章化学热力学第一定律与函数省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第 一一 章章化学热力学基本定律与函数化学热力学基本定律与函数 Concerned with the study of transformation of energy:Heat work1-3 热化学热化学化学反应过程化学反应过程 U U和和 H H第1页n1-3.1 化学反应热效应化学反应热效应1.热效应：热效应：无有效功时，化学反应等温反应过程热无有效功时，化学反应等温反应过程热(Q)。化学反应过程是一个复杂过程，伴有状态函数化学反应过程是一个复杂过程，伴有状态函数改变改变U、H，也有过程函数也有过程函数W、Q等。等。无有效功恒容过程：无有效功恒容过程：QV=U，记为，记为rU无有效功恒容过程：无有效功恒容过程：Qp=H，记为记为rH将过程函数与体系容量性质（状态函数改变量）将过程函数与体系容量性质（状态函数改变量）联络在一起。联络在一起。第2页影响热效应原因有：影响热效应原因有：（1）反应本性；）反应本性；（3）反应物存在形态；）反应物存在形态；（2）反应温度；）反应温度；（4）反应方程式写法。）反应方程式写法。2.热化学方程式热化学方程式反应进度为反应进度为1摩尔（摩尔（=1mol）时反应热效应）时反应热效应称为摩尔反应热效应，记为称为摩尔反应热效应，记为rHm、rUm。第3页 C（石墨）（石墨）+O2（g）CO2（g）要求：（要求：（1）完整化学计量方程式；（）完整化学计量方程式；（2）注明）注明反应温度和压强反应温度和压强(或体积或体积)，如：，如：（3）注明反应体系中各物质存在形态，包含）注明反应体系中各物质存在形态，包含 s，l，g，晶型等。注意上、下标！，晶型等。注意上、下标！第4页3.恒压热效应与恒容热效应关系恒压热效应与恒容热效应关系作用物，作用物，T，p1，V1生成物，生成物，T，p2，V2 恒压恒压()rH=Qp生成物，生成物，T，p2，V1 恒容恒容()rU=QV 恒温恒温()H，UrH=rH+HrH=rU+p2V1p1V1rH=rU+p1V2p2V1rH=rU+U+p1（V 2V1）第5页产物是理想气体或凝聚态物质都有：产物是理想气体或凝聚态物质都有：rU=0则：则：rH=rU+p1（V 2V1）rH是恒压热效应，是恒压热效应，rU是恒容热效应是恒容热效应即：恒压热效应即：恒压热效应=恒容热效应恒容热效应+p V rH=rU+p V（1）对凝聚态反应体系：）对凝聚态反应体系：V0则：恒压热效应则：恒压热效应 恒容热效应，恒容热效应，rH rU 或或 rHm rUm第6页（2）纯气相反应或有气体参加多相反应）纯气相反应或有气体参加多相反应其中气体可视为理想气体，其中气体可视为理想气体，p V=RT n(g)即：即：rH=rU+p V=rU+RT n(g)或：或：rHm=rUm+氧弹（量热计）或卡计氧弹（量热计）或卡计第7页A(始态始态)B(末态末态)恒压恒压,一步完成一步完成 QpC(中间态中间态)Qp,1Q”p,1D(中间态中间态)E(中间态中间态)二步完成二步完成Qp,2Q”p,2Q”p,2三步完成三步完成(中间态中间态)1(中间态中间态)i(中间态中间态)nn步完成步完成Qp,nQ(n+1)p,n 1-3.2 盖斯盖斯定律定律 C(石墨石墨)+0.5O2(g)=CO(g)rHm=?第8页 按盖斯定律有按盖斯定律有:Qp=Qp,1+Q”p,1 =Qp,2+Q”p,2+Q”p,2 =Qp,n+Q”p,n+Q(n+1)p,n即，热化学方程能够进行代数式一样加减运算即，热化学方程能够进行代数式一样加减运算,故，热效应也能够进行对应运算。故，热效应也能够进行对应运算。在无有效功条件下，在无有效功条件下，rH=Qp，所以，热效应所以，热效应代数和运算就是状态函数代数和运算。代数和运算就是状态函数代数和运算。第9页 C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rHm(1)可测可测)CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g)rHm(2)可测可测 C(石墨石墨)+0.5O2(g)=CO(g)rHm=rHm(1)rHm(2)(1)包括各反应必须有完整热化学方程；包括各反应必须有完整热化学方程；(2)各反应条件完全相同；各反应条件完全相同；(3)无非体积功存在。无非体积功存在。盖斯定律方法可推广到化学反应其它状态函数算。盖斯定律方法可推广到化学反应其它状态函数算。第10页尤其提醒：尤其提醒：(1)单质：非单质间反应不能组成单质：非单质间反应不能组成“生成反应生成反应”。CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g)1-3.3 热化学数据建立及应用热化学数据建立及应用1.标准生成热标准生成热定义：在指定条件（定义：在指定条件（p,T）下，由稳定单质）下，由稳定单质元素反应生成元素反应生成1mol化合物时热效应。记为：化合物时热效应。记为：其中其中B代表所生成化合物。代表所生成化合物。第11页(2)稳定：在给定条件下，最稳定单质形态。稳定：在给定条件下，最稳定单质形态。要求稳定单质标准生成热要求稳定单质标准生成热=0(3)1mol化合物：化合物计量系数必须为化合物：化合物计量系数必须为1。2Al(s)+1.5O2(g)=Al2O3(s)4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s)1.标准生成热标准生成热第12页利用标准生成热计算化学反应热效应利用标准生成热计算化学反应热效应aA+dD+xX+yY+T，p各种相关稳定单质各种相关稳定单质依据盖斯定律可做以下推倒：依据盖斯定律可做以下推倒：第13页+移项整理得：移项整理得：+2.标准燃烧热标准燃烧热定义：在指定条件（定义：在指定条件（p,T）下，）下，1mol可燃物可燃物质完全燃烧时热效应。记为：质完全燃烧时热效应。记为：第14页 尤其提醒尤其提醒：(1)可燃物：要分清是燃烧物还是助燃物。可燃物：要分清是燃烧物还是助燃物。(2)1mol可燃物：燃烧物计量系数必须为可燃物：燃烧物计量系数必须为1。CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)(3)完全燃烧：通常指产物到达最高氧化态。如：完全燃烧：通常指产物到达最高氧化态。如：C CO2，H H2O，等等。另外，等等。另外，N N2，Cl Cl2，。要求完全燃烧产物和不可燃物要求完全燃烧产物和不可燃物标准燃烧热标准燃烧热=0。2.标准燃烧热标准燃烧热第15页aA+dD+xX+yY+T，p相关完全燃烧产物相关完全燃烧产物依据盖斯定律可做以下推倒：依据盖斯定律可做以下推倒：第16页+移项整理得：移项整理得：燃烧是放热过程，燃烧是放热过程，0第17页（1）溶解热：在指定条件（）溶解热：在指定条件（p,T）下，）下，1mol溶溶质溶于一定量溶剂，形成指定浓度溶液时热效应质溶于一定量溶剂，形成指定浓度溶液时热效应。记为：。记为：solHm。积分溶解热（变浓溶解热）：将积分溶解热（变浓溶解热）：将1mol溶质溶溶质溶于一定量溶剂（或溶液）之中，形成指定浓度于一定量溶剂（或溶液）之中，形成指定浓度溶液时热效应。溶液时热效应。(试验试验)如：如：1molLiCl(s)+0.5kgH2O 2molkg-1溶液溶液3.溶解热及稀释热溶解热及稀释热第18页 微分溶解热（定浓溶解热）：将微分溶解热（定浓溶解热）：将1mol溶质溶溶质溶于大量溶液之中时热效应。于大量溶液之中时热效应。（2）稀释热：）稀释热：在指定条件（在指定条件（p,T）下，将一定量）下，将一定量溶剂加到含溶剂加到含 1mol溶质溶液之中，形成指定浓溶质溶液之中，形成指定浓度溶液时热效应。记为：度溶液时热效应。记为：dilHm。（积分）（积分）c1(1mol溶质溶质,n1kg溶剂溶剂)+(n2 n1)kg溶剂溶剂c2(1mol溶质溶质,n2kg溶剂溶剂)+0 kg溶剂溶剂dilHm1mol纯溶质纯溶质+n2kg纯溶剂纯溶剂solHm(c1)solHm(c2)微分溶解热微分溶解热第19页凝聚体系中压强对反应热效应影响能够忽略计！凝聚体系中压强对反应热效应影响能够忽略计！1.基尔霍夫（基尔霍夫（Kirchhoff）定律）定律 定积分式定积分式已知：已知：始态始态(T)末态末态(T)298.15K 298.15K1-3.4 反应热效应与温度关系反应热效应与温度关系第20页1、基尔霍夫（、基尔霍夫（Kirchhoff）定律）定律第21页令：令：则：则：若若Cp=0，则，则若若Cp 0，即，即将将Cp(T)代入上式积分即可代入上式积分即可若温度改变不大，可取若温度改变不大，可取Cp=const则：则：第22页普通式：普通式：忽略压强影响：忽略压强影响：微分式微分式 对上式微分得：对上式微分得：由上式知：化学反应热效应随温度而变是因为产由上式知：化学反应热效应随温度而变是因为产物物热容和热容和与作用物与作用物热容和热容和不相等不相等(Cp0)所致。所致。若若Cp=0,则则rHm是与温度无关常数是与温度无关常数若若Cp 0,对吸热反应对吸热反应(rHm 0),T,吸热量吸热量 对放热反应对放热反应(rHm 0),T,放热量放热量若若Cp 0,则情况与则情况与相反相反第23页 不定积分式不定积分式H0是积分常数是积分常数若若则则 积分温度范围内有相变积分温度范围内有相变作用物发生相变取作用物发生相变取“+”，产物发生相变取，产物发生相变取“-”第24页 绝热反应绝热反应终态温度计算终态温度计算aA+eE T1，p f F+hH T2，p绝绝 热热Qp=rHm=0 aA+eE 298K，p f F+hH 298K，prHm(298K)H1H2rHm=H1+rHm(298K)+H2=02.非定温反应非定温反应第25页例例 298K，p下，分别有下，分别有1molCO，H2，CH4，N2，CO2等气等气体与理论量空气混合燃烧，求反应体系可能到达最高温度值。体与理论量空气混合燃烧，求反应体系可能到达最高温度值。解：可燃物有解：可燃物有CO，H2，CH4三种共三种共3mol，完全燃烧理论，完全燃烧理论需要需要O2 气气3mol，则空气量为，则空气量为 ，若视空，若视空气中只有气中只有O2 气和气和N2气，则体系中气，则体系中N2气量为气量为12.29mol。CO+H2+CH4+3O2+12.29N2+CO2 298K，p3H2O(l)+3CO2+12.29N2 298K，p3H2O(l)+3CO2+12.29N2 T，p3H2O(g)+3CO2+12.29N2 373K，p3H2O(l)+3CO2+12.29N2 373K，p绝热绝热第26页查表可得查表可得（1）第27页代入式（代入式（1）后整理得：）后整理得：用试插法解得：用试插法解得：T 2151.9K=1878.75 普通非恒温反应过程热计算普通非恒温反应过程热计算 C(石石)+O2(g,p)=CO2(g,p)1000 100 1400 C(石石)+O2(g,p)=CO2(g,p)25 25 25 H1H2H3rHm(298K)Qp=rHmrHm=H1+H2+H3+rHm(298K)第28页