2023年高一竞赛辅导讲座热力学基础.doc

热力学基础1
1、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，Q＞0；环境对体系做功，W＞0。
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，△H＜0，规定为放热反映。△H＞0，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/mol
3、 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。
⑴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）。
⑵在方程式右边写出热量变化的数值，△H = ？
⑶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。
⑷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= -Q1
CO（气）+ 1/2O2（气）= CO2（气）△H2= -Q2
C（固）+ O2（气）= CO2（气）△H3= -Q3
Q3 = 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4︰1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 + 0.1×Q3 = 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N≡N键的键能是948.9 kJ·mol－1，H—H键的键能是436.0 kJ·mol－1，试计算N—N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N—H键放出的热量，比破坏一个N≡N键和三个H—H键吸取的热量多92.4 kJ。根据已知的N≡N键、H—H键的键能数据和能量守恒原理，就可算出N—H键的键能。
解：设N—H键的键能为x，应存在如下关系：6x －（948.9 + 436.0×3）= 46.2×2
x = 391.5 kJ·mol－1
因此N—H键的键能为391.5 kJ·mol－1。

练习
1、已知下列反映 ：
H2（g）= 2H（g） △H = +Q1 ；1/2O2（g）= O（g） △H = +Q2
2H（g）+ O（g）= H2O（g） △H = －Q3 ；H2O（g）= H2O（l） △H = －Q4
H2（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) Δr H = 25.9 kJ·mol-1
H2 (g) = H (g) Δr H = 218 kJ·mol-1
I2 (g) = I (g) Δr H = 75.7 kJ·mol-1
I2 (s) = I2 (g) Δr H = 62.3 kJ·mol-1
计算反映 H (g) + I (g) = HI (g) 的焓变Δr H。
3、已知：
BaO（s）+ H2O（l）= Ba(OH)2（s） △H = －103 kJ·mol-1
Ba(OH)2(s) + aq = Ba2＋（aq）+ 2OH－（aq） △H = －52 kJ·mol-1
Ba(OH)2·8H2O（s）+ aq = Ba2＋（aq）+ 2OH－（aq）+ 8H2O △H = + 64 kJ·mol-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)2·8H2O（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？