化学反应中的质量和能量关系2

1、化学是研究物质的组成、结构、性质及化学反应的科学。因此,化学是材料科学的基础之一.从更广泛的角度来讲,研究和应用化学的水平将对社会生产力发展和人民生活质量提高起着关键作用。 Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET1、 化学学仍是解解决食物物短缺问问题的主主要学科科之一化肥、饲饲料、农农药、塑塑料薄薄膜，以以及食品品储存加加工方法法2、化学在在能源和和资源的的合理开开发和高高效安全全利用中中起关键键作用燃料转化化技术、开发新新能源Evaluation Warning : The

2、document was created with Spire.Presentation for .NET3、 化学学是提高高人类生生存质量量和生存存安全的的有效保保障材料科学学、药物物化学、环境化化学等增加常识识：如能能源问题题、环境境问题等等，以及及 常见见分子的的结构。学习无机机化学的的目的：Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET培养科学学素养：从基本本化学反反应热的的事实入入手，如如何建立立化学热热力学。化学热力力学的用用途：计计算出任任意化学学反应的的反应热；反应能能

3、否自发发进行；自发进进行的限限度；通通过电化化学的相相关内容容，把理理论与实实际结合合起来。固、液、气体，怎么提提炼出共共性问题题进行研研究。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET普通化学学，同济济大学编编北京京：高等等教育出出版社，20047第十一章章现现代化学学应用讲讲座推荐书籍籍Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET大学化学学教程：原理应应用领沿沿，丁廷廷

4、帧，高高等教育育出版社社，20037下篇：介介绍等离离子体化化学、小小分子活活化、超超分子化化学、单单分子科科学和化化学、电电化学电电容器新储能装装置、分分离膜环保技术术新星、飞秒化化学、可可燃冰天然气水水合物、绿色化化学、碳碳纳米管管和软物物质等30个专题。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET科学教育育的内涵涵:学习过去去的几百百年里科科学家对对自然世世界运转转方式的的发现。学习如何何像一个个科学家家那样解解决问题题，使用用证据、运用逻逻辑，真真正理解解科学过过程是如如何进

5、行行的。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET物质的聚聚集体物质在一一定的温温度和压压力所处处的相对对稳定的的状态，称为物物质的聚集（状状）态，它们构构成的系系统称为为聚集体。物质一般般有三个个聚集态态（为固固、液、气态）。等离子态态为气态态，但带带电荷，Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET1.2化学中的的计量物质发生生化学反反应时通通常伴随随质量和能量变化。

6、例：24.3克镁条在在空气中中燃烧，不仅发发出耀眼眼的白光光，释放放热量，而且最最后生成成40.3克氧化镁镁。从更普遍遍的角度度出发，需要研研究它们们表示方方法，再再研究变变化规律律Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET相对分子子质量：就是元素素的平均均原子质质量与12C原子质量量的1/12之比。物质的量量实质的的计量单单位是“个”，但但个的数数值太小小，与宏宏观相联联系时，采用6.0231023个作为一一个单位位，即1mol。这个单位位可以指指原子、分子、离子，但要注注意指明

7、明具体的物物质。这个单位位可以有有分数或或小数。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET溶液浓度度的表示示方法1B的质量分分数：如7wt%2B的摩尔浓浓度：cB=单位：molL-3wB=Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET溶液浓度度的表示示方法4 物质质B的物质的的量分数数(摩尔分分数)：xB=6 物质质B的质量浓浓度(密密度)：dB=单位:kgm-3Evalu

8、ation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET1.2.5气气体的计计量理想气体体：1、分子之之间的距距离大；2、分子本本身的体体积和作作用力可可以忽略略。理想气体体状态方方程：pV=nRTR=8.314Jmol-1k-1实际气体体在压力低、温度高的情况下下接近理想气体体，可以以用该方方程来处处理。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET气体的分分压对于多组组分的气气体混合合物，其其

9、中某一一组分气气体B对器壁所所施加的的压力称称为该气气体的分分压（PB)，等于相相同温度度下该气气体单独独占有该该体积时时的压力力。混合气体体的总压压力等于于各组分分气体的的分压之之和。p =pBEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETpBV=nBRTpV=nRT组分气体体B和混合气气体的物物质的量量分别为为nB和n，它们的的分压为为：该公式表表明：气气体B的分压实实质上是是一个浓度的概念。Evaluation Warning : The document was created

10、 with Spire.Presentation for .NET解（1）n（CO2）= m（CO2）/M（CO2）= 5.00/44.01=0.114molp（CO2）=n（CO2）RT/V=0.1148.314303.15/0.01=2.87104Pa22页-6例30下，在一一个容积积为10.0L的容器中中，O2、N2、与CO2混合气体体的总压压力为93.3kPa，其中p（O2）为26.7kPa,CO2的含量为为5.00g,求（1）容器中中CO2的分压；（2）N2的分压；（3）O2的摩尔分分数。Evaluation Warning : The document was created wi

11、th Spire.Presentation for .NET（2）p（N2）=pp（O2）p（CO2）=（9.332.672.87）104=3.79104Pa（3）n（O2）/n=p（O2）/p= 2.67/9.33=0.286Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET1.2.6化化学计量量混合物物和非化学计量量化合物物是具有确确定组成成，而且且各种元元素的原原子数目目互成简简单整数数比的化化合物，又称整比化合合物。非化学计计量化合合物的原子偏偏离整数数比，而而且组成成可在一一个较

12、小小的范围围内变动动，又保保持结构构基本不不变，又又称非整比化化合物。现代许许多新材材料属于于这类化化合物。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET0 =aAbByY+zZ即0=BB计量系数数B，其中反应物取取“”，产物取“+”，这与随反反应的进进行，反反应物减减少，产产物增加加相一致致。对任一化化学反应应：aA+bB=yY+zZ移项得：B表示反应应中任意意的物质质，B是B的化学计计量数。这就就是化学学计量式式的通式式。1.3.2化学计量量数和反反应进度度Evaluation W

13、arning : The document was created with Spire.Presentation for .NET合成氨的的反应写写成N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)时(N2)=1；(H2)=3；(NH3)=2化学计量量数只表表示当按按计量反反应式反反应时各各物质转转化的比比例数，与反应应式的写写法有关关。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET若写成 N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)则(N2)= ,(H2)=3/2,(NH3)=1对于其逆逆反

14、应，氨分解解反应，写成下下面的形形式0 =N2(g)+3 H2(g)-2NH3(g)(N2)=1 ,(H2)=3,(NH3)=-2Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETt=0nAnBnYnZt=t化学反应应进度（，读“克赛”），单位位为摩尔尔（mol）描述化学学反应进进行的程程度。aA+bB=yY+zZEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET反应进度度对于一般般化

15、学反反应式的的定义为为：用反应进进度表示一个个化学反反应进行行的程度度，最大大的优点点是：无论进行行到任意意时刻，采用任任意一个个反应物物或产物物，所得得得数值值都是一一样的。化学计量量式为0=BB下面以合合成氨反反应举例例Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETt0时nB/mol3.010.000t1时nB/mol2.07.02.0t2时nB/molEvaluation Warning : The document was created with Spire

16、.Presentation for .NET反应进度度必须对对应具体体的反应应方程式式。2.07.02.0(mol)3.010.00(mol)Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET=0，反应还还未进行行。=1mol,则反应完完全按方方程化学学反应计计量数进进行，即即amolA与bmolB反应物完完全作用用生成ymolY和zmolZ产物，这这时的反反应进度度为1mol，简称摩尔反应应。aA+bB=yY+zZEvaluation Warning : The document was

17、 created with Spire.Presentation for .NET1基本概念念和术语语在热力学学中，为为了明确确讨论或或研究的的对象，常常将将所研究的的一部分分物质或或空间与其余的的物质和和空间分分开，就就构成体系（又称物物系、系统）1.4化化学反反应中的的能量关关系Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET系统可以以是实际存在在的，也可以是是想象的。系统与环境间间的界面面可以是是真实的界界面，也也可以是是虚构的的界面。与系统相相联系的的其他部部分称为为环境，即体系

18、外外与其密密切相关关的部分分。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET敞开体系系：与环环境有物物质交换换也有能能量交换换。封闭体系系：与环环境无物物质交换换有能量量交换。孤立体系系：与环环境无物物质、能能量交换换。体系的分分类Evaluation Warning : The document was created with

19、Spire.Presentation for .NET状态函数数：描述系系统性质质的物理理量。(p,V,T)状态一定定,状态函数数一定。状态函函数的变变化只与与始态、终态有有关,而与变化化途径无无关。始态终态（）（）系统可以以用一系系列物理理量来描描述其状状态，系系统的状态是这些性性质（物物理量）的综合合表现。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET3热和功系统与环环境之间间由于存存在温差而传递的的能量。1.热(Q)热不是状状态函数数。规定：系系统吸热热：Q0；系统放热热：Q0。

20、Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET系统与环环境之间间除热之之外以其其它形式式传递的的能量。非体积功功的概念念pexV1体积功：系统对环环境做功功，W0（得功）2.功(W)规定：Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET系统对环环境做功功，即封封闭系统统膨胀（从V1到V2），因为为系统失失去能量量，w应为负值值。膨胀胀时，W =P（V2V1）0， W=P（V2V1

21、）同理，环环境对系统做功功，系统统得功，q应为正值值。W =P（V2V1）体积功的的表达式式为：W =P（V2V1）功不是状状态函数数Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET热力学能能热力学能能(U)：系统内所所含的全全部能量量，也称称内能。U是状态函函数。热力学能能变化只只与始态态、终态态有关，与变化化途径无无关。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET热力学能能

22、是状态态函数，用符号号U表示，它它的绝对对值无法法测定，只能求求出它的的变化值值。对孤立体体系,U=05热力学第第一定律律(能量守衡衡定律)Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET对于封闭闭系统热热力学第第一定律律为：U1 U2QWU2=U1+Q+WU2-U1=Q+W实质为U系统U环境=常数Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET3一个体系系从同一一个始态态到同一一

23、个终态态，可以以经历不不同的途途径。Q、W数值可能能不同，但代数数和相同同，即热热力学能能的变化化都是相相同的。1.说明了热热力学能能、热、功可以以相互转转化，以及转化时的的数量关关系。2功和热都都是能量量的传递递形式，而不是是体系自自身的属属性，因因此它不不是状态态函数。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET系统和环环境之间间的热交交换不是是状态函函数，其其大小与与过程有有关，但但是在某某些特定定条件，某一特特定过程程的热量量却可以以变成一一定值，此定值值仅仅取取决于系系统的

24、始始态和终终态。恒压反应应热(焓)恒压、只只做体积积功时：U=Qp-pVQp=（U2+ p2V2）-（U1+ p1V1）Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETU+PV是体系性性质的组组合，必必然随体体系的状状态而定定，所以以U+PV像内能一一样，亦亦是一个个状态函函数，仅仅仅取决决于始态态和终态态，我们们将其组组合定义义为焓，用H表示。因此，焓的定义式式为：Evaluation Warning : The document was created with Spire.Pres

25、entation for .NET焓的物理意义义为：在没有非非体积功功的恒压压过程中中，体系系所吸收收的热等等于体系系焓的增增加。H单位J。焓是状态态函数。定压：定定义焓焓H =U+pV，H=QpEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET热化学方方程式表表示化学学反应及及其反应应热关系系的化学学反应方方程式。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)Qp=H=-483.64kJmol-1在始态、终态温温度都是是298.15K，而且恒恒压的条条件下：该反应为为放热反反应。Evaluati

26、on Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET化学计量量数不同同时，反反应热也也不同。298.15K时H(H2O,g)= -241.82kJmol-1H2(g)+ O2(g) H2O(g)H(H2O，l)=285.83kJmol正、逆反反应的绝绝对值相相同，符符号相反反。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET因为热效应的数值与与体系的的状态有有关，所所以方程程式中应应该：注明反应应的条

27、件件温度、压力；要注明各各物质的的聚集状状态（l、g、s）以及晶晶型。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET思考：是否只只有恒压压过程体体系才有有焓值的改变？上面的讨讨论说明明在特定定条件下下Q和U或H的关系，也就是是说通过过热量的的测定，就可以以确定恒恒压过程程的H，而不是说说只只有有恒压过过程才有有H。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET热力学能能U变化和

28、焓焓变H的关系已知：定定容反应应热：QV=U；定压反应应热：Qp=U+ p(V2 V1)=H则：QpQV=p(V2V1) =H UQpQV=p(V2 V1)=n2(g)RTn1(g)RT= n(g)RT对于理想想气体反反应，有有：Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETU= HnRT2H2(g)+O2(g)2H2O(g)n= 2-3= -1C(s)+O2(g)=CO2(g)n= 1-1= 0固体、液液体的n都认为是是0Evaluation Warning : The docume

29、nt was created with Spire.Presentation for .NET解：H=Qp=89.5kJU= HnRT=89.5（30）8.314298.15/1000=96.9kJ23页-12在一敞口口试管内内加热氯氯化钾晶晶体，发发生下列列反应：2KClO3= 2KCl+3O2并放出89.5kJ的热量（298.15K）。求298.15K时该反应应的H和U。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET反应的摩摩尔焓变变rHm在一定条条件下，化学反反应反应的摩摩尔热力

30、力学能变变rUmEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET3、赫斯定定律（Hessslaw）1840年，根据据大量的的实验事事实赫斯提出了一一个定律律：不管反应应是一步步完成的的，还是是分几步步完成的的，其反反应热相相同。反应的热热效应只只与起始始和终了了状态有有关，与与变化途途径无关关。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET即热化学学方程式式可像代代数式那那样进行

31、行加减运运算，只只要确定定了始终终态。始态C(石墨) + O2(g)终态CO2(g)中间态CO(g) + O2(g)Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET已知：（1） （2） 则 （1）-（2）得（3） （3）rHm，3=（393.3）（283.0）=110.5kJmol1。燃料需要要充分燃燃烧。由赫斯定定律知：若化学学反应可可以加和和，则其其反应热热也可以以加和。Evaluation Warning : The document was created with Spire.

32、Presentation for .NET应用：对对于进行行得太慢慢的或反反应程度度不易控控制而无无法直接接测定反反应热的的化学反反应，可可以用赫斯定律，利利用容易易测定的的反应热热来计算算不容易易测定的的反应热热。赫斯定律律的实质质是计算算恒压反反应热Qp，而Qp=H，焓是状状态函数数，因此此Qp才只取决决于始、终态，与变化化的途径径无关。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET已知热化化学反应应求下面化化学反应应的Qp分析：反反应中只出现一一次，可可以从入手解题题。（1）3（

33、3）2Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETQp=16.7kJ mol-1Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（1）条件相相同的反反应和聚聚集状态态相同的的同一物物质才能能相消和和合并。（2）反应方方程乘于于某一系系数，反反应焓rHm也乘于某某一系数数。化学反应应千千万万万，若若全由实实验测定定反应焓焓变不可可能，但但若先通通过实验验测定由由单质生生成化合合物

34、这类类反应的的反应焓焓变，那那么，其其它有关关化学反反应的反反应焓变变可运用用赫斯定定律计算算，则实实验测定定量大大大减少。所以引引出下面面的标准准摩尔生生成焓。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET物质的标标准态热力学规规定物质质在温度度T时的标准准态：不论纯固体、纯液体体、纯气气体或溶溶液，气体的的压力都都是100kPa，称这种种压力状状态为物物质的标标准态，用符号号“”fai表示，这里强强调的时时标准压压力P=100kPa，对温度无无规定。气体的标准态： P=100kPa

35、 。固体、液体的标准态：压力为p的纯固体或纯液体。溶液的标准态：压力为p的c = 1moldm1标准态不规定温度，每个温度都有一个标准态。一般298.15 K时的标准态数据有表可查。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET其中m表示产物物是1mol,298.15K时的数据据有表可可查。标准摩尔尔生成焓焓在标准状状态时，由参考考状态的的单质生生成1摩尔纯物物质的焓焓变，称称为该物质的的标准摩摩尔生成成焓，用下述述符号表表示：（物质，相态，温度）Evaluation Warning

36、: The document was created with Spire.Presentation for .NET指定单质质的标准准摩尔生生成焓在在任何温温度下均均为0。“指定单质”通常为为温度T和标准压压力下最最稳定的的单质，如H2（g）、O2（g）、Cl2（g）、Br2（l）、C（石墨）、S（正交）、Na（s）、Fe（s）。P的为白磷磷，而不不是更稳稳定的红红磷。由石墨生生成金刚刚石时，(金刚石,298.15K) = 1.895kJmol-1Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for

37、 .NET(H2O ,g,298.15K) = -241.82kJmol-1(参考态单质,T)=0水溶液中中规定：（H，aq，298.15k）= 0据此，可可获得其其他水合合离子的的标准摩摩尔生成成焓。H2(g)+ O2(g) H2O(g)Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET思考：以下哪些些反应的的恒压反反应热不不是标准准生成焓焓(反应物和和生成物物都是标标准态)?标准生成成焓包括括标准状态态和指定单质质两个主要要条件。Evaluation Warning : The doc

38、ument was created with Spire.Presentation for .NET298.15K时这就是HCl(g)的标准摩摩尔生成成焓：反应焓变变为：标准摩尔尔生成焓焓的负值值越大，一般对对热越稳稳定。如如HF（g）的同样样条件下下为271.1kJmol1（H，aq，298.15k）= 0水溶液中中规定：据此，可可获得其其他水合合离子的的标准摩摩尔生成成焓。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（Zn2+）=153.9kJmol1（Cu2+）=64.8kJmol1实验用水水合离子子的标准准摩尔生生成焓Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET反应的标标准摩尔尔焓rHm（T）定义为为生成物物标准摩摩尔焓之之和减去去反应物物标准摩摩尔焓之之和。在标准态态时，反反应的摩摩尔焓变变称为该该反应的的标准摩摩尔焓变变。rHm（T）Evaluation Warning : The document was created