无机化学第一章第二节

无机化学第一章第二节第一页，共二十五页，2022年，8月28日2一、化学反应的质量守恒定律

在化学反应中，物质的质量是守恒的。即参加反应的全部物质的质量总和等于反应后生成物的质量总和。第二页，共二十五页，2022年，8月28日31、热力学能（内能）热力学能（内能）——体系内部能量的总和。构成：分子的平动能、转动能，分子间势能、电子运动能、核能等。是一种热力学状态函数无法知道他的绝对值，但过程中的变化值却是可以测量的。二、能量守恒——热力学第一定律第三页，共二十五页，2022年，8月28日42、热力学第一定律——能量守恒定律

表述：能量只可能在不同形式之间转换，但不能自生自灭。状态1（U1）状态2（U2）吸收热量Q

对体系做功WU=U2-U1=Q+W

热力学第一定律有称能量守恒定律。它是人们从生产实践中归纳总结出的规律，是自然界中普遍存在的基本规律。第四页，共二十五页，2022年，8月28日51、恒容热效应与热力学能变如果体系的变化是在恒容的条件下，且不做其他非膨胀功（W’=0，则：W=We+W’=0）此时：ΔU=Q+W=QV

即：热力学能变等于恒容热效应。或说：在恒容的条件下，体系的热效应等于热力学能的变化。

*在弹式量热计中,通过测定恒容反应热的办法，可获得热力学能变ΔU的数值.三、化学反应的热效应第五页，共二十五页，2022年，8月28日62、恒压热效应与焓变

在我们的实际生产中，很多的化学反应都是在大气层中（一个大气压，103kpa）条件下进行的，这是一个体积有变化，但压力恒定的过程（恒压过程）。为了方便地研究恒压过程中的问题，我们需要引入另一个重要的热力学状态函数——焓。第六页，共二十五页，2022年，8月28日7

焓变——化学反应的恒压热效应现设体系的变化是在恒压、只做膨胀功（不做其他功，如电功等）的条件下进行的

状态1状态2（T1,V1,U1,p）（T2,V2,U2,p）吸收热量Q对外做功W在此恒压过程中：*体系吸收的热量记作Qp*体系对环境所做的功p(V)=p(V2-V1)

因此，环境对体系所做的功：W=-p(V)=-p(V2-V1)第七页，共二十五页，2022年，8月28日8于是根据热力学第一定律，有如下的关系：

U2-U1=U=Q+W=Qp-p(V)=Qp-p(V2-V1)

所以：

Qp=(U2-U1)+p(V2-V1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)

定义热力学状态函数焓，以H表示

H=U+pV

则：

Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=H第八页，共二十五页，2022年，8月28日9重点理解焓H是一种状态函数，只与体系的起始状态有关。与过程路径无关。焓变值H等于体系在恒压过程中的热效应Qp。在其他类型的变化过程中，焓变值H不等于热效应，但并非说，焓变值H为零。焓代表了恒压条件下体系所包含的与热有关的能量，具有能量量纲，单位是J或kJ。因为经常遇到的化学反应都是在大气层这样一个恒压环境中发生的，所以焓是一个极其重要的状态函数。焓与与热力学能一样，其绝对值无法确定。但状态变化时体系的焓变ΔH却是确定的，而且是可求的。焓是体系的广度性质，它的量值与物质的量有关，具有加和性。第九页，共二十五页，2022年，8月28日10(1)

对于一定量的某物质而言，由固态变为液态或液态变为气态都必须吸热，所以有:H(g)>H(l)>H(s)(2)

当某一过程或反应逆向进行时，其ΔH要改变符号即：

ΔH（正）=-ΔH（逆）(3)

对于任何化学反应而言，其恒压反应热Qp可由下式求出：

Qp=ΔH=H生成物-H反应物

（在化学反应中，可把反应物看作始态，而把生成物看作终态）

ΔH>0为吸热反应，ΔH<0为放热反应。由于大多数化学反应是在恒压条件下进行的，其ΔH=Qp，即为恒压反应热。所以焓变比热力学能变更具有实用价值，用得更广泛、更普遍。过程与焓第十页，共二十五页，2022年，8月28日113．恒压反应热与恒容反应热的关系由焓的定义：H=U+pV

则：ΔH=ΔU+Δ(pV)

i)对于恒压、只作体积功的化学反应，有：

ΔH=ΔU+pΔV

即：Qp=Qv+pΔVii)对于固相和液相反应，由于反应前后体积变化不大，故有：Qp≈Qviii)对于气相反应，如果将气体作为理想气体处理，则有：Qp=Qv+Δn（RT）式中Δn为生成物的量与反应物的量之差。第十一页，共二十五页，2022年，8月28日12四、盖斯定律与反应热的计算

1．反应进度和热化学方程式i)什么是“化学反应的进度”？

——描述化学反应的进行程度的物理量。在反应的某一阶段中，某反应物量（摩尔数）的改变值与其化学计量数的商。单位：mol用希腊字母ξ表示。

第十二页，共二十五页，2022年，8月28日13对于任一化学反应，有质量守恒定律：0＝BB，例如下列给定反应：

dD+eE=gG+hH

通式为：

式中nB()和nB(0)分别表示反应进度为和0时，B物质的量(mol)。注意：反应物的计量系数取负值，生成物的计量系数取正值。第十三页，共二十五页，2022年，8月28日14举例说明：3H2(g)+N2(g)=2NH3(g)t=0s(mol)3.01.00.0t=0.1s(mol)1.50.51.0以H2计算反应进度

=nH2/H2=(1.5-3.0)mol/-3=0.5mol以N2计算反应进度

=nN2/N2=(0.5-1.0)mol/-1=0.5mol以NH3计算反应进度

=nNH3/NH3=(1.0-0.0)mol/2=0.5mol第十四页，共二十五页，2022年，8月28日15ii)热力学标准态对于以上所说的“焓变等于恒压热效应”，“恒压”恒在什么压力之下，其反应的热效应是不一样的，因为不同的压力之下，体系所做的膨胀功不同，因而恒压热效应——焓变值也有所不同。因此热力学在处理化学反应体系时，必须选定某一状态作为“计算、比较的标准”，这一标准即称做热力学标准状态。第十五页，共二十五页，2022年，8月28日16IUPAC规定：100kPa为标准压力，以p表示之，处于标准压力之下的体系，称为体系的标准状态。各种体系的标准状态规定如下：纯固体、液体，当该物质处于外压为标准压力之下。纯气体（理想气体）：p=p=100kPa

混合气体：pi=p=100kPa(pi

某组分气体的分压力)

理想溶液：p=p=100kPa，c=c=1.0mol/dm3(c标准浓度)第十六页，共二十五页，2022年，8月28日17注意事项：上述标准状态并未指定温度，即：

H2

（100kpa,298K）是标准状态，

H2

（100kpa,200K）也是标准状态。IUPAC推荐298.15K作为温度的一般参比标准，如不注明，则指的是298.15K，其他温度则须指明，用（T）表示。第十七页，共二十五页，2022年，8月28日18iii)化学反应的标准焓变、标准摩尔焓变和热化学方程式在特定的温度之下（如不特别指明，则为298K）如果参加化学反应的各物质（包括反应物和产物）都处于热力学标准状态（p=p=100kpa），此时在化学反应的过程中产生的焓变即称作：标准焓变，以符号ΔrH表示之。例如：

1.5H2(g)+0.5N2(g)=NH3(g)ΔrH=-46.11kJ第十八页，共二十五页，2022年，8月28日19

但是：化学反应的焓变，不仅与温度、压力等有关，还与反应中物质的量有关。规定：化学反应进度ξ=1时化学反应的焓变为化学反应的标准摩尔焓变。以符号ΔrHm表示之。标准摩尔焓变的意义是：单位化学反应进度ξ化学反应的标准焓变。

ΔrHm=ΔrH/ξ例如：

3H2+N2=2NH3(气体)ΔrHm=—92.22KJ/mol注意：如果将3molH2

和1molN2反应时，其Qp是否是此数值？不是！第十九页，共二十五页，2022年，8月28日20

热化学方程式

表示出了化学反应过程中热效应的化学反应计量方程式称为热化学方程式(thermodynamicequation)。例如，在298.15K时有：1)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rHm=-285.8kJmol-12)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)rHm=-571.6kJmol-13)C(石墨)+O2(g)=CO2(g)rHm=-393.5kJmol-1第二十页，共二十五页，2022年，8月28日212、物质的标准摩尔生成焓定义：在标准状态下，由最稳定单质生成1mol

某种物质的反应的标准焓变，叫做该物质的标准摩尔生成焓，以符号ΔrHm表示之。注意要点：最稳定单质的标准摩尔生成焓为零。什么是最稳定单质？举例说明：C（石墨）、I2（固体）是指生成1mol物质，不是生成反应的标准摩尔焓变。第二十一页，共二十五页，2022年，8月28日223、盖斯定律

俄国化学家对化学反应的数据进行总结（1840）指出：不管化学反应是一步完成，还是分几步完成，其化学反应的热效应是相同的。例如：

CCO2

COO2

O2

O2

rH1rH2rHrH

=rH1+rH2第二十二页，共二