大学普通化学绪论.ppt

General Chemistry20082009（1）1长江大学化学与环境工程学院绪绪 论论20082009（1）2长江大学化学与环境工程学院主要内容主要内容 化学的意义与研究对象化学的意义与研究对象化学的地位化学的地位 化学发展史化学发展史 教学目的与教学内容教学目的与教学内容 要求与考核要求与考核20082009（1）3长江大学化学与环境工程学院一一 化学的意义与研究对象化学的意义与研究对象1 1 意义意义 化学是在原子和分子层次上研究物质的组成、结构、化学是在原子和分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科。性质及其变化规律的学科。2 2 研究对象与范围研究对象与范围 对象对象:原子、分子、晶体、各种天然与人工合成大原子、分子、晶体、各种天然与人工合成大分子。分子。内容内容:组成、结构、物理与化学性质、制备方法与组成、结构、物理与化学性质、制备方法与工艺；物质各种聚集状态（包括晶体、非晶体、流工艺；物质各种聚集状态（包括晶体、非晶体、流体、等离子体、介观与纳米态）下的性质、功能与体、等离子体、介观与纳米态）下的性质、功能与应用应用 。20082009（1）4长江大学化学与环境工程学院化学的分支化学的分支(二级二级)学科：学科：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学等；应用方面分子化学等；应用方面(交叉边缘学科交叉边缘学科)有燃料化学、有燃料化学、环境化学、材料化学、生物化学、放射化学、激光化环境化学、材料化学、生物化学、放射化学、激光化学、地质化学、计算化学、能源化学、绿色化学、化学、地质化学、计算化学、能源化学、绿色化学、化学信息学、纳米化学、化学生物学等。学信息学、纳米化学、化学生物学等。普通化学作为一门基础课程，是对化学科学各普通化学作为一门基础课程，是对化学科学各分支的基础知识作一整体的介绍。分支的基础知识作一整体的介绍。二二化学的地位化学的地位 是自然科学的核心一级学科。是自然科学的核心一级学科。是自然科学中处于承上启下地位的中心学科。是自然科学中处于承上启下地位的中心学科。20082009（1）5长江大学化学与环境工程学院20082009（1）6长江大学化学与环境工程学院20082009（1）7长江大学化学与环境工程学院三三.化学发展史化学发展史 四次革命四次革命20082009（1）8长江大学化学与环境工程学院 波义耳波义耳16611661年发表了年发表了“怀疑怀疑派化学家派化学家”(The Sceptical”(The Sceptical Chymist)Chymist)，指出，指出:“:“化学不是为了化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学为一门独立的科学”。波义耳极。波义耳极为崇尚实验，指出，为崇尚实验，指出，“空谈毫无空谈毫无用途，一切来自实验用途，一切来自实验”。他把严。他把严密密的实验方法引入化学研究，使的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。化学成为一门实验科学。恩格斯的评价恩格斯的评价：“把化学确立为科学把化学确立为科学”被誉为被誉为“化学之父化学之父”（墓碑语）。（墓碑语）。20082009（1）9长江大学化学与环境工程学院 法国化学家拉瓦锡法国化学家拉瓦锡17831783年出版名著年出版名著“关于燃素的回顾关于燃素的回顾”，提，提出燃烧的氧化学说。出燃烧的氧化学说。拉瓦锡拉瓦锡17891789年出版了年出版了“初等化学概论初等化学概论”，首次给元素下了一，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：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元素是用任何方法都不能再分解的简单物质物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑。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“燃素说燃素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿化学中的牛顿”。20082009（1）10长江大学化学与环境工程学院 英国化学家道尔顿创立科学原子论英国化学家道尔顿创立科学原子论(化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，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。化学革命。18031803年，道尔顿提出了原子学说：年，道尔顿提出了原子学说：元素是由非常元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是形状）是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单形状）是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。20082009（1）11长江大学化学与环境工程学院 18071807年道尔顿发表年道尔顿发表 化学哲学新体系化学哲学新体系，全，全面阐述了化学原子论的思想。面阐述了化学原子论的思想。1930 1930年，美国化学家鲍林（年，美国化学家鲍林（L.PaulingL.Pauling，1901190119941994）和德国物理学家）和德国物理学家J.C.SlaterJ.C.Slater（1900190019761976）把量子力学处理氢）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价建立了价键理论（键理论（VBTVBT）。阐明了共价键的方向性和饱）。阐明了共价键的方向性和饱和性，和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的成的键和键和键这两种基本共价键类型。键这两种基本共价键类型。20082009（1）12长江大学化学与环境工程学院 19311931年，为解释甲烷分子的空间构型，年，为解释甲烷分子的空间构型，鲍林又根据波函数叠加原理，鲍林又根据波函数叠加原理，提出了杂化轨提出了杂化轨道理论。道理论。作为价键理论的重要补充，较满意作为价键理论的重要补充，较满意地解释了共价多原子分子的空间构型。地解释了共价多原子分子的空间构型。代表作代表作“化学键的本质化学键的本质”至今仍是一部至今仍是一部权威性著作。权威性著作。还还提出电负性、键参数、杂化、提出电负性、键参数、杂化、共振、氢键等概念共振、氢键等概念。在生物化学领域在生物化学领域提出了提出了蛋白质分子多肽链的螺旋结构。蛋白质分子多肽链的螺旋结构。在量子化学和结构化学领域，几乎到处在量子化学和结构化学领域，几乎到处可以看到鲍林的足迹。可以看到鲍林的足迹。19541954年获诺贝尔化学年获诺贝尔化学奖，奖，19621962年获诺贝尔和平奖年获诺贝尔和平奖20082009（1）13长江大学化学与环境工程学院四四.教学目的与教学内容教学目的与教学内容 目的目的 使同学具有必备的近代化学基本理使同学具有必备的近代化学基本理 论、基本知识和基本技能；论、基本知识和基本技能；了解这些理论知识和技能在工程实际了解这些理论知识和技能在工程实际 的应用；的应用；培养高素质人才。使同学成为知识培养高素质人才。使同学成为知识 面宽、基础扎实、有开拓创新能力的面宽、基础扎实、有开拓创新能力的 高素质人才。高素质人才。20082009（1）14长江大学化学与环境工程学院教学内容教学内容 基本理论和基本知识：基本理论和基本知识：热热化化学学，化化学学反反应应的的方方向向、程程度度和和速速率率，水水化化学学，电电化化学学，物物质质结结构构基基础础以以及及元元素素化化学学与与无无机机材材料料，有有机机高高分分子子化化合合物物等等。工程实际应用工程实际应用：能能源源、大大气气污污染染、水水污污染染、金金属属腐腐蚀蚀及及防防止止、金金属属材材料料及及表表面面处处理理、非非金金属属材材料料、有机及生物高分子材料等。有机及生物高分子材料等。20082009（1）15长江大学化学与环境工程学院五五.要求与考核要求与考核 理论课：理论课：重点弄清各章的三基内容。课重点弄清各章的三基内容。课 堂上认真听讲、课后认真复习与消化、认堂上认真听讲、课后认真复习与消化、认 真完成作业。真完成作业。实验：实验：是课程的重要环节，做实验能加是课程的重要环节，做实验能加深深 与巩固对基本理论和知识的理解；能训练与巩固对基本理论和知识的理解；能训练 基本操作技能，培养独立操作、观察记基本操作技能，培养独立操作、观察记 录、分析归纳写报告等多方面的能力以录、分析归纳写报告等多方面的能力以 及科学工作方法。及科学工作方法。要求：要求：写好预习报告，不得迟到缺席，独写好预习报告，不得迟到缺席，独 立操作，独立写实验报告。立操作，独立写实验报告。20082009（1）16长江大学化学与环境工程学院成绩评定方法：成绩评定方法：平时：平时：3030（包括考勤、课堂提问、（包括考勤、课堂提问、课堂小测验、完成作业情况、实验等）课堂小测验、完成作业情况、实验等）考试：考试：7070实验实验 预习报告：预习报告：1010 实验考勤：实验考勤：1010 实验操作技能：实验操作技能：3030 实验报告：实验报告：5050（按个数，求平均）（按个数，求平均）20082009（1）17长江大学化学与环境工程学院第第 1 章章热热 化化 学学 与与 能能 源源20082009（1）18长江大学化学与环境工程学院教学基本要求教学基本要求1.1.了解用弹式热量计测量等容热效应了解用弹式热量计测量等容热效应(q qv v)的原的原 理，熟悉理，熟悉q qv v的实验计算法。的实验计算法。2.2.了解状态函数的意义。了解化学反应中的焓了解状态函数的意义。了解化学反应中的焓 变在一般条件下的意义。理解等压热效应变在一般条件下的意义。理解等压热效应(q qp p)与反应中的焓变的关系。了解与反应中的焓变的关系。了解q qv v与反应中的与反应中的 内能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩内能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩 尔焓变的近似计算。尔焓变的近似计算。3.适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。20082009（1）19长江大学化学与环境工程学院（一）（一）反应热的测量反应热的测量（二）（二）反应热的理论计算反应热的理论计算1 1几个基本概念几个基本概念2 2反应热的测量反应热的测量1 1热力学第一定律热力学第一定律2 2化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓3 3反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算主要内容主要内容20082009（1）20长江大学化学与环境工程学院1.1.1 1.1.1 几个基本概念几个基本概念 作为研究对象的那一作为研究对象的那一部分物质；部分物质；系统之外，与系统密切联系系统之外，与系统密切联系的其它物质。的其它物质。1.1.系统：系统：2.2.环境：环境：1-1 1-1 反应热效应的测量反应热效应的测量20082009（1）21长江大学化学与环境工程学院封闭系统封闭系统 三种热力学系统：三种热力学系统：孤立系统孤立系统 孤立系统孤立系统是一种科学的抽象是一种科学的抽象,对于科对于科学研究有重要学研究有重要意义意义.敞开系统敞开系统20082009（1）22长江大学化学与环境工程学院应用相的概念需区分：应用相的概念需区分：*相与聚集态不同；相与聚集态不同；3 3 相：相：系统可分为系统可分为:单相（均单相（均 匀）系统；多相（不均匀）系统。匀）系统；多相（不均匀）系统。相与相之间有明确的界面。相与相之间有明确的界面。系统中任何物理和化学性质完全相同的部分。系统中任何物理和化学性质完全相同的部分。*相数与物质种类数；相数与物质种类数；*相与界面的关系。相与界面的关系。20082009（1）23长江大学化学与环境工程学院答：答：1）在此条件下，存在）在此条件下，存在3相（气、液、相（气、液、固各一相；固各一相；2）3相（气体相（气体1相，固体相，固体2相）相）思思考考：1)101.325 kPa，273.15 K(00C)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。20082009（1）24长江大学化学与环境工程学院4 4 状态和状态函数状态和状态函数状态：系统的宏观性质的综合表现系统的宏观性质的综合表现。状态函数：描述系统性质的物理量。(p,V,T)特点：状态一定,状态函数一定。状态变化,状态函数也随之而变,且状态函数的变化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。途途 径径 1 1途途 径径 2 220082009（1）25长江大学化学与环境工程学院思考思考：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？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个答：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。广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。推论推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？分类：广度性质（体积、质量等）广度性质（体积、质量等）强度性质强度性质 （温度、密度等）（温度、密度等）20082009（1）26长江大学化学与环境工程学院4.过程与途径 系统状态发生任何的变化称为过程；系统状态发生任何的变化称为过程；可逆过程可逆过程体系经过某一过程，由状态体系经过某一过程，由状态变到状态变到状态之后，如之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为的过程称为可逆过程可逆过程。它是在一系列无限接近平。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。衡条件下进行的过程。实现一个过程的具体步骤称途径实现一个过程的具体步骤称途径。思考思考：过程与途径的区别。设想如果你要把设想如果你要把20 C的水烧开，要完成的水烧开，要完成“水烧开水烧开”这个这个过程，你可以有多种具体的过程，你可以有多种具体的“途径途径”：如可以在水壶中常：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。压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。5 5 过程与途径过程与途径20082009（1）27长江大学化学与环境工程学院298 K，101.3 kPa298K，506.5 kPa375 K，101.3 kPa375 K，506.5 kPa恒温过程恒温过程恒恒压压过过程程途径（途径（）恒温过程恒温过程恒恒压压过过程程(II)途径(II)（）实际过程 实际过程与完成过程的不同途径20082009（1）28长江大学化学与环境工程学院6 6 化学反应进度化学反应进度对于一般的反应：对于一般的反应：aA+bB=gG+dD 其化学反应计量方程为：其化学反应计量方程为：0=0=B B B BB 其中其中 B B称为称为化学计量数化学计量数，符号：符号：a a、b b为负为负；g g、d d为正为正可写为：可写为：0 0=-N=-N2 2-3H-3H2 2+2NH+2NH3 3即：即：N N2 2+3H+3H2 2=2NH=2NH3 3以合成氨反应为例：以合成氨反应为例：N N2 2+3H+3H2 22NH2NH3 320082009（1）29长江大学化学与环境工程学院反应进度：单位是mol思考思考：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：答：有关。如对于反应：0=N2 3H2+2NH3，当有，当有1mol NH3生成时，反应进度为生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成。若将反应写成则反应进度为则反应进度为1 mol。20082009（1）30长江大学化学与环境工程学院t0时 nB/mol 3.0 10.0 0 0 t1时 nB/mol 2.0 7.0 2.0 t2时 nB/mol 1.5 5.5 3.0 20082009（1）31长江大学化学与环境工程学院反应进度必须对应具体的反应方程式。2.0 7.0 2.0 (mol)3.0 10.0 0 (mol)20082009（1）32长江大学化学与环境工程学院1.1.2 反应热的测量反应热的测量(heating effect measurement)1 1 热效应测量原理热效应测量原理BB20082009（1）33长江大学化学与环境工程学院2 2 测量装置测量装置氧弹式氧弹式量热计量热计(calorimeter)(calorimeter)20082009（1）34长江大学化学与环境工程学院20082009（1）35长江大学化学与环境工程学院 q-q(H2O)+qb -C(H2O)T+CbT -CT20082009（1）36长江大学化学与环境工程学院1.反应热的实验测量方法设有n mol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(JK-1)，比热容为cs(JK-1kg-1)，则：由于完全反应，=n因此摩尔反应热：思考思考：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：定容反应热答：定容反应热20082009（1）37长江大学化学与环境工程学院示例 例例1.1 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)已知：解解：燃烧：燃烧0.5g联氨放热为联氨放热为求q?20082009（1）38长江大学化学与环境工程学院2.热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其标准写法是：式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：标明反应温度、压力及反应物、生成物的状态；标明反应温度、压力及反应物、生成物的状态；书写热化学方程式时应注意：书写热化学方程式时应注意：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明若不注明T,p,皆指在皆指在T=298.15 K，p=100 kPa下。下。20082009（1）39长江大学化学与环境工程学院 反应热与反应式的化学计量数有关；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一般标注的是等压热效应qp。思考思考：既然实验精确测得的是qv，大多数化学反应是在定压条件下发生(qp)；二者之间有关系吗？能不能由qv求得qp？思考思考：有些反应的热效应，包括设计新产品、新反应所需的反应热，难以直接用实验测得，那么如何得到这些反应热呢？20082009（1）40长江大学化学与环境工程学院1-2 1-2 反应热的理论计算反应热的理论计算一一 能量守恒定律能量守恒定律二二 热力学第一定律热力学第一定律 “在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭，在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总值不变。量的总值不变。”“第一类永动机不可能制成第一类永动机不可能制成”U=U2 U1 q+w20082009（1）41长江大学化学与环境工程学院1 1 热力学能热力学能符号：符号：U，SISI单位：单位：J J。U 是状态函数；是状态函数；无绝对数值；无绝对数值；其值与其值与n n 成正比。成正比。包括分子平动能、包括分子平动能、分子振动能、分子分子振动能、分子转动能、电子运转动能、电子运动能、核能等动能、核能等即即内能内能系统内部能量的总和系统内部能量的总和。思考思考：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：相同20082009（1）42长江大学化学与环境工程学院2 2 热热 符号：符号：q ，常用单位：，常用单位：kJkJ；q不是状态函数；不是状态函数；系统系统吸热吸热：q 0；系统；系统放热放热：q 0 热热是是系统与环境因温度不同而传递的能量系统与环境因温度不同而传递的能量。热是大量质点以无序运动（分子的碰撞）方热是大量质点以无序运动（分子的碰撞）方式而传递的能量，称为无序能。式而传递的能量，称为无序能。20082009（1）43长江大学化学与环境工程学院3 3 功功系统与环境交换能量的另一种形式系统与环境交换能量的另一种形式功功 功分为：功分为：体积功体积功 w (w=-pV)；非体积功非体积功 w。常用单位：常用单位：kJkJ。w 不是状态函数；不是状态函数；系统对环境系统对环境作功作功:w 0。思考思考：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20C时，是否做了体积功？答：答：1)1)做体积功，做体积功，2)2)未做体积功。未做体积功。20082009（1）44长江大学化学与环境工程学院 变到状态变到状态2,2,热力热力学能学能U2 2，q 0w 0U=q+w4 4 热力学第一定律数学表达式热力学第一定律数学表达式一封闭系统，热力学能一封闭系统，热力学能U1 1，从环境得功从环境得功w，从环境吸从环境吸收热收热q，则有：则有：20082009（1）45长江大学化学与环境工程学院4.体积功w体的计算等外压过程中，体积功等外压过程中，体积功w体体=p 外外(V2 V1)=p外外V 补充：体积功的计算补充：体积功的计算理想气体的体积功理想气体的体积功理想气体的状态方程理想气体的状态方程：例例1.2 1 mol理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。解解：终态平衡时的体积为：终态平衡时的体积为：20082009（1）46长江大学化学与环境工程学院解：1 mol水汽化为1mol水蒸气，由于水蒸气的体积远远大于液态水的体积，故 V=V气V液V气所以 w=-p V=-pV=-nRT=-18.314373=-3.10(kJ/mol)rUm=q+w=40.63+(-3.10)=37.53(kJ/mol)例例1.3 1.3 已已知知在在100100o oC C，100 100 kPakPa下下，1 1 molmol水水汽汽化化为为1mol1mol水水蒸蒸气气，汽汽化化热热为为40.63 40.63 kJ.molkJ.mol-1-1，试试估估算算1mol1mol水水在在蒸蒸发发过过程程中中的的体体积积功功w w和和r rU Um m 。（水水蒸蒸气气在此可近似看作理想气体）在此可近似看作理想气体）20082009（1）47长江大学化学与环境工程学院三三 化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓 化学反应热是指等温过程热化学反应热是指等温过程热。通常把只做体积功，且通常把只做体积功，且始态和终态具有相同温度始态和终态具有相同温度时，时，系统吸收或放出的热量叫做系统吸收或放出的热量叫做等温反应热等温反应热。根据反应条件的不同，等温反应热又可分为根据反应条件的不同，等温反应热又可分为：1 1 定容反应热定容反应热 qVV2=V1 V=0 U=q+w U=q-pV=qV2 2 定压反应热定压反应热 qP p2=p1=p U=q-pV qP=U+pV20082009（1）48长江大学化学与环境工程学院 上式可化为：上式可化为：qP=（U2-U1）+p（V2-V1）即：即：qP=（U2+p2V2）-（U1+p1V1）令：令：H=U+pV 则则 qP=H2-H1=H H称为称为焓，是一个重要的热力学数据。焓，是一个重要的热力学数据。3 3 焓焓思考思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？答：是状态函数，但不能知道它的绝对数值。答：是状态函数，但不能知道它的绝对数值。20082009（1）49长江大学化学与环境工程学院公式公式qp=H 的意义：的意义：1）等压热效应即为焓的增量，故）等压热效应即为焓的增量，故qP也只决定于始终态，而与也只决定于始终态，而与途径无关。途径无关。2）可以通过）可以通过H的计算求出的的计算求出的qP值。值。4.定容反应热与定压反应热的关系已知定容反应热：qV=U；定压反应热：qp=Up+p(V2 V1)等温过程，Up UV，则：H U=qp qV=p(V2 V1)20082009（1）50长江大学化学与环境工程学院qp qV=n2(g)RT n1(g)RT=n(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。思考思考：若反应 C(石墨)+O2(g)CO2(g)的 qp,m 为393.5 kJmol 1，则该反应的qV,m 为多少？答：该反应的答：该反应的n(g)=0，qV=qp 小结小结对于没有气态物质参与的反应或对于没有气态物质参与的反应或n(g)=0的反应，的反应，qV qp对于有气态物质参与的反应，且对于有气态物质参与的反应，且n(g)0的反应，的反应，qV qp20082009（1）51长江大学化学与环境工程学院四四 化学反应热的计算化学反应热的计算 化学反应的反应热（在恒压或恒容条件下）化学反应的反应热（在恒压或恒容条件下）只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。如：如：C+OC+O2 2=CO=CO2 2 rH1C+C+O O2 2=CO=CO rH2CO+CO+O O2 2=COCO2 2rH3有有 rH1=rH2+rH31.1.盖斯定律盖斯定律写成通式：写成通式：rH=irHi根据盖斯定律，若化学反应可以加和，则其反根据盖斯定律，若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。应热也可以加和。20082009（1）52长江大学化学与环境工程学院推理：推理：任一化学反应可以分解为若干最基本的反应任一化学反应可以分解为若干最基本的反应 ，这些，这些 反应的反应热之和就是该反应的反应热。反应的反应热之和就是该反应的反应热。（生成反应）（生成反应）生成生成如：如：AB+CD=AC+BD H A+B=AB H1;C+D=CD H2;A+C=AC H3;B+D=BD H4。则：则：H=H4+H3-H1-H2即即:rH=irHi20082009（1）53长江大学化学与环境工程学院例题：例题：已知：已知：C C（s s）+O+O2 2（g g）COCO2 2（g g）=-393.5kJ=-393.5kJ.molmol-1-1COCO(g(g)+O O2(g)2(g)COCO2(g2(g)=-=-283.0kJ283.0kJ.molmol-1-1问问:C:C(s)(s)+O O2(g)2(g)COCO(g)(g)=?=?解解:按盖斯定律按盖斯定律=(-393.5)-(-283.0)kJ(-393.5)-(-283.0)kJ.molmol-1-1 =-110.5kJ-110.5kJ.molmol-1-1Hm1Hm2Hm3Hm320082009（1）54长江大学化学与环境工程学院2 2 标准摩尔焓变标准摩尔焓变 因为因为QP=H,所以恒温恒压条件下的反应热可表示所以恒温恒压条件下的反应热可表示为反应的为反应的焓变焓变:rH(T);反应系统的反应系统的n nB B确定为确定为1mol1mol时时,反应热称为反应的反应热称为反应的摩摩尔焓变尔焓变:rHm(T)；在在标准状态标准状态下的摩尔焓变称反应的下的摩尔焓变称反应的标准摩标准摩尔焓变尔焓变:rHm(T)20082009（1）55长江大学化学与环境工程学院热力学关于标准态的规定热力学关于标准态的规定（1 1）气体气体物质的物质的标准态标准态是在是在标准压力标准压力(P P=100.00kPa)100.00kPa)时的时的(假想的假想的)理想气体状态理想气体状态;（2 2）溶液溶液中溶质中溶质B B的标准态是的标准态是:在在标准压力标准压力p p 时的标准质量摩尔浓度时的标准质量摩尔浓度c c=1.0mol=1.0mol.dmdm-3-3,并表现为无限稀薄溶液时溶质并表现为无限稀薄溶液时溶质B(B(假想假想)的的 状态状态;（3 3）液体液体或或固体固体的的标准态标准态是是:在在标准压力标准压力p p 时时 的纯液体或纯固体。的纯液体或纯固体。20082009（1）56长江大学化学与环境工程学院3 3 标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓 指定指定温度温度T时时(通常用通常用298.15K298.15K时可省略时可省略)由由参考态参考态元素元素生成生成B B时的标准摩尔焓变称标准摩尔生成焓。时的标准摩尔焓变称标准摩尔生成焓。其中其中,C,C(石石)为碳的参考态元素为碳的参考态元素,O,O2(g)2(g)为氧的参考态元素为氧的参考态元素,此反此反应是应是生成反应生成反应。所以此反应的焓变即是。所以此反应的焓变即是COCO2 2（g g）的生成焓：的生成焓：例如例如:C C(石石)+O+O2(g)2(g)COCO2(g)2(g)rHm(T)rHm(T)=fHm(COCO2 2,g g,T)*参考态元素参考态元素通常指在所讨论的温度和压力通常指在所讨论的温度和压力下最稳定状态的单质。下最稳定状态的单质。也有例外也有例外.如如:白磷白磷(P)(P)。20082009（1）57长江大学化学与环境工程学院4 4 标准摩尔焓变的计算标准摩尔焓变的计算理论计算理论计算以乙炔的完全燃烧反应为例以乙炔的完全燃烧反应为例:标准状态下标准状态下,反应进度反应进度 =1mol1mol的焓变称为反应的标的焓变称为反应的标准摩尔焓变准摩尔焓变:记作记作测定原理：测定原理：由于由于qp=H所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件下的所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件下的反应热得到反应标准摩尔焓变反应热得到反应标准摩尔焓变.20082009（1）58长江大学化学与环境工程学院通式：通式：rHm(T)=BBfHmB(T)2C+H2C+H2 2（g g）CC2 2H H2 2（g)g)r rH Hm1m1(T)=(T)=f fH Hm m(C(C2 2H H2,2,T)T)O O2(g)2(g)OO2 2（g g）r rH Hm2m2(T)=(T)=f fH Hm m(O(O2 2,T),T)C C(S)(S)+O+O2 2（g g）COCO2 2（g)g)22r rH Hm3m3(T)=2(T)=2f fH Hm m(CO(CO2 2,T),T)H H2(g)2(g)+O+O2(g)2(g)HH2 2O O(l)(l)r rH Hm4m4(T)=(T)=f fH Hm m(H(H2 2O,l,T)O,l,T)根据盖斯定律根据盖斯定律：r rH Hm m(T)=(T)=i if fH Hmimi(T)(T)有有:r rH Hm m=2=2f fH Hm3m3+f fH Hm4m4-f fH Hm1m1-f fH Hm2m2C C2 2H H2 2（g g）+O+O2 2（g g）2CO2CO2 2（g g）+H+H2 2O O（l l）可将此反应分解为四个生成反应：可将此反应分解为四个生成反应：20082009（1）59长江大学化学与环境工程学院注注 意意 1 1 f fH HmBmB(298.15K)(298.15K)是热力学基本数据，可查表。是热力学基本数据，可查表。单位：单位：kJkJ.molmol-1-1,查表时注意物质的聚集状态。查表时注意物质的聚集状态。2 2 r rH Hm m(T)(T)r rH Hm m(298.15K)(298.15K)；3 3 C C（石）（石）、H H2 2（g g）、O O2 2（g g）皆为参考态元素。皆为参考态元素。参考态参考态元素的标准摩尔生成焓为零元素的标准摩尔生成焓为零。如：。如：f fH Hm m(O(O2 2,g)=0,g)=0 4 4 由于由于f fH HmBmB与与n nB B成正比成正比，在进行计算时，在进行计算时B B的化学计的化学计量数量数B B 不可忽略。不可忽略。5 水合氢离子的标准摩尔生成焓为水合氢离子的标准摩尔生成焓为0 0。20082009（1）60长江大学化学与环境工程学院例例1.5 1.5 用生成焓计算反应用生成焓计算反应的标准摩尔反应焓。的标准摩尔反应焓。【解】【解】根据盖斯定律，设计如下途径：根据盖斯定律，设计如下途径：结论：对一般反应结论：对一般反应20082009（1）61长江大学化学与环境工程学院20082009（1）62长江大学化学与环境工程学院课堂练习：课堂练习：p43 p43 1.21.220082009（1）63长江大学化学与环境工程学院1-3 1-3 能源及其有效与清洁利用能源及其有效与清洁利用 能源是指能提供能量的源泉或资源。人类的文明能源是指能提供能量的源泉或资源。人类的文明始于火的使用，燃烧现象是人类最早的化学实践之一，始于火的使用，燃烧现象是人类最早的化学实践之一，燃烧把化学与能源紧密地联系在一起。人类巧妙地利燃烧把化学与能源紧密地联系在一起。人类巧妙地利用化学变化过程中所伴随的能量变化，创造了五光十用化学变化过程中所伴随的能量变化，创造了五光十色的物质文明。色的物质文明。现代社会的生产和生活离不开能源。能源既是工现代社会的生产和生活离不开能源。能源既是工农业生产中必需的物质基础，也是人类赖以生存的物农业生产中必需的物质基础，也是人类赖以生存的物质条件之一。随着社会的发展，能源供需之间将会出质条件之一。随着社会的发展，能源供需之间将会出现越来越尖锐的矛盾。因此，如何节约能源，研究和现越来越尖锐的矛盾。因此，如何节约能源，研究和发展利用新能源，就引起了世界范围内极大的关注。发展利用新能源，就引起了世界范围内极大的关注。20082009（1）64长江大学化学与环境工程学院一一.能源的分类及消费情况能源的分类及消费情况20082009（1）65长江大学化学与环境工程学院能源消费结构及其变化情况：能源消费结构及其变化情况：20082009（1）66长江大学化学与环境工程学院二二.煤、石油和天然气煤、石油和天然气三.能源开发能源开发 新能源新能源 2.2.氢能氢能 ：是一种理想的最有前途的二次能源，特点是是一种理想的最有前途的二次能源，特点是热值高（为煤的热值高（为煤的6 6倍左右）；原料是水，资源用之不尽；无倍左右）；原料是水，资源用之不尽；无污染。污染。煤、石油和天然气是当今人类利用得最为普遍，最为广煤、石油和天然气是当今人类利用得最为普遍，最为广泛的能源，因而也是与我们目前生活、生产关系最为密切，泛的能源，因而也是与我们目前生活、生产关系最为密切，影响最大的能源。影响最大的能源。rHm-286kJ.mol-1 最理想的制取氢气的方法是用太阳能分解水，核心是寻最理想的制取氢气的方法是用太阳能分解水，核心是寻找适合紫外光分解水的催化剂，找适合紫外光分解水的催化剂，2121世纪可能会有重大突破。世纪可能会有重大突破。目前用过渡金属化合物储氢，寻找更有效的储氢方法是氢能目前用过渡金属化合物储氢，寻找更有效的储氢方法是氢能成功利用的重要课题。成功利用的重要课题。1.1.能源开发与可持续发展能源开发与可持续发展2