔生成焓热 fHm0在规范态，由最稳定单质生成一摩尔该物质时的等压热效应。定义：最稳定单质的规范摩尔生成热都等于零。H+(aq)的规范摩尔生成热等于零。* fHm0相对值。.fHm0 (CO2) C (s) + O2 (g) = CO2 (g) fHm0 (C, 石墨 ) = 0, fHm0 (O2 , g ) = 0rHm0 = fHm0(CO2, g ) fHm0 (C, S ) + fHm0 (O2 , g ) = fHm0(CO2, g ) .规范摩尔焓变rHm0的计算 cC + dD = y

13、Y + zZ rHm0 = y fHm0 Y+ zfHm0 Z - cfHm0 C+ dfHm0 D = i fHm0 生成物 + i fHm0 反响物 = i fHm0 . 计算时,留意系数和正负号 计算恒压反响:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)的rHm 例1解：4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82rHm = 4fHm(NO,g) + 6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g)=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1= -905.48kJmol-1.本卷须知公式中所涉及的各种反响物质，需思索其凝聚形状。rHm0的数值大小与反响式的写法有关。当温度不是298.15K时，可近似用fHm0 。计量系数无量纲