第一章热化学和能源

教材：《普通化学》

(第五版)教师:何敏1、教学方式：理论以多媒体授课为主（32学时），尽量采用启发、讨论式教学方法。2、学习要求：看三遍书：预习、细读、精读。培养学生的自学能力，要求学生学会听课，尽快适应大学的教学方法。3、课堂要求：遵守课堂纪律，随时检查课堂笔记，不迟到，不早退。4、作业：基本每次课布置一次作业，每周一交。。一、本课程的教与学二、成绩评定方法：

理论课期末考试（统考、闭卷）

（约占70%）

①上课考勤、提问

平时成绩

（约占30%）②作业

1、普通化学解决所解决的问题？2、化学的发展和作用？3、学习的内容、目的和要求？绪论1、普通化学解决所解决的问题？

研究物质的形成、结构与性质和变化的科学

核心与特征：合成新物质(Synthesis)

物质的组成与结构(WhathaveIgot?)

物质的性质与变化(Howdidthattransformationhappen?)

为什么是这种结构，为何发生这种变化(Whythatchangeorstructure,ratherthanothers?)中学化学：宏观层面初步了解现象

大学化学：宏观及微观层面

——初步了解本质和量化C——石墨？金刚石？合成氨？氨分解？条件、产率？MnO2与浓盐酸反应，与稀盐酸不反应；将马路上撒了盐（或融雪剂）的雪堆在树下？出问题利用中学的化学知识不能解决的问题

＊能否利用反应：NO+CO=1/2N2+CO2

来消除大气污染物NO和CO呢？

＊能源危机日益严重，那么水变油是否可行呢？

——化学热力学、化学动力学和物质结构化学发展史——

四次革命2、化学的发展和作用波义耳1661年发表了“怀疑派化学家”(TheScepticalChymist)，指出:“化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学”。波义耳极为崇尚实验，指出，“空谈毫无用途，一切来自实验”。他把严密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。

恩格斯的评价：“把化学确立为科学”被誉为“化学之父”（墓碑语）。法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”，提出燃烧的氧化学说。拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论”，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能再分解的简单物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿”。

英国化学家道尔顿创立科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。

1930年，美国化学家鲍林（L.Pauling，1901－1994）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（VBT）。阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的σ键和π键这两种基本共价键类型。

学习要求：了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。化学与其它学科相互渗透

化学

计算与信息科学物理学数学天文学

地质与环境科学

工程科学

生命科学材料科学★化学是理论与应用并重的科学

化学

医药卫生军事国防衣、食、住、行资源利用，环境保护新能源冶金

信息电子

新材料生物技术3

学习的目的、内容和要求学习目的了解当代化学学科的概貌用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题学习内容理论化学：两条“主线”应用化学：化合物知识；化学在相关学科中的应用实验化学学习要求辨证的思维发展的眼光实践的方法绪论教学安排

第一章热化学能源6学时第二章化学反应基本原理6学时第三章溶液与离子平衡6学时第四章电化学与金属腐蚀4学时

第五章物质结构基础4学时

第六章元素化学与无机材料1学时第七章高分子化合物与材料1学时习题讨论课4学时

16第1章热化学与能源热化学与能源ThermochemistryandEnergySources第1章17目录1.1反应热的测量1.2反应热的理论计算1.3常见能源及其有效与清洁利用1.4清洁能源与可持续发展选读材料核能Ⅰ.核燃料和核能的来源Ⅱ.核电的优势与发展趋势本章小结18教学目标：了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况、燃料的热值和可持续发展战略。

Lecture119重点:(1)热化学基本概念：状态函数，可逆过程，化学计量数，反应进度，反应热和焓。(2)定容热效应的测量原理和方法。(3)热力学第一定律和盖斯定律及其应用。(4)定压热效应(qp)与反应焓变的关系、定容热效应(qv)与热力学能变的关系。(5)化学反应的标准摩尔焓变的计算。20难点:(1)状态函数的性质。(2)qp与反应焓变的关系、qV与热力学能变的关系。21化学反应发生时，伴随有能量的变化，通常多以热的形式放出或吸收。燃料燃烧所产生的热量和化学反应中所发生的能量转换和利用都是能源的重要课题。热化学？研究化学反应中热与其它能量变化的定量关系的学科。1.1反应热的测量22系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。开放系统

有物质和能量交换封闭系统

只有能量交换1.1.1几个基本概念1.系统与环境图1.1

系统的分类隔离系统

无物质和能量交换23注意以下几点:(1)系统与环境之间的关系主要是物质和能量交换.系统的边界有多种多样。可以是实际的，也可以是假想的。如刚性壁，活动壁，绝热壁，透热壁，半透壁。(2)

不同系统有不同的环境，常用热源这一概念描述。242.相(phase):

系统中任何化学组成均匀，物理和化学组成都相同，且可用机械方法分离出来的部分，称为相。所谓均匀是指其分散度达到分子或离子大小的数量级。根据相的概念，系统可分为：单相（均匀）系统多相（不均匀）系统

特点：

不同相之间有明显的界面。超过此相界面一定有某些宏观性质（如密度、折射率、组成等）发生突变。常见的聚集状态有：固态(solid)、液态(liquid)、气态(gas)。25气体物质及其混合物：单相。液体物质：如相互溶解，则形成一个相（如酒精与水）；如互不相溶，混合时，则形成有明显界面分开的两个液相（如四氯化碳和水）。

固态物质：较为复杂，它有晶态和非晶态之分，晶态中又有多种结构，分属不同的相。26思考：

(1)101.325kPa，273.15K(0℃)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少？

(2)CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数为多少？答案:(1)在此条件下，存在3相（气、液、固各一相)。(2)3相（气体1相，固体2相）。27状态函数：用于表示系统性质的物理量X称状态函数，如气体的压力p、体积V、温度T等。状态是系统一切性质的总和。有平衡态和非平衡态之分。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。3.状态与状态函数(stateandstatefunction)28状态函数的性质状态函数是状态的单值函数。当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、终态有关，而与变化的实际途径无关。图1.2

状态函数的性质以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。外压从3pº变为p°V

T3pº29状态函数的三个特点：①状态一定，其值一定；②殊途同归，值变相等；③周而复始，值变为零。30广度性质和强度性质状态函数可分为两类：广度性质：具有加和性，如体积、质量等。强度性质：不具有加和性，如温度、压力等。思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。314.过程与途径

系统状态发生任何的变化称为过程。

实现一个过程的具体步骤称途径。思考：过程与途径的区别。设想如果你要把20℃的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。可逆反应:在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应的方向进行的反应，叫做可逆反应。绝大部分的反应都存在可逆性，一些反应在一般条件下并非可逆反应，而改变条件（如将反应物至于密闭环境中、高温反应等等）在学习可逆反应之前我们所接触的许多的反应都是可逆的，只不过可逆程度小而将其忽略了而已。可逆过程：体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。335.化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，通式为：

B称为B的化学计量数。符号规定：反应物：

B为负；产物：

B为正。例：应用化学反应通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式：

N2+3H2

＝2NH3解：用化学反应通式表示为：

0=

-N2-3H2+2NH334对于同一个化学反应，化学计量数与化学反应方程式的写法有关。

例：N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g)

v(N2)＝-1，v(H2)＝-3，v(NH3)＝2

1/2N2(g)+3/2H2(g)＝NH3(g)

v(N2)＝-1/2，v(H2)＝-3/2，v(NH3)＝1356.反应进度反应进度ξ

的定义：ξ的单位是摩尔(mol)，它与化学计量数的选配有关。nB

为物质B的物质的量，dnB表示微小的变化量。思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应N2

+3H2=2NH3

，当有1molNH3生成时，反应进度为0.5mol。则反应进度为1

mol。若将反应写成36反应进度ξ的值为正值。反应进度只与化学反应方程式的写法有关，而与选择系统中何种物质来表达无关。

换句话说，引入反应进度这个量的最大优点是在反应进行到任意时刻时，可用任一反应物或产物来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。

37例：

N2(g)＋3H2(g)

＝2NH3(g)

反应前物质的量n1/mol10300

反应某时刻物质的量n2/mol8244

ξ＝[n2(N2)－n1(N2)]/v(N2)＝(8－10)mol/(－1)＝2mol或ξ＝[n2(H2)－n1(H2)]/v(H2)＝(24－30)mol/(－3)＝2mol或ξ＝[n2(NH3)－n1(NH3)]/v(NH3)＝(4－0)mol/2＝2mol38对于同一反应，反应式写法不同，vB就不同，因而ξ值不同。例：

1/2N2(g)＋3/2H2(g)

＝NH3(g)

反应前物质的量n1/mol10300

反应某时刻物质的量n2/mol8244

ξ＝[n2(N2)－n1(N2)]/v(N2)＝(8－10)mol/(－1/2)＝4mol当涉及到反应进度时，必须指明化学反应方程式。当ξ＝1mol时，表示进行了1mol化学反应，或简称摩尔反应。39反应热:

化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。摩尔反应热:

当反应进度为1mol时系统放出或吸收的热量。(等容)反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热是热化学的重要研究内容。图1.3弹式量热计1.1.2反应热的测量401.反应热的实验测量方法

设有nmol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的热容为Cs(J·K-1)，比热容为cs(J·K-1kg-1

)，则：由于完全反应，ξ=n

因此摩尔反应热：

q为一定量反应物在给定条件下的反应热效应；

cs表示溶液的比热容；

ms为溶液的质量；

Cs为溶液的热容，Cs＝cs·ms

对于反应热q，负号表示放热，正号表示吸热。41思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？答：定容反应热42弹式量热计所吸收的热分为两个部分：

(1)加入的水所吸收的热；

q(H2O)=c(H2O)·m(H2O)·△T

＝C(H2O)·△T

图1.3弹式量热计(2)钢弹及内部物质和金属容器(简称钢弹组件)等所吸收的热。

qb＝Cb·△T43

反应所放出的热等于水所吸收的热和钢弹组件所吸收的热之和：

q＝-｛q(H2O)+qb}

＝-｛C(H2O)·△T＋Cb·△T｝＝-ΣC·△T44例：

联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃烧0.500g联氨放热为452.热化学方程式

表示化学反应与热效应关系的方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。46

反应热与反应式的化学计量数有关；

一般标注的是等压热效应qp

。思考：qp与qv相同吗？答案：不相同。书写热化学方程式时应注意：

标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态；471.2反应热的理论计算

并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？答案：实验过程中无法控制生成产物完全是CO。只能用理论方法来计算该反应的反应热。481.2.1热力学第一定律封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热q，从环境得功w，则系统热力学能的增加ΔU(U2–U1)为：ΔU

=q+w热力学第一定律：实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。“第一类永动机不可能制成”是热力学第一定律的另一种表述。其中，热力学能从前称为内能。49

1.热力学能(U)定义：系统由其内部状态所决定的能量，即系统内所有粒子除整体势能及整体动能外的全部能量的总和。（研究宏观静止系统）内能的特征：

(1)体系处于某一状态时其绝对值不知道，只能求出热力学能的变化量ΔU；

(2)ΔU只取决于体系变化的初终态，而与变化的途径无关，故U是状态函数；

(3)热力学能U是一种广度性质，与体系的物质的量成正比。由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定内能的绝对数值。U1U2QWU1——反应物始态的内能。U2——始态产物（终态）的内能。Q——反应过程中系统与环境交换的热量（吸热为正）。W——反应过程中系统对环境做的功（体积功=-P△V）。内能（U）：系统内分子的平动能、转动能、振动能，分子间势能，原子间键能，电子运动能，核内基本离子间核能等能量的总和。是状态函数。答案：相同。

思考1：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上，两者的内能相同吗？答案：70KJ

思考2：某一过程中，体系从环境吸收100kJ的热，体系对环境做了30kJ的功，则体系内能变化为多少?

522.热(q)在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差而交换的能量称为热。热量q不是状态函数533.功与体积功功：在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一）

系统得功为正；系统作功为负。体积功：由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体。所有其它的功统称为非体积功w′。功w不是状态函数。思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？答：1)做体积功；2)未做体积功。w=w体+

w′54热是由于系统间的温差，功则是因系统间的力差而引起的能量传递。热和功有两点是相同的：(1)热和功都是能量；(2)热和功都不是系统的状态函数。功是有序能，而热是无序能。因此，功能够完全转化为热，而热却不能完全转换为功。功分为体积功和非体积功。无论是压缩还是膨胀，体积功都为：

－p△V

＝－p(V2—V1)热与功的比较：551.2.2化学反应的反应热与焓通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。根据反应条件的不同，反应热又可分为两种：

定容反应热恒容过程：体积功w体

=0，不做非体积功（w′=0）时，

w=w体+

w′=0，qV=ΔU

定压反应热恒压过程：不做非体积功时，w体=–

p(V2–V1)，

qp=ΔU+p(V2–V1)561.焓

qP

=△U+p(V2–

V1)=(U2-U1)+p(V2–

V1)=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)令

H

=

U+p

V则qp

=H2–

H1=ΔHH称为焓，是一个重要的热力学函数。△H叫焓变。思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？答：H是U和p、V的一种组合形式，因此也是系统的状态函数，但不能知道它的绝对数值。57公式qp

=ΔH的意义：

1）等压热效应即为焓的增量，故qP也只决定于始终态，而与途径无关。

2）可以通过ΔH的计算,求出化学反应的qP值。582.定容反应热与定压反应热的关系已知 定容反应热：qV=ΔU；

定压反应热：qp=ΔUp+p(V2–V1)

等温过程，ΔUp

ΔUVqp–

qV

=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT对于理想气体反应，有：对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。则：

ΔH–ΔU=qp–

qV=p(V2–V1)59思考：若反应C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m为–393.5kJ·mol–1，则该反应的qV,m

为多少？答：该反应的Δn(g)=0，qV

=qp小结： 1)对于没有气态物质参与的反应或Δn(g)=0的反应，qV

qp2)对于有气态物质参与的反应，且Δn(g)0时，qV

qp60

因为

pV

＝nRT

若任一气体的物质的量变化为△n(Bg)，则例：aA(g)+bB(g)＝gG(g)+dD(g)化学反应的摩尔热力学能变△rUm和摩尔焓变△rHm的基本单位均为kJ·mol-161例：在100℃和101.325kPa下，由1molH2O(l)汽化变成1molH2O(g)。在汽化过程中△H

和△U

是否相等？若△H

等于40.63kJ·mol-1，则△U为多少？解：

H2O(l)＝H2O(g)(1)水汽化，有体积功。所以△H

≠△U

(2)△U＝△H－△ν·RT

＝40.63－(1－0)×(8.314/1000)×(273.15+100)

＝40.63－3.10＝37.53kJ·mol-162在通常情况下，反应或过程的体积功的绝对值小于5kJ·mol-1。

若△H数值较大，则△H≈△U

633.盖斯定律(Hess’sLaw）

问题的提出：

1)测得的热效应常是qv，而不是qp；

2)有些反应热效应，难以直接用实验测定。641840年，G.H.Hess总结出的反应热总值一定.盖斯定律：化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。始态

C(石墨)+O2(g)终态

CO2(g)中间态

CO(g)+½O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。65

盖斯定律的应用：盖斯定律适用于恒压或恒容条件。应用盖斯定律，可以计算一些很难直接用或尚未用实验方法测定的反应热。66盖斯定律示例：由盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。例：

已知反应和的反应焓，计算的反应焓。解：67化学热力学中规定：

标准压力：p⊖＝100kPa。

标准浓度：m⊖

＝1.0mol.kg-1)；

c⊖＝1mol·dm-3。

“⊖”表示“标准”，可读作“标准”。1.2.3反应标准摩尔焓变的计算1.热力学标准状态

Lecture368气体物质的标准态：在标准压力p

⊖

下表现出理想气体性质的纯气体状态。溶液中溶质B的标准态:在标准压力p

⊖

下，质量摩尔浓度为m

⊖

(1.0mol.kg-1),并表现出无限稀溶液中溶质的状态;近似采用c

⊖=1.0mol.dm-3。液体或固体的标准态:在标准压力p

⊖

下的纯液体或纯固体。69标准条件：标准压力及标准浓度。标准状态：某物质在标准条件下的状态。标准摩尔生成焓：在标准状态时，由指定的单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓，记作△fHm⊖。

规定：任何指定的单质的标准摩尔生成焓为零。(实际上是指定单质的相对焓值为零)“指定单质”：一般为最稳定的单质，如H2(g),N2(g),Cl2(g),Br2(l),C(石墨)，S(正交)，Na(s)等。但是磷较为特殊，指定为P(白磷)，而不是热力学上更稳定的红磷。2.标准摩尔生成焓70298.15K时的数据可以从教材的附录3（或其它手册）中查到;符号：△fHm⊖(298.15K)，习惯简写为：△fH⊖(298.15K)生成焓的负值越大，表示该物质的键能越大，对热越稳定。H2(g)+½O2(g)＝H2O(l)△fH⊖(298.15K)＝－285.8kJ·mol-1△fH⊖(H2O,l,298.15K)＝－285.8kJ·mol-1

71水合离子的相对焓值：

水合氢离子：H3O+H+(aq)

规定：水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。△fH⊖(H+,aq,298.15K)＝0

72思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)答：（2）不是733.反应的标准摩尔焓变的计算在标准条件下反应的摩尔焓变叫做反应的标准摩尔焓变。以△rHm⊖表示，简写为△H⊖74

aA(l)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)△H⊖(298.15K)＝g△fH⊖(G,s,298.15K)＋d△fH⊖(D,g,298.15K)

－a△fH⊖(A,l,298.15K)－b

△fH⊖(B,aq,298.15K)注意：

△H⊖

的数值与反应方程式的写法有关。75

△H⊖(298.15K)＝－1117.1kJ·mol-1表明：在298.15K和标准条件下，按上述化学反应方程式进行1mol反应：放出1117.1kJ的热量。76反应式两侧同乘3/4△H⊖(298.15K)＝－1117.1×(3/4)

＝－837.8kJ·mol-177表明在298.15K和标准条件下，1mol反应：放出837.8kJ的热量。78反应式两侧同乘3/2△H⊖(298.15K)＝－1117.1×(3/2)

＝－1675.7kJ·mol-179表明在298.15K和标准条件下，1mol反应：放出1675.7kJ的热量。因此，在写△H⊖(298.15K)的数值时，应指明与之相应的反应方程式。80温度对△rH

⊖的值有影响，但一般变化不大。例：SO2(g)+½O2(g)＝SO3(g)△H⊖(298.15K)＝－98.9kJ·mol-1△H⊖(873.15K)＝－96.9kJ·mol-1

在近似估算中，可把△H⊖(298.15K)作为其它温度T时的△H⊖(T)，即

△H⊖(T)≈△H⊖(298.15K)81注意事项：

查表时要注意物质的聚集状态；

公式中化学计量数与反应方程式相符；

数值与化学计量数的选配有关；

△fH⊖(298.15K)的数值有正、有负；

反应的焓变基本不随温度而变。82思考：正反应与逆反应的反应热的数值相等，符号相反。对吗？答：对。这也是热化学定律的重要内容。83例：

设反应物和生成物均处于标准状态，计算1mol乙炔完全燃烧放出的能量。解：从手册查得298.15K时，各物质的标准摩尔生成焓如下。226.730-393.509-285.83标准摩尔反应焓变计算示例84解：

Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)△fH⊖(298.15K)/(kJ·mol-1)064.77-153.890△H⊖(298.15K)

＝△fH⊖(Zn2+,aq,298.15K)＋△fH⊖(Cu,s,298.15K)

－△fH⊖(Zn,s,298.15K)－△fH⊖(Cu2+,aq,298.15K)

＝(－153.89)+0－0－64.77

＝－218.66kJ·mol-1例：计算反应：Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)的标准焓变△H⊖(298.15K),并简单说明其意义。意义：该氧化还原反应能放出相当大的能量，在电池反应中这部分能量与反应的电功之间存在着一定的转换关系。851.3常见能源及其有效与清洁利用

能源是自然界中为人类提供能量的物质资源。

能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信息）之一。

能源是我们赖以生存的重要物质基础。861.3.1世界能源的结构与能源危机1.能源的分类一次能源二次能源常规

能源燃料能源煤炭、石油、天然气、生物质能煤气、焦碳、成品燃油、液化气、酒精非燃料能源水能电力、蒸汽、热水新能源燃料能源核能人工沼气、氢能非燃料能源太阳能、地热、风能、海洋能激光利用

状况使用

性质形成条件表1.2能源的分类872.世界能源的结构和消耗195019601970198019902010102030405060能源结构比例(%)年代世界消耗的一次能源结构煤炭

石油

天然气

水电及其它883.能量消耗前六名的国家美国中国俄罗斯日本德国印度51015202530能源结构比例(占世界%)

国家煤炭

石油

天然气

核能

水电25.410.47.26.04.12.9世界六国消耗的一次能源比例及总比例（占世界）趋势（比例）：石油和天然气下降；煤炭上升；核电上升。894.能源危机本质：能量总量不变，质量衰退了，有序能下降。可利用之“有效能”减少了，于是产生了能源危机。901.3.2煤炭与洁净煤技术我国煤炭的一个特点是煤炭中含硫量较高，煤炭中的硫在燃烧时生成二氧化硫。SO2和粉尘是煤燃烧的主要一次污染物，其中的SO2是造成酸雨的主要原因。所以，煤炭的开采和燃烧都会引起环境污染。思考：我国能源的现状有何特点？答：1）能源总量丰富，但人均不足；

2）能源结构不合理，优质能源比例太小 煤炭占一次能源的76%，天然气消耗只有世界平均的76%，石油消耗只占世界平均的1/3。

3）能源利用率低，能耗高浪费严重。911.煤炭的成分与热值煤炭的主要成分：碳、氢、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的热值：单位质量或体积的燃料完全燃烧放出的热量。标准煤的热值为29.3MJ·kg-1

(或29.3kJ·g-1)。无烟煤：低硫，较好；烟煤：高硫，燃烧环境污染；褐煤：储量大，但热值低。煤炭的分类：氧、硫、磷是煤中的有害成分。922.洁净煤技术CO40%,H25%,其余N2、CO2等

40%H2、15%CO、15%CH4、

30%CO2

931.3.3石油和天然气

石油:石油是多种烃类的混合物，其中含有链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧、含硫的有机物。思考：世界原油储量最大的地区在哪儿？我国的原油产地在哪儿？答：世界原油储量最大的地区是中东。我国的原油产地在东北、西北和山东（黑龙江省的大庆油田、新疆的克拉玛依油田和山东省的胜利油田是中国三大油田）。941.石油燃料产品石油经过分馏和裂解等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油和沥青等产品。以上产品中最重要的是什么？答案：汽油。95%的汽油用于驱动汽车。衡量汽油质量的一个重要指标是辛烷值。直馏汽油的辛烷值约为55~72之间，在汽油中加入少量四乙基铅可以将辛烷值提高到79~88，为了防止铅在汽缸中沉积，加入少量二溴乙烷，使生成挥发性的溴化铅，与尾气一同排入大气。乙醇汽油？95汽油中最有代表性组分是辛烷(C8H18)。

C8H18(l)+25/2O2(g)＝8CO2(g)+9H2O(l)

△H⊖

(298.15K

)＝-5440kJ·mol-1或：△H⊖

(298.15K

)＝-47.7kJ·g-1962.天然气天然气是低级烷烃的混合物，主要成分是甲烷，常与石油伴生。其热值约为55.6MJ•kg-1。天然气的优点：

可直接应用

易于管道输送

污染少思考：西气东送具有哪些重要意义？973.沼气和生物质能植物残体在隔绝空气的情况下发生自然分解时产生的气体称为沼气。沼气约含60%的甲烷，其余为二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考：可用哪些原料制备沼气？如果你来自农村，你家使用过沼气吗？答：农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。生物质能的现代利用是将植物枝杆等在汽化炉中加压汽化制成可燃气体。984.可燃冰—未来的新能源天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，外形似冰，用火柴一点就着，故称“可燃冰”。

CH4·xH2O(s)。形成条件：低温高压如0℃，76MPa。储量：尚难正确估计，各文发表的数据相差较大。预测总量相当于161万亿吨煤，可用100万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的2~3倍。分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海有大量可燃冰，约相当于全国石油储量的一半。开发利用：开采难。991.3.4煤气和液化气煤气:煤的合成气及炼焦气都是城市煤气。来源于石油，主要成分为丙烷、丁烷等，炼油厂的副产品。液化气:煤气的组成:H2：50%；CO：15%；CH4：15%，热值约16MJ•M-3100思考：与煤气相比，液化气有哪些优点？答：无毒、低污染、热值高于煤气。液化气作动力→绿色汽车←燃料电池（各国竞争发展）。1011.4清洁能源与可持续发展思考：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无限的(不考虑太阳的寿命)？答：矿物能源（煤炭和石油