普通化学第一章

材料科学与化学工程学院普通化学学科交叉与渗透更普遍生物药学地学医学化学农学材料农业化学生物化学药物化学材料化学地球化学医用化学教学内第一章化学热力学基础第二章化学反应的方向、限度和速率第三章酸碱平衡与沉淀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主要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．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课时：40学时其中理论课32学时，实验课8学时成绩：期末考试占80％，实验成绩占20％答疑：

地点：72#312房间时间：周三下午2:00-5:00高温炼铁为什么不能用同样的方法进行高炉炼铝？NO,CONO,CO是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成N2和CO2。?金刚石石墨第一章化学热力学基础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

热力学:专门研究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过程的能量变化问题、化学反应方向问题以及化学反应进行的程度问题。1.1热力学基本概念体系之外并与体系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物质或空间称为体系(系统）。1.1.1体系和环境敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，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物质和能量交换。

封闭体系:体系与环境之间只有能量交换，而没有物质交换。孤立体系：体系与环境之间既没有物质交换也没有能量交换。敞开体系封闭体系孤立体系动画来源：绍兴文理学院无机及分析化学用来描述体系状态的物理量（p、T、V、H、U…）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状态和状态函数状态函数的特征体系状态一定，状态函数值一定体系变化时，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体系的状态由于外界条件的改变会发生变化，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途径。1.1.3过程和途径根据过程发生时的条件不同，可分为以下几类：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恒温过程373K，505kPa恒温过程373K，202kPa恒压过程恒压过程不同途径的示意图308K，202kPa始态308K，505kPa终态

热力学能(内能):

是体系内各种形式的能量的总和，用符号U表示。单位:J或kJ

热力学能特点:

状态函数;其绝对值不可测量;具有加和性1.1.4热力学能动画来源：绍兴文理学院无机及分析化学定义:

体系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：若体系吸热，Q

0

若体系放热，Q0

1.1.5热和功1.热规定：若环境向体系做功，功取正值(W

0)

若体系向环境做功，功取负值(W

0)定义:

除热之外，在体系和环境之间被传递的其它能量，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.功功的分类体积功外的所有其他形式的功称为非体积功。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

体积功的计算外力做功：体系做功：W=－P外·∆VW=F·d=(P·A)·h=P·∆V该图来自北大无机化学课件1.判断题状态函数的变化值只取决于体系的始终，而与变化的途径无关。(2)Q和W是过程函数，而U是状态函数。2.计算题(1)体系放热300kJ,并受压做功700kJ,求内能的变化。(2)5g液态乙醇在78.3℃完全蒸发成3.03升蒸汽，吸热4.268kJ,求ΔU练习题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1.2.1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

1.2化学反应的能量守恒与反应热效应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。1.2.1热力学第一定律体系环境U>0U

<0

热力学第一定律的数学表达式：

ΔU=Q+WQ>0体系吸热Q<0体系放热W>0对体系做功W<0对环境做功例1.1起始状态为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=+350J

ΔU=Q+W＝－200J+350J=150J因为

U2－U1=ΔU所以U2=U1+ΔU=U1+150J

定义：化学反应时，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：

恒容热效应恒压热效应1.2.2化学反应的热效应恒容热效应QV

在恒容过程中完成的化学反应称为恒容反应，其热效应称为恒容热效应。体系ΔU=QvΔU=Q+WW=0恒压热效应

Qp

在恒压过程中完成的化学反应称为恒压反应，其热效应称为恒压热效应。体系恒压热效应的计算ΔU=Qp

–p外ΔV

W=－pΔV

U2-U1=Qp

–p外(V2-V1)

U2-U1=

Qp

-（p2V2-p1V1）Qp=(U

2＋p2V2)–(U1+p1V1)如果体系是在等压，只做体积功下变化,

即p1=p2=p外，ΔV0H:是一个新的热力学函数，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;具有加和性点火线恒容反应热效应的测量弹式热量计反应热Qv

？问题？不能直接用实验测量的反应，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测量？

1.热力学的标准态气体标准压力（pө=100kPa）下纯气体的状态液体、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。

例如:(1)O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)

(2)1/2O2(g)+H2(g)═H2O(g)

=1mol时，

(1)表示生成了2mol的H2O(2)表示生成了1mol的H2O

化学计量方程与热效应都写出的方程称热化学方程式

。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分别表示气、液和固态。书写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必须注明固体物质的晶型。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。

解：4.盖斯定律盖斯定律的内容：

“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。

(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)ΔrH

＝ΔrH

+ΔrH

ΔrH

＝ΔrH

－ΔrH

=

393.51kJ·mol-1(

395.41kJ·mol1)

=1.90kJ·mol-1ΔrH例1.3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）1.什么是Hess定律？Hess定律的理论基础是什么？2.热力学中的标准态是怎样规定的？3.热力学第一定律与Hess定律有什么关系？反应的始态和终态的压力相等，而中间过程压力有改变的反应，是否一定服从Hess定律？为什么？练习题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1.3.1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

1.3.1

物质的标准摩尔生成焓变化值formationmoleΔfHm

(B，p，T

)y反应温度phase标准态在标准态时，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计算1.3.1

物质的标准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计算例如：在298K时任何一种稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。使用标准摩尔生成焓时注意：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。稳定单质(1)(2)(3)反应物dD+eE生成物gG+hH用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓：1.3.2

化学反应焓变的计算ni和nj分别为化学方程式中生成物和反应物的系数åDåDD=jjiiHnHnH）－）反应物生成物((mfmfmryyyCaculation∆Hofreaction?计算下列反应在298.15K时的标准摩尔反应焓变。

74.60393.5285.8解：＝2×(285.8kJ·mol-1)+(393.5kJ·mol-1)(

74.