第一章 热化学

第一章热化学工程化学电子教案重点与难点§1-1几个基本概念§1-2化学反应的反应热与焓§1-3反应标准摩尔焓变计算小结习题精选目录工程化学电子教案重点：

1、热力学性质与状态函数。

2、化学反应焓变的规律和计算。

工程化学电子教案广西大学化学化工学院难点：标准焓变(△H

)

化学过程中的综合求算。工程化学电子教案广西大学化学化工学院第一节几个基本概念一、系统与环境

1、系统

2、环境

3、系统种类敞开系统：系统封闭系统：(本章主要研究对象)孤立系统(或隔离系统)：图例：工程化学电子教案二、状态与状态函数

1、状态指用来描述系统的各种宏观性质的综合表现。

2、状态函数指用来描述系统状态的物理量。例1-1：工程化学电子教案广西大学化学化工学院3、状态函数的特征

(1)、状态函数值随状态而发生改变。

(2)、状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与系统所经历的途径无关。

始态终态（Ⅰ）（Ⅱ）工程化学电子教案广西大学化学化工学院三、广度性质和强度性质

1、广度性质指在数值上与系统中物质的量成正比，具有加和性的系统性质。

2、强度性质指在数值上与系统中物质的量无关，不具有加和性，仅决定于系统本身特性的性质。无机化学电子教案广西大学化学化工学院注意：

很多强度性质是两个广度性质的比值。思考：

、C分别是哪些广度性质的比值？例1-2：工程化学电子教案广西大学化学化工学院四、过程与途径等温过程：T始＝T终＝T环等压过程：P始＝P终＝P环过程等容过程：△V＝０

绝热过程：Q=0

循环过程：△X=0(X为状态函数）途径：指实现某个过程的具体步骤。工程化学电子教案广西大学化学化工学院五、热、功与热力学能

1、热：(Q或q)2、功：(W)

3、功的形式包括体积功和非体积功。工程化学电子教案广西大学化学化工学院对于体积功：当P始

=P终

=P环=P时，则：

W=－P△V=－P(V2－V1)

注意：Q、W与过程有关，因而它们都不是状态函数。图例：工程化学电子教案广西大学化学化工学院4、规定

Q与W的取值正、负有不同的规定：

Q为正值(>0)，则系统吸热

QQ为负值(<0)，则系统放热

W为正值(>0)

，则环境对系统作功

WW为负值(<0)

，则系统对环境作功工程化学电子教案广西大学化学化工学院5、热力学能(或内能)

指热力学系统内部能量的总和。(符号U)

注意：

(1)、U属于状态函数，其单位为KJ(或J)。

(2)、系统内能(U)的绝对值无法确定，但可通过实验确定其变化值(△U)。工程化学电子教案广西大学化学化工学院工程化学电子教案广西大学化学化工学院六、热力学的标准态

1、物质的热力学标准态是指在热力学中，对各物质规定的一个共同的基准状态。说明：

P

(标准压力)=100kPaP

(旧)=101.325kPa2、热力学对物质的标准状态规定

(1)、气态物质的标准态指在任一温度T、标准压力P

下表现出理想气体性质的纯气体状态。

(2)、液体、固体物质的标准态指在任一温度T、标准压力P

下的纯液体、纯固体状态。工程化学电子教案广西大学化学化工学院

(3)、溶液的标准态指在任一温度T、标准压力P

及标准浓度C

时的状态。

C

=1mol·L－1工程化学电子教案广西大学化学化工学院七、相

1、概念系统中物理性质和化学性质完全相同的且与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分。

2、均相系统(或单相系统)3、非均相系统(或多相系统)图例：工程化学电子教案广西大学化学化工学院第二节化学反应的反应热与焓一、热力学第一定律

1、内容

2、数学表达式由：工程化学电子教案则U2＝U1＋(Q+W)∴△U＝U2－U1＝Q+W例1-3：工程化学电子教案广西大学化学化工学院二、化学反应热

1、定容反应热(或等容反应热)

符号—用QV表示单位—J·mol－1或kJ·mol－1结论：QV=△U推导1：工程化学电子教案广西大学化学化工学院2、定压反应热(或等压反应热)

符号—用Qp表示单位—J·mol－1或kJ·mol－1定义：H＝U+PV

结论：Qp=H2－H1=△H推导2：工程化学电子教案广西大学化学化工学院说明：

H—焓，是状态函数。（为什么？）规定：△H>0，反应吸热；△H<0，反应放热。工程化学电子教案广西大学化学化工学院焓的意义：①、H是一个复合的状态函数；②、H用来描述系统的热含量的热力学函数，其绝对值不能确定，但变化值△H可通过实验确定。即：△H=Qp③、反应的热效应一般常用△H表示，称之为反应焓变。工程化学电子教案广西大学化学化工学院3、等容反应热与等压反应热的关系例1-4：推导3：

Qp=Qv

+△nRT△H=△U+△nRT

注意：式中△n为气态生成物与气态反应物的物质的量之差。工程化学电子教案广西大学化学化工学院4、热化学方程式

(1)、概念

(2)、书写注意事项例1-5：说明：△rHm

—指标准摩尔反应焓变；△rHm

—指摩尔反应焓变；工程化学电子教案广西大学化学化工学院

r—代表“反应”；

m—代表“1mol反应”；

—表示标准态。(P

=100kPa)

其中：

符号r、m常常省略，即△rHm

与△rHm有的书简写为△H

与△H.

工程化学电子教案广西大学化学化工学院第三节化学反应热的热力学计算一、盖斯定律

1、内容在恒容或恒压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。

2、推论若一反应可分几步完成，则该反应的反应热等于各分步反应热之和。工程化学电子教案即化学反应的加、减、乘、除，对应于相应反应热的加、减、乘、除。3、应用可由已知的反应热数据，经加、减运算得到由实验难以测定的反应热数据。例1-6：工程化学电子教案广西大学化学化工学院注意：①、反应式进行加减时，所有反应的条件要一致。②、方程式中计量数有变动时，焓变也要有相应系数的变动。③、盖斯定律适用于所有状态函数。工程化学电子教案广西大学化学化工学院二、由标准摩尔生成焓计算反应热

1、物质的标准摩尔生成焓

(1)、定义在标准态下，由稳定单质生成１mol纯物质时反应的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。

符号：△fHm

，可简写为△fH

；

单位：J·mol－1或kJ·mol－1工程化学电子教案广西大学化学化工学院定义中的两个条件：①、标准态②、稳定单质(或指定单质)

指标准态下最稳定的单质。例：碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和无定形碳，而其中石墨是最稳定单质。工程化学电子教案广西大学化学化工学院

(2)、重要规定△fHm

(稳定单质，H+)=02、由△fHm

计算△rHm

推导4：公式：△rHm

=

nj△fHm

(生成物)

－

ni△fHm

(反应物)工程化学电子教案广西大学化学化工学院意义：任一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之和减去反应物的标准摩尔生成焓之和。例1-7：工程化学电子教案广西大学化学化工学院小结一、基本概念

1、状态函数：

2、热力学能(或内能)二、热力学第一定律

△U＝Q+W三、化学反应热

1、定容反应热(或等容反应热)QV=△U工程化学电子教案

2、定压反应热(或等压反应热)

Qp=△H

3、等容反应热与等压反应热的关系

Qp=Qv

+△nRT

或△H=△U+△nRT工程化学电子教案广西大学化学化工学院四、盖斯定律

1、内容在恒容或恒压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。。

2、推论若一反应可分几步完成，则该反应的反应热等于各分步反应热之和。

3、应用工程化学电子教案广西大学化学化工学院五、标准摩尔焓变的计算

1、

标准摩尔生成焓重要规定：△fHm

(稳定单质，H+)=02、由△fHm

计算△rHm

△rHm

=

nj△fHm

(生成物)

－

ni△fHm

(反应物)工程化学电子教案广西大学化学化工学院习题精选

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.

22.工程化学电子教案1、标态下，HgO(s)=Hg(l)+1/2O2(g)，△H

=90.71kJ·mol

1，则HgO(s)的标准生成热(焓)为()kJ·mol

1。

A、

45.36B、

90.71C、181.42D、

181.42解：选B（为什么？）工程化学电子教案广西大学化学化工学院2、下列反应，其

H

及化合物的

fH

具有同一数值的是（）。

A、C(g)+O2(g)=CO2(g)B、HI=1/2I2+1/2H2(g)C、N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)D、S(s)+O2(g)=SO2(g)解：选D（为什么？）工程化学电子教案广西大学化学化工学院3、对给定气体分子物系，使熵值增大的措施是（）。

A、增大压力B、增大体积

C、降低温度D、减少气体物质解：选B（为什么？）工程化学电子教案广西大学化学化工学院4、已知下列热化学反应：

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

H1

=-855kJ/mol

C(石墨)+O2(g)=CO2(g)

H2

=-392kJ/mol2H2+O2(g)=2H2O(l)

H3

=-570kJ/mol(1)、标准生成焓为零的物质是

。

(2)、H2O(l)的标准生成焓

fH

为

kJ/mol。

(3)、CH4(g)的

fH

为

kJ/mol。

工程化学电子教案广西大学化学化工学院解：

(1)C(石墨)、O2(g)、H2(g);(2)

fH

(H2O,l)=–570/2=－285kJ/mol；工程化学电子教案广西大学化学化工学院(3)由反应：

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

则

H1

={fH

(CO2,g)+2fH

(H2O,l)}－

{fH

(CH4,g)+2fH

(O2,l)}

－855={-392+2×(－285)}－{fH

(CH4,g)+2×0}∴fH

(CH4

,g)=－107(kJ/mol)工程化学电子教案广西大学化学化工学院5、已知反应的热效应：①、MnO2(s)=Mn(s)+O2(g)

H1

②、MnO2(s)+Mn(s)=2MnO(s)

H2

则

fH

(MnO,s)为

。工程化学电子教案广西大学化学化工学院解：

fH

(MnO,s)即为如下反应的热效应：

Mn(s)+1/2O2(g)=MnO(s)

H3

由盖斯定律，得

H3

=(H2

－H1

)/2

∴

fH

(MnO,s)=(H2

－H1

)/2工程化学电子教案广西大学化学化工学院6、反应B

A的热效应为

H1

，反应B

C的热效应为

H2

，则反应A

C的热效应

H

是

。解：∵①B

A

H1

②B

C

H2

则②－①得

A

C

由盖斯定律，A

C的热效应

H

为：

H

=H2

－H1

工程化学电子教案广西大学化学化工学院例1-1：下列（）是状态函数。

A、温度TB、体积功WC、内能变化

UD、焓变

H解：选A（为什么？）说明：

(1)、常见状态函数有：Ｐ、Ｔ、Ｖ、n、

、U、H、S和G等；

(2)、常见非状态函数为：Q(或q)、W等。工程化学电子教案(3)、△Ｐ、△Ｔ、△Ｖ、△U、△H、△S和△G等均不是状态函数，它们是状态函数的变化值。工程化学电子教案广西大学化学化工学院例1-2：下列各组物理量中，都是状态函数且具有加和性的是()。

A、S、△H、WB、H、△U、△GC、H、U、GD、△S、△H、T解：选C（为什么？）工程化学电子教案说明：

(1)、常见的广度性质有：

V(体积)、W(质量)、U(内能)、H(焓)、

S(熵)、G(自由能)等

(2)、常见的强度性质有：

T、P、

(密度)、C等工程化学电子教案广西大学化学化工学院例1-3：某系统从始态变到终态，从环境吸热200kJ，同时对环境做功300kJ，求系统和环境的热力学能改变量。工程化学电子教案解：①、对系统：已知Q=+200kJ，W=－300kJ∴△U=Q+W=200+(－300)=－100(kJ)②、对环境：已知Q=－200kJ，W=+300kJ∴△U=Q+W=－200+300=100(kJ)工程化学电子教案广西大学化学化工学院例1-4：标态下，反应H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)

在373K时恒容反应热为

240.3kJ·mol

1，该温度下反应的△H

值为()kJ·mol

1.A、

238.8B、

241.8C、

1310.3D、

240.3

工程化学电子教案解：已知反应：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)

Qv=△U=

240.3kJ·mol

1∴△H

=△H=△U+△n·RT=

240.3+[1

(1+1/2)]×8.314×373×103=241.8(kJ·mol

1)思考：为什么要乘以103

？工程化学电子教案广西大学化学化工学院例1-5：

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△rHm

=－285.8kJ·mol－12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△rHm

=－571.6kJ·mol－12H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△rHm

=－484kJ·mol－1工程化学电子教案例1-6：在298K下，已知：

(1)、C(石墨)+O2(g)=CO2(g)△H1

=－393.5kJ·mol－1(2)、CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H2

=－283.0kJ·mol－1

求反应：

(3)、C(石墨)+1/2O2(g)=CO(g)△H3

=？工程化学电子教案解：根据盖斯定律：∵(3)=(1)－(2)∴△H3

=△H1

－△H2

=－393.5－(－283.0)

=－110.5(kJ·mol－1)工程化学电子教案广西大学化学化工学院例1-7：乙炔(C2H2，M=26)是焊接工业的主要燃料，试计算78克乙炔完全燃烧的热效应。在298K时，已知：

C2H2(g)

CO2(g)H2O(l)△fHm

－226.8－393.5－285.8

(kJ·mol－1)工程化学电子教案解：已知反应：

C2H2(g)+(5/2)O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)则由公式：△rHm

={2△fHm

(CO2，g)+△fHm

(H2O，l)}

－{△fHm

(C2H2，g)+(5/2)△fHm

(O2，g)}={2×(－393.5)+(－285.8)}－{(－226.8)+(5/2)×0}

=－846(kJ·mol－1)工程化学电子教案广西大学化学化工学院∴78克乙炔完全燃烧的热效应为：

Q=－846×(78/26)=－2538(kJ)工程化学电子教案广西大学化学化工学院推导：推导1：由定容条件，得

V1=V2，则△V=0∵△V=0且W非=0∴W=－P△V=0

则由第一定律，得△U=QV+W=QV工程化学电子教案由定压条件，

P1=P2=P

且W=－P△V

由热力学第一定律，得△U＝Q+W=Q