资源描述
*第六章第六章 热力学第一定律和热化学热力学第一定律和热化学6 61 1化学反应中能量关系化学反应中能量关系6 62 2热力学第一定律热力学第一定律6 63 3化学反应热效应化学反应热效应6 64 4 生成焓和燃烧焓生成焓和燃烧焓第1页*6-1-16-1-1系统和环境系统和环境系统系统人们所选取研究对象。人们所选取研究对象。环境环境系统以外但又与系统亲密相关系统以外但又与系统亲密相关 物质全部物质全部如：如：溶液中化学反应。溶液中化学反应。溶液是溶液是系统系统；而与溶液相关联其它部而与溶液相关联其它部 分（如烧杯、搅棒、分（如烧杯、搅棒、溶液上方空气等）溶液上方空气等）是环境是环境。6 61 1化学反应中能量关系化学反应中能量关系第2页*按系统和环境之间物质和能量交换情况不按系统和环境之间物质和能量交换情况不同，可将体系分为：同，可将体系分为：敞开系统敞开系统系统与环境之间现有物质交换系统与环境之间现有物质交换,又有能量交换又有能量交换封闭封闭系统系统系统与环境之间没有物质交换系统与环境之间没有物质交换,只有能量交换只有能量交换孤立孤立系统系统系统与环境之间没有物质和能量交换系统与环境之间没有物质和能量交换第3页*6-1-2 6-1-2 状态和状态函数状态和状态函数状态状态指用来描述该体系温度、压力、体积、指用来描述该体系温度、压力、体积、质量、组成等物理和化学性质物理量质量、组成等物理和化学性质物理量 总和。总和。即：状态是体系一切客观性质总和即：状态是体系一切客观性质总和。状态函数状态函数能确定体系状态性质物理量，能确定体系状态性质物理量，只与体系所处状态相关。只与体系所处状态相关。第4页*注意：注意：1、状态函数改变值、状态函数改变值只与只与体系改变体系改变始末状态始末状态 相关，而与相关，而与改变路径改变路径无关无关。T=T2-T1=50-25=25第5页*2、同一体系、同一体系状态状态函数之间是相互关联和相互制函数之间是相互关联和相互制约约，如确定了其中几个，其它也就，如确定了其中几个，其它也就 随之确定随之确定了。了。如气体状态方程式：如气体状态方程式：PV PV=n=n RTRT第6页*6-1-36-1-3热和功热和功热量热量体系和环境之间存在温差时所发生能体系和环境之间存在温差时所发生能 量交换。量交换。如：反应热、溶解热等如：反应热、溶解热等功功体系和环境之间除热之外其它能量交换。体系和环境之间除热之外其它能量交换。如：体积功，非体积功（电功、表面功等）如：体积功，非体积功（电功、表面功等）热和功都是能量传递形式。热和功都是能量传递形式。热量用热量用 q q 表示，功用表示，功用 w w 表示。表示。第7页*要求：要求：1 1、系统吸热系统吸热 q q 0 0，系统放热，系统放热 q q 0 0。2 2、系统对环境做功系统对环境做功 0 0，环境对系统做功环境对系统做功 0 0。3 3、热和功热和功不是状态函数不是状态函数，所以其数值大小与改所以其数值大小与改变路径相关变路径相关 如：在外压（如：在外压（p p）恒定条件下，体积功由系统）恒定条件下，体积功由系统体积改变量（体积改变量（V V）来决定。）来决定。即即 W=-pVW=-pV 4、热和功单位：热和功单位：J 或或 kJ第8页*6-1-4 6-1-4 热力学能热力学能、热力学能、热力学能系统中一切形式能量总和，用系统中一切形式能量总和，用表示。表示。、热力学能、热力学能是状态函数，其改变值与改变路径是状态函数，其改变值与改变路径无关。无关。、热力学能、热力学能绝对值无法知道，但只要知道绝对值无法知道，但只要知道热力热力学能学能改变值（改变值（U U）就能够了。）就能够了。4 4、热力学能、热力学能单位：单位：J 或或 kJ第9页*6-2 6-2 热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律 在任何过程中，能量不能毁灭也不能创生，在任何过程中，能量不能毁灭也不能创生，只能从一个形式转化成另一个形式，从一个物体只能从一个形式转化成另一个形式，从一个物体传给另一个物体。传给另一个物体。第10页*如：在一封闭如：在一封闭系统系统中中 始态始态 过程中过程中 终态终态 U1 与环境交换热和功与环境交换热和功 U2 q+W依据能量守恒定律：U2=U1+（q+Wq+W）或：U=U=U2-U1=q+W=q+W 上式说明：上式说明：系统系统从始态到终态改变过程，其从始态到终态改变过程，其热热力学能力学能改变（改变（U U）等于）等于系统系统吸收热量和得到功。吸收热量和得到功。第11页*6 63 3化学反应热效应化学反应热效应 讨论和计算化学反应热量改变问题学科，称为讨论和计算化学反应热量改变问题学科，称为热化学。热化学。在恒压或恒容条件下而且不做其它功条件下，在恒压或恒容条件下而且不做其它功条件下，当一个化学反应发生后若使反应温度回到反应当一个化学反应发生后若使反应温度回到反应物起始温度，这时系统放出或吸收热量称为反物起始温度，这时系统放出或吸收热量称为反应热。应热。(经过试验测得。经过试验测得。)第12页*6-3-1 恒压或恒容条件下化学反应热恒压或恒容条件下化学反应热1.恒容条件下化学反应热恒容条件下化学反应热若系统改变是恒容过程若系统改变是恒容过程(体积不变体积不变)，即没，即没有体积功则有体积功则W=0，U=QvQv为恒容过程热量，此式表示在不做为恒容过程热量，此式表示在不做体积功条件下系统在恒容过程中所吸收热体积功条件下系统在恒容过程中所吸收热量全部用来增加系统热力学能。量全部用来增加系统热力学能。第13页*假如假如系统系统改变是恒压过程即改变是恒压过程即p为定值，为定值，V由由V1变成变成V2，Qp 表示恒压过程热量表示恒压过程热量(V2V1时是时是系统系统对环境做功对环境做功W为负为负)。U=Qp+W=Qp-p(V2-V1)U2-U1=Qp-p(V2-V1)=Qp-pV2+pV1Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)U、p、V都是都是系统系统状态函数，它们组合状态函数，它们组合(U+pV)也是状也是状态函数在热力学上将态函数在热力学上将(U+pV)定义为新状态函数，叫做焓，定义为新状态函数，叫做焓，用用H来表示来表示：H=U+pVQp=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=H2.恒压条件下化学反应热恒压条件下化学反应热第14页*1、因因 U 绝对值无法测，所以绝对值无法测，所以 H 绝对值亦无法测，绝对值亦无法测，我们也只研究焓变我们也只研究焓变(H)。2 2、要求要求：放热反应时，：放热反应时，H H0 0 吸热反应时：吸热反应时：H H0 0 对吸热反应：对吸热反应：H H生成物生成物H H反应物反应物 对放热反应：对放热反应：H H生成物生成物 H H反应物反应物3、H H单位：单位：kJ mol-1第15页*6-3-26-3-2热化学反应方程式热化学反应方程式此反应为放热反应。此反应为放热反应。此反应是吸热反应。热化学反应方程式书写时应注意注意：、要注明反应条件。若不注明者则认为是标准、要注明反应条件。若不注明者则认为是标准状态。状态。、要注明物质聚集状态（、要注明物质聚集状态（S S、l l、g g、aqaq）第16页*6-3-3 6-3-3 盖斯定律盖斯定律、盖斯定律盖斯定律在恒压或恒容条件下，一个在恒压或恒容条件下，一个化学反应不论是一步完成或分几步完成，化学反应不论是一步完成或分几步完成，其热效应总是相同。其热效应总是相同。如：如：H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l)rH=-285.8kJmol-1若分步若分步:H2(g)=2H(g)rH1=+431.8kJmol-10.5O2(g)=O(g)rH2=+244.3kJmol-12H(g)+O(g)=H2O(g)rH3=-917.9kJmol-1H2O(g)=H2O(l)rH4=-44.0kJmol-1 总总:H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l)rH总总=-285.8kJmol-1第17页*盖斯定律是热化学基础，它能使热化学方程式像普通代数方程式那样进行计算，从而能够使我们从易测热效应来求算难于测量或不能测量热效应。一个分一步，一个分四步。因焓为状态函数所以一个分一步，一个分四步。因焓为状态函数所以与路径无关与路径无关H2(g)+0.5O2(g)H2O(l)+O(g)H2O(g)rH3 rH4 rH2 rH12H(g)第18页*例例1：求：求C(石墨石墨)+0.5O2(g)=CO(g)rH=？因为产物纯度不好控制，可能在生成因为产物纯度不好控制，可能在生成CO同时也有同时也有少许少许CO2生成。以下两个反应热效应轻易测。生成。以下两个反应热效应轻易测。C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rH2=-393.5kJmol-1CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g)rH3=-283.kJmol-1C石墨石墨+O2(g)CO2(g)CO(g)+0.5O2(g)rH2 rH3始态始态终态终态 rH1 rH2=rH1+rH3解得解得 rH1=-110.5kJmol-1第19页*6-4 6-4 生成焓和燃烧焓生成焓和燃烧焓6-4-1 热力学热力学标准状态标准状态 6-4-2 6-4-2 生成焓生成焓 (Hf)在恒定温度和压力下，由在恒定温度和压力下，由稳定稳定纯态单质纯态单质生成生成1mol1mol化合物时，体系焓变称为该化合物生成焓化合物时，体系焓变称为该化合物生成焓（或称为生成热），以（或称为生成热），以 Hf 表示。表示。气体物质气体物质压力为压力为100kPa 100kPa（P）溶液中溶质溶液中溶质其浓度为其浓度为1.0 mol1.0 mol dmdm-3-3(c)液体和固体液体和固体P压力下液态和固态纯物质压力下液态和固态纯物质温度能够任选，通常选温度能够任选，通常选 298.15 K298.15 K。第20页*6-4-3 6-4-3 标准标准生成焓生成焓 在一定温度、在一定温度、标准状态标准状态下下,由稳定纯态单质生成由稳定纯态单质生成1mol1mol化合物时，系统焓变称为该化合物标准生化合物时，系统焓变称为该化合物标准生成焓，以成焓，以Hf 表示。表示。部分物质标准生成焓Hf 能够从相关表中查得。生成焓和标准生成焓生成焓和标准生成焓单位是：单位是：k kJ mol-1显然，显然，稳定纯态稳定纯态单质标准生成焓为单质标准生成焓为0 0。第21页*6-4-4 6-4-4 由标准生成焓计算化学反应热由标准生成焓计算化学反应热 单质单质第22页*即：标准反应热标准反应热Ho等于生成物标准生成焓之和与等于生成物标准生成焓之和与反应物标准生成焓之和差反应物标准生成焓之和差。第23页*例2 计算以下反应标准反应热计算以下反应标准反应热解：查表得第24页*例3 已知已知：第25页*解：设计反应路径以下依据盖斯定律：=(-393.53)+(-285.8 4)+(+2219.9)=-103.8 kJ mol-1第26页*6-4-4 标准燃烧焓标准燃烧焓在一定温度和标准状态下 1 mol 有机物质完全燃烧时焓变，称为该物质摩尔燃烧焓，用符号H c 表示。通常指定物质中C燃烧后变为CO2(g),H变为H2O(l),S变为SO2(g),N变为 N2(g),金属如银等都变为游离状态。第27页
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
