哈尔滨工程大学 普通化学第一章

材料科学与化学(huàxué)工程学院主讲：殷金玲普通(pǔtōng)化学精品资料NO,CO?精品资料教学内第一章化学热力学基础第二章化学反应的方向、限度(xiàndù)和速率第三章酸碱平衡、沉淀平衡及配位平衡第四章电化学基础第五章物质结构基础第六章元素及其化合物第七章高分子化学简介精品资料主要(zhǔyào)参考教材浙江大学普通化学教学组编，普通化学．高等教育出版社，2005.傅献彩编，大学化学．高等教育出版社，2003.曲保中等编，新大学化学．高等教育出版社，2005.张密林主编，大学化学．哈尔滨工程大学出版社，2005.华彤文等编，普通化学原理(yuánlǐ)．北京大学出版社，2005.段连运等译，化学与社会，化学工业出版社．2000精品资料课时(kèshí)：40学时理论课32学时，实验课8学时成绩：期末考试占80％实验成绩占20％精品资料第一章化学(huàxué)热力学基础精品资料热力学:专门研究(yánjiū)能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。化学热力学:用热力学的理论和方法研究化学反应方向(fāngxiàng)问题、化学反应过程的能量变化问题以及化学反应进行的程度问题。精品资料1.2化学反应的能量守恒与反应热效应1.3化学反应热效应的理论计算1.1热力学基本概念1.1.1体系和环境1.1.2状态和状态函数

1.1.3过程和途径

1.1.4热力学能1.1.5热和功

精品资料体系(tǐxì)之外并与体系(tǐxì)有密切联系的那部分物质或空间称为环境。被划分出来作为研究对象的那部分(bùfen)物质或空间称为体系(系统）。1.1.1体系和环境1.1热力学基本概念精品资料敞开体系：体系与环境(huánjìng)之间既有物质交换，又有能量交换。体系分类：敞开体系封闭体系孤立体系依据：根据体系与环境之间有无(yǒuwú)物质和能量交换。精品资料封闭体系:体系与环境之间只有能量交换，而没有(méiyǒu)物质交换。精品资料孤立体系：体系与环境(huánjìng)之间既没有物质交换也没有能量交换。精品资料体系分类体系与环境交换物质能量敞开体系√√封闭体系—√孤立体系——精品资料用来描述体系(tǐxì)状态的物理量（p、T、V、H、U、S、G…）叫做状态函数。由一系列表征体系性质的物理量所确定下来(xiàlái)的体系的存在形式称为体系的状态。1.1.2状态和状态函数精品资料状态(zhuàngtài)函数的特征体系状态一定(yīdìng)，状态函数值一定(yīdìng)精品资料p1=100kPaT1=373KV1=2L始态方式1，加压终态p2=200kPaT2=373KV2=1L减压降温方式2加压升温p3=300kPaT3=473KV3=0.845L方式(fāngshì)1：Δp=p2-p1=100kPaΔV=V2-V1=-1LΔT=T2-T1=0K方式(fāngshì)2：Δp=(p3-p1)+(p2-p3)=100kPaΔV=(V3-V1)+(V2-V3)=-1LΔT=(T3-T1)+(T2-T3)=0K精品资料状态(zhuàngtài)函数的特征体系(tǐxì)状态一定，状态函数值一定体系状态变化时，状态函数值的变化只与体系的始态和终态有关，而与变化途径无关循环过程状态函数的变化值为零精品资料动画来源：绍兴(shàoxīnɡ)文理学院无机及分析化学精品资料体系的状态由于外界条件(tiáojiàn)的改变会发生变化，这种状态变化称为过程。变化过程可以采取多种不同的具体形式，我们把实现过程的每一种具体的形式称为(chēnɡwéi)途径。1.1.3过程和途径精品资料根据过程发生时的条件不同，可分为(fēnwéi)以下几类：恒温过程：T1=T2=T外

恒压过程：p1=p2=p外恒容过程：V1=V2绝热过程：Q=0精品资料热力学能(内能):是体系内各种(ɡèzhǒnɡ)形式的能量的总和，用符号U表示。单位:J或kJ热力学能特点(tèdiǎn):状态函数;其绝对值不可测量;具有加和性1.1.4热力学能精品资料定义:体系(tǐxì)与环境之间因温差而传递的能量称为热，以符号Q表示。单位:J或kJ规定：若体系(tǐxì)吸热，Q0

若体系(tǐxì)放热，Q01.1.5热和功1.热精品资料规定(guīdìng)：若环境向体系做功，W0若体系向环境做功，W0定义:除热之外，在体系和环境之间被传递的其它能量(néngliàng)，称为功，以符号W表示。单位:J或kJ功和热都与途径有关，不是状态函数2.功精品资料功的分类(fēnlèi)体积功外的所有其他形式(xíngshì)的功称为非体积功。如电功、表面功等。由于体系体积变化而与环境交换的能量，称为体积功。

体积功

非体积功

体系做功：W=－p外·ΔV精品资料5组基本概念1.体系(tǐxì)和环境2.状态(zhuàngtài)和状态(zhuàngtài)函数3.过程和途径4.热力学能U5.热和功敞开、封闭、孤立状态函数特征恒温、恒压、恒容、绝热状态函数、具有加和性、绝对值不可测过程函数，正负号规定，体积功精品资料1.2化学反应(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒与反应热效应1.3化学反应(huàxuéfǎnyìng)热效应的理论计算1.1热力学基本概念1.2.1热力学第一定律1.2.2热化学方程式与盖斯定律

1.2.3化学反应的热效应

精品资料1.2化学反应(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒与反应热效应1.2.1热力学第一(dìyī)定律

热力学第一定律的数学表达式：

ΔU=Q+W精品资料自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化的过程中，能量的总值不变。热力学第一定律(dìnglǜ)内容（能量守恒和转化定律(dìnglǜ)）：

精品资料体系环境(huánjìng)U

>0U

<0热力学第一定律(dìnglǜ)的数学表达式：

ΔU=Q+WQ>0体系吸热Q<0体系放热W>0对体系做功W<0对环境做功精品资料例1.1起始状态(zhuàngtài)为U1的体系，假设体系放出200J的热量，环境对体系做了350J的功，计算体系的能量变化和终态U2。解:由题意可知：Q=－200J；W=+350JΔU=Q+W＝－200J+350J=150J因为(yīnwèi)U2－U1=ΔU所以U2=U1+ΔU=U1+150J精品资料定义：当生成物与反应物的温度相同(xiānɡtónɡ)时，体系不做非体积功，化学反应过程中体系所放出或吸收的热量称为该反应的反应热效应，简称热效应或反应热。分类(fēnlèi)：恒容热效应恒压热效应1.2.2化学反应的热效应精品资料恒容热效应QV在恒容过程中完成的化学反应称为(chēnɡwéi)恒容反应，其热效应称为(chēnɡwéi)恒容热效应。体系ΔU=QvΔU=Q+WW=0精品资料点火线恒容反应(fǎnyìng)热效应的测量弹式热量计反应热Qv？精品资料恒压热效应

Qp在恒压过程中完成的化学反应(huàxuéfǎnyìng)称为恒压反应，其热效应称为恒压热效应。体系精品资料恒压热效应的计算(jìsuàn)ΔU=Qp–p外ΔV

W=－pΔV

U2-U1=Qp-（p2V2-p1V1）Qp=(U

2＋p2V2)–(U1+p1V1)如果体系(tǐxì)是在等压，只做体积功下变化,即p1=p2=p外

U2-U1=Qp

–p外(V2-V1)

精品资料H:是一个新的热力学函数(hánshù)，称为焓；单位：J或kJ焓变：ΔH=Qp

令：

H=U+pV

焓的特点:焓是状态函数;绝对值无法测量(cèliáng);具有加和性精品资料问题？不能直接用实验(shíyàn)测量的反应，如何知道反应的热效应呢？反应：C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)的反应热能不能直接用实验(shíyàn)测量？精品资料一、选择题（1）下列对于功和热的描述中，正确的是（）A.都是过程函数，对应于某一状态有一确定值。B.都是过程函数，无确定的变化途径就无确定的数值。C.都是状态函数，变化量与途径无关。D.都是状态函数，始终态确定，其值也确定（2）敞开系统是指系统与环境之间（）A.既有物质(wùzhì)交换，又有能量交换B.只有物质(wùzhì)交换C.既没有物质(wùzhì)交换，也没有物质(wùzhì)交换D.只有能量交换课堂练习题：精品资料二、判断题

（1）状态函数的变化值只取决于体系的始终，而与变化的途径(tújìng)无关。（）

（2）因为QP=ΔH，而ΔH与变化途径(tújìng)无关，是状态函数，所以QP也是状态函数。（）课堂练习题：精品资料某温度下一定量的理想气体向环境吸收热量100kJ，使得体系从p1=1.6×106Pa，V1=1dm3，在恒外压p外=1.0×105Pa下恒温膨胀(péngzhàng)至p2=1.0×105Pa，V2=16dm3，求过程中体系的热力学能的变化值。课堂练习题：三、计算题精品资料1.热力学的标准(biāozhǔn)态气体标准压力（pө=100kPa）下具有理想气体性质的气体的状态液体、固体标准压力下最稳定的纯液体、纯固体溶液中的溶质标准压力下质量摩尔浓度1mol·kg1的状态1.2.3热化学方程式与盖斯定律(dìnglǜ)精品资料2.反应进度对于化学反应：dD+eE=gG+hH一般化学反应式则有：dξ=B-1dnB对于有限的变化,有=nB/B当反应进度=1mol时，即按计量(jìliàng)方程式进行了一次完整的反应时，称为1mol的化学反应或简称摩尔反应。精品资料例如(lìrú):(1)O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)(2)1/2O2(g)+H2(g)═H2O(g)

=1mol时，(1)表示(biǎoshì)生成了2mol的H2O(2)表示(biǎoshì)生成了1mol的H2O精品资料化学(huàxué)计量方程与热效应都写出的方程称热化学(huàxué)方程式。3.热化学方程式2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)化学反应中各物质处于标准态时的焓变称为该反应的标准摩尔反应焓变，用表示。变化值reaction反应温度ΔrHm(T)y标准态mole标准摩尔反应焓变精品资料应注明反应的温度和压力。如果是298.15K和100kPa，可省略。必须标出物质的聚集状态。通常以g、l和s分别(fēnbié)表示气、液和固态。书写(shūxiě)热化学方程式时注意下列几点：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)=－483.6kJ.mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1精品资料必须注明固体(gùtǐ)物质的晶型。碳有石墨、金刚石、无定形等晶型。同一反应，反应式系数不同，热效应值也不同。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)=－285.8kJ.mol-1精品资料例1.2已知T=298.15K，p=100kPa时，反应的

=－91.8kJ·mol1，计算在同样条件下，下列反应的。精品资料

解：精品资料4.盖斯定律(dìnglǜ)盖斯定律(dìnglǜ)的内容：“不管化学过程是一步完成或分为数步完成，这个过程的热效应是相同的。”盖斯定律的用途：利用实验易测量的反应热效应，来计算难以用实验方法测得的反应热效应。精品资料

(1)C(石墨)＋O2(g)=CO2

(2)C(金刚石)＋O2(g)=CO2

=－395.4kJ·mol-1(3)C(石墨)=C(金刚石)精品资料ΔrH＝ΔrH

+ΔrH

ΔrH

＝ΔrH

－ΔrH

=

393.51kJ·mol-1(

395.41kJ·mol1)

=1.90kJ·mol-1ΔrH精品资料例1.3在煤气生产过程中，下列反应C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)是很重要的。工厂设计或工艺改革时需要该反应的热效应数值，由于单质(dānzhì)碳与氧不能直接生成纯粹的一氧化碳，总会有一些二氧化碳生成，因此实验很难准确测定该反应的热效应数值。请根据所掌握的知识如何间接求得该反应的热效应？精品资料已知反应：C(石墨)＋O2(g)=CO2(g)

ΔrH

=－393.5kJ·mol-1

CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g)

ΔrH

=－283kJ·mol-1

精品资料ΔrH,1＝ΔrH,2+ΔrH,3始态C(石墨(shímò))+O2(g)

终态CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)(1)(2)(3)ΔrH,2＝ΔrH,1-ΔrH,3精品资料例1.4已知25℃时，求反应（3）Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)

在25℃时的反应热。（2）

3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)（1）2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)解：

=2×(–221.0)kJ·mol1–(–1118.4kJ.mol1)=676.4kJ·mol1（3）＝（1）×2－（2）精品资料已知：(1)4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l),

H1523kJmol-1

(2)H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(l),

H

287kJmol-1

试求反应(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的H

。课堂练习题：精品资料1.2化学反应(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒与反应热效应1.3化学反应(huàxuéfǎnyìng)热效应的理论计算1.1热力学基本概念1.3.1物质的标准摩尔生成焓1.3.2化学反应标准摩尔焓变的计算

精品资料变化值formationmoleΔfHm

(B，p，T

)y反应温度phase标准态1.3.1物质的标准(biāozhǔn)摩尔生成焓在标准态时，由元素稳定的纯态单质生成1mol某纯物质B的焓变（即恒压反应热），称为该物质B的标准摩尔生成焓。符号为1.3化学反应热效应的理论(lǐlùn)计算任何一种稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。精品资料针对(zhēnduì)对象标准摩尔生成焓一个(yīɡè)反应一种物质Bm的意义摩尔反应1mol的物质B标准摩尔反应焓变精品资料

C(石墨)＋O2(g)=CO2

C(金刚石)＋O2(g)=CO2

=－395.4kJ·mol-1精品资料精品资料例如(lìrú)：在298.15K时精品资料使用标准摩尔生成(shēnɡchénɡ)焓时注意：这是一个相对值，相对于稳定纯态单质的标准摩尔(móěr)生成焓等于零。注明摩尔生成焓的温度，不写就是指298.15K，该温度下的数值可查热力学数据表。注明B物质的相态，同一物质而不同相态，其标准摩尔生成焓的值不等。精品资料稳定单质(1)(2)(3)反应物dD+eE生成物gG+hH用标准摩尔(móěr)生成焓计算标准摩尔(móěr)反应焓：1.3.2化学反应(huàxuéfǎnyìng)焓变的计算精品资料ni和nj分别为化学(huàxué)方程式中生成物和反应物的系数åDåDD=jjiiHnHnH）－）反应物生成物((mfmfmryyyCaculation∆Hofreaction?精品资料计算下列(xiàliè)反应在298.15K时的标准摩尔反应焓变。

解：＝2×(285.8kJ·mol-1)+(393.5kJ·mol-1)(

74.6kJ·mol-1)=－890.5kJ·mol-1例1.574.60393.5285.874.60393.5285.874.60393.5285.8精品资料={(－1675.7kJ.mol-1)＋0kJ.mol-1}－{0kJ.mol-1+(－824.2kJ.mol-1)}=－851.5kJ.mol-1解根据标准生成焓的数据，计算铝粉和三氧化二铁反应的焓变