化学反应热及化学反应的方向和限度课件

1、第六章化学反应热及化学反应的 方向和限度主要内容6.1 热力学系统和状态函数6.2 能量守恒和化学反应热 6.3 熵和Gibbs自由能 6.4化学反应的限度和平衡常数重难点: 焓变、自由能、反应自发性判据反应进行的快慢、条件、机理化学反应的现实性反应能否发生及反应的限度化学反应的可能性化学反应中能量的变化化学反应速率化学动力学化学热力学重要的理论意义和实际应用石墨 金刚石2000K、6万大气压NO+CO N2+CO2？条件反应进行彻底医学领域：判断生物体内的许多化学反应能否发生？体内物质代谢过程中能量的转化和利用等化工领域：二、状态和状态函数1.状态2.状态函数（state function）

2、即确定体系 热力学状态的物理量如：p，V，T，n，（密度），U（热 力学能或内能），H（焓），S （熵），G（自由能）等。（1）一个体系的某个状态函数的值改变，该体系的状态就改变了 殊途同归 例：始态 T1 298K 350K T2 终态 520K 410K 途经1 和途经2： T = T2 - T1 =350K 298K = 52K状态函数的变化只取决于始态和终态，而与途经无关状态函数的特征广度性质:有些状态函数，如物质的量、质量等具有加和性。强度性质:另一些状态函数，如温度、密度等不具有加和性的 性质。三、热力学第一定律 系统与环境之间的能量交换有两种方式，一种是热传递，另一种是做功。 热

3、热（Q）与途径有关，不是状态函数。规定：系统从环境中吸热：Q 0 （如无机盐溶于水） 系统向环境中放热：Q 0 系统对环境做功：W 0 放热反应（exothermic）， H 0 2. 焓（enthalpy） 焓变为化学或物理过程中吸收或放出的热量, 即过程完成之后的终态物质的焓与过程发生之前的始态物质的焓之差。H = H2 H1C(石墨) + O2(g) = CO2(g)= -393.5 kJ .mol-1rHm 三、热化学方程式H + 吸热反应H - 放热反应 1.定义：表示化学反应与反应热关系的方程式称为热化学方程式。例：（一） 热化学方程式“r ” 代表化学反应（reaction）“m

4、” 代表1 摩尔进度反应“” 代表热力学标准态（298）代表热力学温度（K） 的含义：标准摩尔焓变H2(g) + O2(g) = H2O(l) 物质的标准态:在100kPa、指定温度下该物质的状态。 气体： 溶液：固体和纯液体：T, p p = 100 kPa溶质B, bB = b = 1 molkg-1或 cB = c = 1 molL-1T, p下，纯物质2. 热化学方程式的书写要求 要注明反应的温度和压力 要注明物质的状态 固体s (solid） 液体 l ( liquid） 气体 g (gas） 水溶液aq (aqueous solution） 反应热与计量系数有关H2(g) + Cl

5、2(g) = 2HCl(g) H2(g) + Cl2(g) = HCl(g) 例：N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) = -92.38 kJ .mol-1 2NH3(g) = N2(g) + 3H2(g) = 92.38 kJ .mol-1 rHm rHm H正 = -H逆(4)正逆反应的反应热的数值相等而符号相反。四、HeSS定律和反应热的计算 C A （始态） B（终态）rHm =？rHm (2) rHm(1) 途径一：A B 途径二：A C B 不管化学反应是一步完成的，还是分几步完成的，该反应的热效应相同。（一） 由已知的热化学方程式计算反应热 一个反应若能分解成2步或几

6、步实现，则总反应的H等于各分步反应H值之和。例如： (1) C(石墨) + O2(g) = CO2(g) = -393.5 kJ/mol (2) CO(g) + O2(g) = CO2(g) = -283.0 kJ/mol (3) C(石墨) + O2(g) = CO(g) = ?反应 (3) = 反应(1) 反应(2) = = -110.5 kJ/molA BrHHB HAH绝对值不可测定义物质的焓值：即规定稳定单质的焓值为0，各化合物以单质为参照物得到相对焓值（生成焓），利用这些相对焓值求各反应的焓变即rHHB HA= HB（相对） HA （相对） （二） 由标准摩尔生成焓（standar

7、d molar enthalpy of formation）计算反应热 定义：在标准状态下(100kPa，TK),由稳定单质生成1摩尔的某物质时的反应热称为该物质的标准摩尔生成焓，符号 ，f代表生成(formation) 单位：kJ.mol-1.fHm fHm (T ) = 0 kJmol-1例如： C（s,石墨） 的fHm 为0处于标态下的各元素所指定最稳定单质的标准生成焓为0标准摩尔生成焓（热）例： C金刚石 + O2（g） = CO2(g) = - 395.4 kJ.mol-1rHm(1) C（石墨） + O2（g） = CO2(g) = - 393.5 kJ.mol-1 rHm(2)

8、fHm(CO2) = = - 393.5 kJ.mol-1rHm(2) fHm(NH3) = = -46.19 kJ.mol-1 rHm(4) N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)rHm(3) = -92.38 kJ.mol-1 1/2N2(g) + 3/2H2(g) = NH3(g) rHm(4) = -46.19 kJ.mol-1根据Hess定律=(产物)-(反应物)利用物质的 计算反应的rHm fHm 解：CH4(g)+ 2O2(g) = CO2(g)+ 2H2O(l)查 -74.89 0 -393.5 -285.8 kJ.mol-1rHm 例：计算下列反应的= -393.5 + 2

9、(-285.8)-(-74.89) = -890.21 kJ.mol-1 rHm 2. 查出数据后计算时要乘以反应方程式中物质的系数。 1. 查fHm 的值时要注意各物质的聚集状态。状态不同fHm值不同，并要注意正负号。 3. 近似认为rHm(T) rHm(298.15)注意 在热化学标准状态下，1mol某物质完全燃烧时的标准摩尔反应焓称为该物质的标准摩尔燃烧热。 标准摩尔燃烧热（standard molar heat of combustion ）(三) 由标准摩尔燃烧热计算反应热cHm 下标：c 燃烧 m 1mol上标： 标准状态单位： kJmol-1 完全燃烧：物质中的H、C、S、N、C

10、l经燃烧后其产物是H2O(l)、CO2(g)、N 2(g)、SO2(g)、HCl(aq)利用物质的 计算cHm rHm rHm =(n )反cHm -(n )产cHm 例 C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) 解 ： 1411 -286 -1560 kJ.mol-1rHm = -1411+（-286）-（-1560）= -137 (kJ.mol-1)标准摩尔燃烧焓:以燃烧终产物为参照物的相对值标准摩尔生成焓:以各种单质为参照物的相对值二者既有区别又有联系例如:H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l)则rHm= fHm(H2O,l)= -285.8kJ/mol rHm= cHm(H2,g)= -285.8kJ