无机化学天津大学01-4化学反应中的能量关系课件

1、第一章化学反应中的质量关系和能量关系第四节 化学反应中的能量关系 化学反应是反应物分子中旧键的削弱、断裂和产物分子新键形成的过程。前者需要吸收能量, 后者则会释放能量。 因此，化学反应过程往往伴随有能量的吸收或释放。 如：煤燃烧时放热； 碳酸钙分解要吸热； 原电池反应可产生电能； 电解食盐水要消耗电能； 镁条燃烧时会放出耀眼的光； 叶绿素在光作用下使二氧化碳 和水转化为糖类。 体系和环境体系: 所需研究的那部分物质或空间。环境: 体系之外与体系有一定联系的 其它物质或空间。体系环境物质能量体系敞开体系封闭体系开放体系1.4.1基本概念和术语 状态函数：能表征体系特性的宏观性质称为状态函数如：物

2、质的量、压力、体积、温度状态函数的特点：(1)体系的状态一确定,各状态函数均有确定值(2)体系状态发生变化时,各状态函数的改变量, 只与始态和终态有关,与变化的途径无关。(3)描述体系所处状态的各状态函数之间往往 是有联系的。1.4.1基本概念和术语 状态函数：能表征体系特性的宏观性质称为状态函数状态函数的特点：(1)体系的状态一确定，各状态函数均有确定值(2)体系状态发生变化时,各状态函数的改变量， 只与始态和终态有关,与变化的途径无关。(3)描述体系所处状态的各状态函数之间往 往是有联系的。1.4.1基本概念和术语T1=350K-300K=50K如 物质的量、压力、体积、温度理想气体T=3

3、00K理想气体T=350K理想气体T=280K理想气体T=300K理想气体T=350K理想气体T=300K理想气体T=350K理想气体T=300K理想气体T=350K状态和状态函数T2=(350-280)K-(300-280)K=50K 是体系的状态发生变化时，体系和环境传递或交换能量的两种形式。热(Q)：体系和环境之间因温度不同而传 递或交换的能量的形式。体系吸热，Q为正值；体系放热，Q为负值。功(W)：除了热之外其它传递或交换的能量形式。功体积功:体系体积变化反抗外力所做的功非体积功: 除体积功外的功，如电功环境对体系做功，W为正值；体系对环境做功，W为负值。注意 功和热不是状态函数 单位

4、均为J、kJ1.4.1基本概念和术语功和热 热力学能(U) 体系内部能量的总和包括体系内分子的内动能、分子间相互作用能、分子内部能量，但不包括体系整体运动的动能和在外力场中的位能。由于体系内部质点的运动及相互作用很复杂，所以体系热力学能的绝对值无法测知。单位J、kJ是状态函数 U = U(终态) - U(始态)1.4.1基本概念和术语热力学能(内能) (U) 能量守恒定律热力学第一定律在任何变化过程中，能量不会自生自灭，只能从一种形式转化为另一种形式，能量总值不变。封闭体系：始态(1) 终态(2) U = U2 - U1 = Q + W热力学能的变化等于体系从环境吸收的热量加上环境对体系所做的

5、功。1.4.1基本概念和术语 化学反应时, 如果体系不做非体积功, 当反应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, 称为该反应的反应热。 通常, 反应热的数值为反应进度 = 1 mol (即发生1摩尔反应) 时的反应热。2H2(g)+O2(g)2H2O(l) Qp=-571.66kJmol-1H2(g)+ O2(g)H2O(l) Qp=-285.83kJmol-1121.4.2反应热和反应焓变 等压反应热和反应焓变等压反应热: 化学反应在等温等压条件下进行, 如果体系不做非体积功, 此时的反应热称为该反应的等压反应热。有气体参入的反应：反应始态(1) 反应终态(2)U = Qp

6、 + W = Qp - pV等压反应热不等于体系热力学能的变化1.4.2反应热和反应焓变 U = Qp + W = Qp - pV U2-U1=Qp - p (V2-V1) Qp=(U2+pV2) (U1+ pV1)H = H2 - H1 = Qp说明：（1）H 无明确物理意义 （2）H 是状态函数 （3）单位J、kJ （4）绝对值无法测知1.4.2反应热和反应焓变反应焓变 化学反应在封闭体系中、等压条件下进行，如果体系不做非体积功：H = H2 - H1 = Qp化学反应的焓变等于等压反应热吸热反应：Qp 0,H 0放热反应：Qp 0,H 0如：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

7、HQp=-571.66kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1121.4.2反应热和反应焓变反应焓变 热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式rHm = -241.82 kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(g) 298.15K100kPa如12表示在298.15K、100kPa下，当反应进度=1mol时(1mol H2(g)与 mol O2(g)反应，生成1molH2O(g)时)，放出241.82kJ热量。12rHm摩尔反应焓变1.4.2反应热和反应焓变 注意： 1. 注明反应的温度、压力等。2. 注明各物质的聚集状态。3

8、. 同一反应, 反应式系数不同, rHm不同 。rHm = -483.64 kJmol-12H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 4. 正、逆反应的Qp的绝对值相同, 符号相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-1121.4.2反应热和反应焓变热化学方程式 在等温等压或等温等容条件下，体系不做非体积功, 则反应热只取决于反应的始态和终态，而与变化过程的具体途径无关。 即化学反应的焓变只取决于反应的始态和终态，而与变化过程的具体途径无关。C(s) + O2(g)

9、rHm CO(g) + O2(g)12H1H2CO2(g)rHm= H1+ H2H1 = rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53 kJmol-1应用赫斯定律不仅可计算某些等压反应热，而且可计算难以或无法用实验测定的反应热。1.4.2反应热和反应焓变赫斯(Hess)定律1-4-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变 标 准 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) 标准摩尔生成焓定义：标准态下, 由最稳

10、定的纯态单质生成单位物质的量的某物质的焓变。 (即等压反应热)。符号： fHm单位： kJmol-11.最稳定纯态单质fHm=0, 如fHm(石墨)=0。注意：2. fHm代数值越小, 化合物越稳定。3.必须注明温度，若为298.15K时可省略。高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解-635.09CaO(s)稳定性fHm/(kJmol-1)物质 标准摩尔反应焓变的计算化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标准摩尔生成焓的总和。 计算时,注意系数和正负号化学反应：cC + dD = yY + zZ(任一物质均处于温度T的标准态)rHm = yfHm(Y) +

11、 zfHm(Z) - cfHm(C) + dfHm(D)rHm =ifHm (生成物)+ifHm (反应物)例1计算等压反应:4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)的rHm解：4NH3(g)+5O24NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1= -905.48kJmol-1计算时, 注意系数和正负号rHm = 4fHm(NO,g) + 6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g)rHm = 4fHm(NO,g) +

12、6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g) 计算fHm(CuO,s)。序号反应 rHm/kJmol-12Cu2O(s)+O2(g) 4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s) Cu2O(s)-11.3例2解:(2)式2=3式 2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)(rHm)3=2(rHm)2=-22.6 kJmol-1 (3)式+(1)式=4式 2Cu(s)+O2(g)2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1 =-314.6 kJmol-1 =-157.3kJmol-12 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 (rHm)4 -3

13、14.6 kJmol-1 2 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 fHm(CuO,s)= = 卖油翁下课了，回顾学习一个小故事吧！学习目标1、复述故事，深入理解文章内容，初步把握人物形象。2、学会利用文中关键词句分析人物形象。3、体会文章所揭示的深刻道理。故事发生的时间、地点、人物、事件的起因、经过和结果要复述清楚。看图复述课文内容自学指导(一)1、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这两个人物的。2、从这个故事中你懂得了什么道理？自学指导(二)陈尧咨（善射）卖油翁（善酌）动作神态语言睨之无他，但手熟尔以我酌油知之我亦无他，惟手熟尔汝亦知射乎吾射不亦精乎尔安敢轻吾射释担而立 但微颔之取 置 覆 酌 沥性格:自矜（骄傲）谦虚对比道理:熟能生巧,即使有什么长处也不必骄傲自满。忿然 笑而遣之笑而遣之1、联系生活、学习，说说熟能生巧的事例。 2、你认为一个人应该如何看待自己的长处？又如何看待他人的长处？课外延伸人外有人，天外有天。取人之长，补己之短。自满人十事九空，虚心人万事可成。谦受益，满招损。三人行，必有我师焉。择其善者而从之，其不