无机化学-化学反应中的能量关系课件

2022/10/28第三节化学反应中的能量关系无机化学多媒体电子教案第一章化学反应中的质量关系和能量关系第三节化学反应中的能量关系2022/10/22第三节化学反应中的能量关系无机化学多媒体2022/10/28

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。2022/10/22化学反应是反应物分子中旧键的削弱2022/10/28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2022/10/22如：煤燃烧时放热；2022/10/281-3-1基本概念和术语

1-3-1基本概念和术语

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孤立体系2022/10/221-3-1基本概念和术语1-3-1基2022/10/28

状态和状态函数状态函数能表征体系特性的宏观性质称为状态函数如：物质的量、压力、体积、温度等。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。2022/10/22状态和状态函数状态函数如：物质的量、压2022/10/28

状态和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是有联系的理想气体T=280K理想气体T=300K理想气体T=350K△T1=350K-300K=50K△T2=(350-280)K+(280-3000)K=50K2022/10/22状态和状态函数状态函数的特点(1)体系2022/10/28

功和热热(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。功和热是体系的状态发生变化时，体系与环境之间传递或交换能量的两种形式。体系吸热，Q为正值；体系放热，Q为负值功(W)：除了热之外，体系与环境之间其它的传递或交换能量的形式。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]单位均为J、kJ功和热不是状态函数2022/10/22功和热热(Q)：体系和环境之间因温度不2022/10/28

热力学能(以往称内能)

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)2022/10/22热力学能(以往称内能)热力学能(U)2022/10/28

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。能量守恒定律——热力学第一定律封闭体系：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功。2022/10/22在任何变化过程中，能量不会自生自灭，能2022/10/281-3-2反应热和反应焓变

1-3-2反应热和反应焓变化学反应时，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。如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)Qp=-571.66kJ·mol-1H2(g)+O2(g)→H2O(l)Qp=-285.83kJ·mol-112通常,反应热的数值为反应进度

=1mol(即发生1mol反应)时的反应热。2022/10/221-3-2反应热和反应焓变1-3-2022/10/28

恒压反应热和反应焓变恒压反应热:

化学反应在恒温恒压条件下进行，如果体系不做非体积功，此时的反应热称为该反应的恒压反应热。有气体参与的反应：反应始态(1)→反应终态(2)U=Qp+W=Qp-pV恒压反应热不等于体系热力学能的变化2022/10/22恒压反应热和反应焓变恒压反应热:2022/10/28

反应焓变U=Qp+W=Qp-pVU2-U1=Qp

-p(V2-V1)Qp=(U2+pV2)–(U1+pV1)焓:H=U+PV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Qp=H2-H1=H2022/10/22反应焓变U=Qp+W焓:2022/10/28

反应焓变H=H2-H1=Qp化学反应在封闭体系中、恒压条件下进行，如果体系不做非体积功：化学反应的焓变等于恒压反应热吸热反应：Qp>0,

H>0放热反应：Qp<0,

H<0如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

H＝Qp=-571.66kJ·mol-1

H2(g)+O2(g)→H2O(l)

H＝Qp=-285.83kJ·mol-1122022/10/22反应焓变H=H2-H1=2022/10/28

热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式rHm——摩尔反应焓变rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)

298.15K100kPa如:12表示在298.15K、100kPa下，当反应进度=1mol时(1molH2(g)与molO2(g)反应，生成1molH2O(g)时),放出241.82kJ热量。122022/10/22热化学方程式表示化学反应与热效应关系2022/10/28

热化学方程式注意：

1.注明反应的温度、压力等2.注明各物质的聚集状态如rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)

298.15K100kPa123.同一反应,反应式系数不同,rHm不同rHm=-483.64kJ·mol-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=90.83kJ·mol-112Hg(l)+O2(g)→HgO(s)rHm=-90.83kJ·mol-1122022/10/22热化学方程式注意：2.注明各物质的聚2022/10/28

赫斯(Hess)定律在恒温恒压或恒温恒容条件下，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)rHmCO(g)+O2(g)12H1H2CO2(g)rHm=H1+H2应用赫斯定律可以计算难以测定或无法用实验测定的反应热。H1=rHm-H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-12022/10/22赫斯(Hess)定律在恒温恒压或恒温2022/10/281-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变

1-3-3标准摩尔反应焓变的计算标准(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、纯固体溶液中的溶质标准压力(p)下质量摩尔浓度为1mol·kg-1(近似为1mol·L-1)2022/10/221-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔2022/10/28

标准摩尔生成焓定义：标准态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质的焓变。

(即恒压反应热)符号：fHm单位：kJ·mol-12.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1.最稳定纯态单质fHm=0,如fHm(石墨)=0注意：高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解-635.09CaO(s)稳定性fHm/(kJ·mol-1)物质2022/10/22标准摩尔生成焓定义：标准态下，由最稳2022/10/28

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。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)+zfHm(Z)]

-[cfHm(C)+dfHm(D)]rHm=νifHm(生成物)+νifHm(反应物)计算时,注意系数和正负号2022/10/22标准摩尔反应焓变的计算化学反应的标准2022/10/28

计算时,注意系数和正负号

计算恒压反应:4NH3(g)+5O2(g)

→4NO(g)+6H2O(g)的rHm例1解：4NH3(g)+5O2→4NO+6H2O(g)fHm/kJ·mol-1-46.11

090.25-241.82rHm=[4fHm(NO,g)+6fHm(H2O,g)]

-[4fHm(NH3,g)+5fHm(O2,g)]={[4(90.25)+6(-241.82)]-[4(-46.11)]}kJ·mol-1=-905.48kJ·mol-12022/10/22计算时,注意系数和正负号2022/10/28

(rHm)3=2(rHm)2=-22.6kJ·mol-1反应rHm/kJ·mol-1序号2Cu2O(s)+O2(g)

→4CuO(s)-292１CuO(s)+Cu(s)

→Cu2O(s)-11.3２计算fHm(CuO,s)例2解:(2)式×2=3式:2CuO(s)+2Cu(s)→2Cu2O(s)(3)式+(1)式=4式:2Cu(s)+O2(g)→2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1=-314.6kJ·mol-1

22(rHm)4-314.6kJ·mol-1fHm(CuO,s)===-157.3kJ·mol-12022/10/22(rHm)3=2(rHm)2=-2022/10/28第三节结束第三节结束第一章化学反应中的质量关系和能量关系无机化学多媒体电子教案2022/10/22第三节结束第三节结束第一章化学反应中2022/10/28第三节化学反应中的能量关系无机化学多媒体电子教案第一章化学反应中的质量关系和能量关系第三节化学反应中的能量关系2022/10/22第三节化学反应中的能量关系无机化学多媒体2022/10/28

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。2022/10/22化学反应是反应物分子中旧键的削弱2022/10/28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2022/10/22如：煤燃烧时放热；2022/10/281-3-1基本概念和术语

1-3-1基本概念和术语

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孤立体系2022/10/221-3-1基本概念和术语1-3-1基2022/10/28

状态和状态函数状态函数能表征体系特性的宏观性质称为状态函数如：物质的量、压力、体积、温度等。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。2022/10/22状态和状态函数状态函数如：物质的量、压2022/10/28

状态和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是有联系的理想气体T=280K理想气体T=300K理想气体T=350K△T1=350K-300K=50K△T2=(350-280)K+(280-3000)K=50K2022/10/22状态和状态函数状态函数的特点(1)体系2022/10/28

功和热热(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。功和热是体系的状态发生变化时，体系与环境之间传递或交换能量的两种形式。体系吸热，Q为正值；体系放热，Q为负值功(W)：除了热之外，体系与环境之间其它的传递或交换能量的形式。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]单位均为J、kJ功和热不是状态函数2022/10/22功和热热(Q)：体系和环境之间因温度不2022/10/28

热力学能(以往称内能)

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)2022/10/22热力学能(以往称内能)热力学能(U)2022/10/28

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。能量守恒定律——热力学第一定律封闭体系：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功。2022/10/22在任何变化过程中，能量不会自生自灭，能2022/10/281-3-2反应热和反应焓变

1-3-2反应热和反应焓变化学反应时，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。如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)Qp=-571.66kJ·mol-1H2(g)+O2(g)→H2O(l)Qp=-285.83kJ·mol-112通常,反应热的数值为反应进度

=1mol(即发生1mol反应)时的反应热。2022/10/221-3-2反应热和反应焓变1-3-2022/10/28

恒压反应热和反应焓变恒压反应热:

化学反应在恒温恒压条件下进行，如果体系不做非体积功，此时的反应热称为该反应的恒压反应热。有气体参与的反应：反应始态(1)→反应终态(2)U=Qp+W=Qp-pV恒压反应热不等于体系热力学能的变化2022/10/22恒压反应热和反应焓变恒压反应热:2022/10/28

反应焓变U=Qp+W=Qp-pVU2-U1=Qp

-p(V2-V1)Qp=(U2+pV2)–(U1+pV1)焓:H=U+PV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Qp=H2-H1=H2022/10/22反应焓变U=Qp+W焓:2022/10/28

反应焓变H=H2-H1=Qp化学反应在封闭体系中、恒压条件下进行，如果体系不做非体积功：化学反应的焓变等于恒压反应热吸热反应：Qp>0,

H>0放热反应：Qp<0,

H<0如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

H＝Qp=-571.66kJ·mol-1

H2(g)+O2(g)→H2O(l)

H＝Qp=-285.83kJ·mol-1122022/10/22反应焓变H=H2-H1=2022/10/28

热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式rHm——摩尔反应焓变rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)

298.15K100kPa如:12表示在298.15K、100kPa下，当反应进度=1mol时(1molH2(g)与molO2(g)反应，生成1molH2O(g)时),放出241.82kJ热量。122022/10/22热化学方程式表示化学反应与热效应关系2022/10/28

热化学方程式注意：

1.注明反应的温度、压力等2.注明各物质的聚集状态如rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)

298.15K100kPa123.同一反应,反应式系数不同,rHm不同rHm=-483.64kJ·mol-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=90.83kJ·mol-112Hg(l)+O2(g)→HgO(s)rHm=-90.83kJ·mol-1122022/10/22热化学方程式注意：2.注明各物质的聚2022/10/28

赫斯(Hess)定律在恒温恒压或恒温恒容条件下，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)rHmCO(g)+O2(g)12H1H2CO2(g)rHm=H1+H2应用赫斯定律可以计算难以测定或无法用实验测定的反应热。H1=rHm-H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-12022/10/22赫斯(Hess)定律在恒温恒压或恒温2022/10/281-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变

1-3-3标准摩尔反应焓变的计算标准(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、纯固体溶液中的溶质标准压力(p)下质量摩尔浓度为1mol·kg-1(近似为1mol·L-1)2022/10/221-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔2022/10/28

标准摩尔生成焓定义：标准态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质的焓变。

(即恒压反应热)符号：fHm单位：kJ·mol-12.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1.最稳定纯态单质fHm=0,如fHm(石墨)=0注意：高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解-635.09CaO(s)稳定性fHm/(kJ·mol-1)物质2022/10/22标准摩尔生成焓定义：标准态下，由最稳2022/10/28

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。化学反应：cC+dD=yY+zZ(任一物质均处于温度T的标准态)rHm=[yf