2023年高一竞赛辅导讲座热力学基础.doc

热力学基础11、热力学相关知识热力学是专门研究能量互相转变过程中所遵循的法则的一门学科。将热力学的定律、原理、方法用来研究化学过程以及随着这些化学过程而发生的物理变化，就形成了化学热力学。重要解决的问题：某物质或某混合物能否在一定条件下发生化学变化；假如发生化学变化，随着着该反映将有多少能量变化；反映进行的限度。热力学第一定律：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的总数量不变。某体系内部的能量称为热力学能，即内能，用U表达。体系的热力学能的变化等于以功和热的形式传递的热量：U = Q + W。热由环境流入体系，Q0；环境对体系做功，W0。H（焓） = U + pV焓是一种状态函数，其数值与体系中物质的量成正比，是体系各部分的总和。H = QR，表达封闭体系，恒压和不作其他功的条件下发生变化时，吸取或放出的热量等于体系焓的变化。2、化学反映中的能量变化通常表现为热量的变化，用符号H表达，H0，规定为放热反映。H0，规定为吸热反映。吸热反映：C（固）+ H2O（气）= H2（气）+CO（气）H=131.5kJ/mol放热反映：C（固）+ O2（气）= CO2（气）H= -393.5kJ/mol3、 热化学方程式表达化学反映与热效应关系的方程式叫做热化学方程式。在化学方程式各物质的化学式后面写明各物质的聚集状态（气、液、固）。在方程式右边写出热量变化的数值，H = ？方程式中计量数表达各物质的物质的量之比，可认为分数，计量数变化时，H必须跟着变化。两个热化学方程式相加减时，H同时相加减。4、盖斯定律：不管化学过程是一步完毕或分为数步完毕，这个过程中的热效应相同，即化学反映中的焓变只决定于始态和终态，而和变化途径无关。例：C（固）+1/2 O2（气）= CO（气）H1= -Q1CO（气）+ 1/2O2（气）= CO2（气）H2= -Q2C（固）+ O2（气）= CO2（气）H3= -Q3Q3 = Q1 + Q2典型例题例1已知：CH4+ 2O2= CO+ 2H2O+ Q1；2H2+ O2= 2H2O+ Q2；2H2+ O2= 2H2O+ Q3。常温下，取体积比为41的甲烷和氢气的混合气体11.2 L（已折合成标准状态），经完全燃烧后恢复至常温，则放出热量为多少？分析：根据热化学方程式的含义1 mol CH4，燃烧放出热量为Q1；1 mol H2燃烧生成气态水放出热量为Q2，生成液态水放出热量为Q3。根据甲烷和氢气的体积比可计算出甲烷和氢气的物质的量，应注意氢气燃烧放热要以生成液态水计算。解：CH4、H2混合气体的物质的量为： = 0.5 mol则CH4为0.4 mol ，H2为0.1mol。混合气体完全燃烧恢复到常温时放出热量为：0.4 Q1 + 0.1Q3 = 0.4 Q1 + 0.05 Q3。例2由N2和H2合成1 mol NH3时可放出46.2 kJ的热量。从手册上查出NN键的键能是948.9 kJmol1，HH键的键能是436.0 kJmol1，试计算NN键的键能是多少？分析：该反映的热化学方程式为：N2 + 3H2 2N H3+ 92.4 kJ这说明形成六个NH键放出的热量，比破坏一个NN键和三个HH键吸取的热量多92.4 kJ。根据已知的NN键、HH键的键能数据和能量守恒原理，就可算出NH键的键能。解：设NH键的键能为x，应存在如下关系：6x （948.9 + 436.03）= 46.22x = 391.5 kJmol1因此NH键的键能为391.5 kJmol1。练习1、已知下列反映 ：H2（g）= 2H（g） H = +Q1 ；1/2O2（g）= O（g） H = +Q22H（g）+ O（g）= H2O（g） H = Q3 ；H2O（g）= H2O（l） H = Q4H2（g）+ 1/2O2（g）= H2O（l） H = Q5试指出Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的关系 。2、已知下列反映的焓变为：H2 (g) +I2 (s) = HI (g) r H = 25.9 kJmol-1H2 (g) = H (g) r H = 218 kJmol-1I2 (g) = I (g) r H = 75.7 kJmol-1I2 (s) = I2 (g) r H = 62.3 kJmol-1计算反映 H (g) + I (g) = HI (g) 的焓变r H。3、已知：BaO（s）+ H2O（l）= Ba(OH)2（s） H = 103 kJmol-1Ba(OH)2(s) + aq = Ba2（aq）+ 2OH（aq） H = 52 kJmol-1Ba(OH)28H2O（s）+ aq = Ba2（aq）+ 2OH（aq）+ 8H2O H = + 64 kJmol-1请回答下列问题，若能，给出答案；若不能，简述因素。（1）能求得BaO（s）的溶解热吗？（2）能求得Ba(OH)2（s）转变成Ba(OH)28H2O（s）能量变化吗？（3）能求得“O2”（s）+ H2O（l）= 2OH（s）的能量变化吗？（4）能求得“O2”（s）+ aq = 2OH（s）的能量变化吗？