热化学与能量转化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章 热化学与能源热化学与能源1 1第第1 1页页研究化学反应经常碰到问题研究化学反应经常碰到问题1.1.化学反应能否自发进行？化学反应能否自发进行？2.2.反应进行速率有多大？反应进行速率有多大？3.3.反应进行极限反应进行极限(化学平衡化学平衡)。4.4.反应中能量改变反应中能量改变(热化学热化学)。5.5.反应是怎样进行反应是怎样进行(反应机理反应机理)？2 2第第2 2页页第一章热化学与能源第一章热化学与能源 基基 本本 内内 容容3.3.说明化学反应中质量关系和能说明化学反应中质量关系和能 量关系。量关系。1.1.阐述化学中计量阐述化学中计量，以巩固高中以巩固高中 化学中相关概念化学中相关概念;2.2.引入化学计量数引入化学计量数，反应进度反应进度，状状 态函数态函数,标准态和反应焓变等重标准态和反应焓变等重 要概念要概念;3 3第第3 3页页 会应用热化学方程式和会应用热化学方程式和物质标准摩尔生成焓计算物质标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变标准摩尔反应焓变。基基基基 本本本本 要要要要 求求求求第一章热化学与能源第一章热化学与能源4 4第第4 4页页第一章热化学与能源第一章热化学与能源1-1 反应热测量反应热测量1-2 反应热理论计算反应热理论计算 目目目目 录录录录1-3 能源及其有效与清洁能源及其有效与清洁 利用利用5 5第第5 5页页第一节第一节 反应热测量反应热测量6 6第第6 6页页1-1-1 基本概念基本概念1 1、系统与环境、系统与环境1 1、定义、定义系统系统:所需研究那部分物质或空间。所需研究那部分物质或空间。环境环境:体系之外与体系有一定联络体系之外与体系有一定联络 其它物质或空间。其它物质或空间。体系体系环境环境物质物质能量能量7 7第第7 7页页2 2、分类、分类 依据系统与环境之间联络，把系统分为依据系统与环境之间联络，把系统分为三种类型：三种类型：敞开系统敞开系统系统与环境之间，现系统与环境之间，现有物质传递又有能量交换。有物质传递又有能量交换。封闭系统封闭系统系统与环境之间，没系统与环境之间，没有物质传递而只有能量交换。有物质传递而只有能量交换。隔离系统隔离系统(孤立系统孤立系统)系统与环系统与环境之间，既没有物质传递也没有能量传递境之间，既没有物质传递也没有能量传递。8 8第第8 8页页封闭系统封闭系统 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个科学抽象是一个科学抽象,对于科对于科学研究有主要意义学研究有主要意义.敞开系统敞开系统9 9第第9 9页页2 2、聚集体和相、聚集体和相 自然界中物质展现聚集状态，熟知有气态，自然界中物质展现聚集状态，熟知有气态，液态和固态，另外还有等离子体态，超高温下地液态和固态，另外还有等离子体态，超高温下地壳内部状态等。壳内部状态等。任一聚集状态内部物理及化学性质均匀部分任一聚集状态内部物理及化学性质均匀部分称为称为相相。比如，有两种气体组成混合物，在低压及中比如，有两种气体组成混合物，在低压及中压下只有一个相，但在高压下，气体可能分层，压下只有一个相，但在高压下，气体可能分层，有界面，且该界面两边气体性质发生突变，实为有界面，且该界面两边气体性质发生突变，实为两个相，但这个体系却只有一个聚集态两个相，但这个体系却只有一个聚集态气态。气态。1010第第1010页页 又如，不形成固溶体三种不一样物质固体又如，不形成固溶体三种不一样物质固体混合物，体系只存在一个聚集态混合物，体系只存在一个聚集态固态，但固态，但不论将他们研磨怎样细微，混合怎样均匀，依不论将他们研磨怎样细微，混合怎样均匀，依然是三相混合物。然是三相混合物。所以处于同一相中物质一定处于同一聚集所以处于同一相中物质一定处于同一聚集态，而处于同一聚集态物质不一定是处于同一态，而处于同一聚集态物质不一定是处于同一相中。相中。液体，不分层为一相，分几层为几相；液体，不分层为一相，分几层为几相；固体，有几个固体为几相。固体，有几个固体为几相。1111第第1111页页思索思索：1)101.325kPa，273.15K(0C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中相数为多少。2)CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)并到达平衡系统中相数。1212第第1212页页1.状状态态：表表征征体体系系性性质质物物理理量量所所确确定定体体系系存存在在形式。形式。由由 p、V、T、n 等物理量所确定下来体系存在等物理量所确定下来体系存在形式称为体系状态形式称为体系状态3 3、状态及状态函数、状态及状态函数 对一系统，各种性质都有确定数值，该系对一系统，各种性质都有确定数值，该系统状态便被确定；反之，当系统状态已确定时，统状态便被确定；反之，当系统状态已确定时，该系统各种性质也必都有确定值。该系统各种性质也必都有确定值。1313第第1313页页2.2.状态函数：状态函数：确定体系状态宏观性质物理量称确定体系状态宏观性质物理量称为状态函数为状态函数如如 物质量、压力、体积、温度物质量、压力、体积、温度3.3.状态函数特点：状态函数特点：(1)(1)体系状态一确定，各状态函数都有确定值。体系状态一确定，各状态函数都有确定值。(2)(2)体系状态发生改变时体系状态发生改变时,各状态函数改变量，各状态函数改变量，只与始态和终态相关只与始态和终态相关,与改变路径与改变路径无关。无关。1414第第1414页页(3)(3)描述体系所处状态各状态函数之间是有描述体系所处状态各状态函数之间是有联络。联络。理想气体理想气体T=280K理想气体理想气体T=300K理想气体理想气体T=350KT T=350K-300K=50K=350K-300K=50K1515第第1515页页P P3 3=303.9kPa=303.9kPaT T3 3=473K=473KV V3 3=0.845m=0.845m3 3p p1 1=101.3kPa=101.3kPaT T1 1=373K=373KV V1 1=2m=2m3 3p p1 1=202.6kPa=202.6kPaT T1 1=373K=373KV V1 1=1 m=1 m3 3 （I I）加加 压压（II II）加压、升温加压、升温加压、升温加压、升温减压、降温减压、降温始始始始 态态态态终终终终 态态态态图图1-1 1-1 理想气体两种不一样改变过程理想气体两种不一样改变过程即：即：X=X2-X11616第第1616页页广度性质和强度性质广度性质和强度性质状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：广度性质：广度性质：广度性质：广度性质：其量值含有其量值含有加和性，加和性，加和性，加和性，如体积、质量等如体积、质量等。强度性质：强度性质：强度性质：强度性质：其量值其量值不含有加和性，不含有加和性，不含有加和性，不含有加和性，如温度、压力等。如温度、压力等。思索思索思索思索：力和面积是什么性质物理量？它们商即压强力和面积是什么性质物理量？它们商即压强力和面积是什么性质物理量？它们商即压强力和面积是什么性质物理量？它们商即压强(热力热力热力热力学中称为压力学中称为压力学中称为压力学中称为压力)是强度性质物理量。由此能够得出什么结论是强度性质物理量。由此能够得出什么结论是强度性质物理量。由此能够得出什么结论是强度性质物理量。由此能够得出什么结论？推论推论推论推论：摩尔体积摩尔体积摩尔体积摩尔体积(体积除以物质量体积除以物质量体积除以物质量体积除以物质量)是什么性质物理量？是什么性质物理量？是什么性质物理量？是什么性质物理量？力和面积都是广度性质物理量。结论是两个广度性质物力和面积都是广度性质物理量。结论是两个广度性质物力和面积都是广度性质物理量。结论是两个广度性质物力和面积都是广度性质物理量。结论是两个广度性质物理量商是一个强度性质物理量。理量商是一个强度性质物理量。理量商是一个强度性质物理量。理量商是一个强度性质物理量。1717第第1717页页4 4、过程与路径、过程与路径1.1.过程过程:体系状态改变过程体系状态改变过程 T T一定一定 T=0 T=0 (等温过程等温过程)p p一定一定 p=0 p=0 (恒压过程恒压过程)V V一定一定 V=0 V=0 (恒容过程恒容过程)体系与环境间无热交换体系与环境间无热交换 Q Q0(0(绝热过程绝热过程)2.2.路径：路径：完成过程详细步骤称为路径完成过程详细步骤称为路径 状态状态1 1 状态状态2 2：路径不一样，路径不一样，状态函数改变量相同；状态函数改变量相同；1818第第1818页页298 298 K K，101.3 kPa101.3 kPa298298K K，506.5 kPa506.5 kPa375 375 K K，101.3 kPa101.3 kPa375 375 K K，506.5 kPa506.5 kPa恒温过程恒温过程恒温过程恒温过程路径路径(II)II)恒压过程恒压过程恒压过程恒压过程路径路径(I)I)恒温过程恒温过程恒温过程恒温过程(I)I)恒压过程恒压过程恒压过程恒压过程(II)II)实实际际过过程程图图1-21-2 实际过程与完成过程不一样路径实际过程与完成过程不一样路径1919第第1919页页化学反应化学反应 cC+dD=yY+zZ移项移项 0=-cC-dD+yY+zZ 令令 -c=C、-d=D、y=Y、z=Z0 B BB BB B可简化写出化学计量式通式：可简化写出化学计量式通式：得得 0=CC+DD+YY+ZZBB表示反应中物质化学式，表示反应中物质化学式，B B是是B B化学计量数。化学计量数。化学计量数化学计量数()5 5、化学计量数和反应进度、化学计量数和反应进度2020第第2020页页 对于同一个化学反应，化学计量系对于同一个化学反应，化学计量系数与化学反应方程式写法相关。比如，数与化学反应方程式写法相关。比如，合成氨反应写成：合成氨反应写成：要求，反应物化学计量数为负，要求，反应物化学计量数为负，产物化学计量数为正。产物化学计量数为正。2121第第2121页页N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3 =(N2)N2+(H2)H2+(NH3)NH3N2、H2、NH3化学计量数化学计量数 (N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2表明反应中每消耗表明反应中每消耗1mol N2和和3mol H2 生成生成2mol NH3例例2222第第2222页页若写作：若写作：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)则则v（N2）=1/2，v（H2）=3/2，v（NH3)=1而对其逆反应：而对其逆反应：2 NH3(g)=N2(g)+3H2(g)则则 v（N2）=1，v（H2）=3，v（NH3）=2 2323第第2323页页反应进度反应进度0 B BB BB B对于化学计量方程式对于化学计量方程式d=B-1dnB nBB物质量物质量 单位为单位为molB为为B化学计量数化学计量数 即反应系统中任一反应物或生成即反应系统中任一反应物或生成物在反应过程中物质量改变物在反应过程中物质量改变(nB)与与该物质计量系数该物质计量系数(B)商就是反应进度商就是反应进度()。2424第第2424页页反应进度反应进度对于有限改变，改写为对于有限改变，改写为 =B-1 nB开始时开始时0=0、nB(0)，积分到，积分到时、时、nB()得：得：(-0)=nB()-nB(0)B 则则 =nB()-nB(0)BnB=B2525第第2525页页例例反应：反应：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3化学计量数化学计量数 (N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2当当0 00 0时时,若有足够量若有足够量N N2 2和和H H2 2、n n(NH(NH3 3)0 0依据依据、n nB B/B B n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000 -1 -1-321-2-6421 12 21 12 23 32 22626第第2626页页 n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000 -1 -1-321-2-6421 12 23 32 2对同一化学反应方程式，对同一化学反应方程式，反应进度反应进度()值与值与选取反应式中何种物选取反应式中何种物质量改变质量改变进行计算无关。进行计算无关。例例反应：反应：N2+3H2=2NH31 12 22727第第2727页页注意注意:同一化学反应假如化学反应方程式写法同一化学反应假如化学反应方程式写法不一样（亦即不一样（亦即B不一样），相同反应进度不一样），相同反应进度时时对应各物质量改变会有区分。对应各物质量改变会有区分。比如：当比如：当=1mol时时反应方程式反应方程式 N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3 n(N2)/mol -1 n(H2)/mol -3 n(NH3)/mol121 12 21 12 23 32 23 32 22828第第2828页页1-1-2 反应热测量反应热测量(heating effect measurement)(heating effect measurement)1 1 热效应测量原理热效应测量原理2929第第2929页页2 2 测量装置测量装置氧弹式量热计氧弹式量热计氧弹式量热计氧弹式量热计(calorimeter)(calorimeter)(calorimeter)(calorimeter)3030第第3030页页3131第第3131页页3232第第3232页页 q q-q(H-q(H2 2O)+qO)+qb b -C(H-C(H2 2O)T+CO)T+Cb bTT -CT-CT3333第第3333页页例例例例1:1:1:1:将将将将0.500g N0.500g N0.500g N0.500g N2 2 2 2H H H H4 4 4 4(l l l l)在盛有在盛有在盛有在盛有1210g H1210g H1210g H1210g H2 2 2 2O O O O弹式量热计钢弹式量热计钢弹式量热计钢弹式量热计钢弹内完全燃烧尽。系统温度由弹内完全燃烧尽。系统温度由弹内完全燃烧尽。系统温度由弹内完全燃烧尽。系统温度由293.18K293.18K293.18K293.18K升至升至升至升至294.82K294.82K294.82K294.82K。已知钢弹组件在试验温度时总热容为已知钢弹组件在试验温度时总热容为已知钢弹组件在试验温度时总热容为已知钢弹组件在试验温度时总热容为848 JK848 JK848 JK848 JK-1-1-1-1。计。计。计。计算此条件下联氨完全燃烧所放出热量。算此条件下联氨完全燃烧所放出热量。算此条件下联氨完全燃烧所放出热量。算此条件下联氨完全燃烧所放出热量。解：解：解：解：Q=-(CQ=-(CQ=-(CQ=-(CH H H H2 2 2 2O O O O+Cb)T+Cb)T+Cb)T+Cb)T=-(4.181210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)=-(4.181210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)=-(4.181210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)=-(4.181210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)显然，此热量与所用反应物质量相关，显然，此热量与所用反应物质量相关，显然，此热量与所用反应物质量相关，显然，此热量与所用反应物质量相关，-9690J-9690J-9690J-9690J是是是是对对对对0.500g N0.500g N0.500g N0.500g N2 2 2 2H H H H4 4 4 4(l l l l)而言，若以而言，若以而言，若以而言，若以1 mol N1 mol N1 mol N1 mol N2 2 2 2H H H H4 4 4 4(l l l l)计，则可计，则可计，则可计，则可乘以乘以乘以乘以N N N N2 2 2 2H H H H4 4 4 4摩尔质量，即：摩尔质量，即：摩尔质量，即：摩尔质量，即：Q=-9690/0.50032=-60 JmolQ=-9690/0.50032=-60 JmolQ=-9690/0.50032=-60 JmolQ=-9690/0.50032=-60 Jmol-1-1-1-13434第第3434页页第二节第二节 反应热理论计算反应热理论计算3535第第3535页页1-2-11-2-1热力学第一定律热力学第一定律 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，能量既不能创造，在任何过程中，能量既不能创造，也不能毁灭，也不能毁灭，只能从一个形式转化为另只能从一个形式转化为另一个形式。一个形式。”基本概念：热力学能、热和功。基本概念：热力学能、热和功。3636第第3636页页符号：符号：U，单位：单位：kJkJ 、J 。U 是状态函数；是状态函数；无绝对数值；无绝对数值；U=U(终态终态)U(始态始态)其值与其值与n n 成正比。成正比。包含分子平动能、包含分子平动能、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、核能等即内能即内能系统内部能量总和。系统内部能量总和。热力学能热力学能(以往称内能以往称内能)3737第第3737页页 热热(Q Q)：体系和环境之间因温度不一样而传递或：体系和环境之间因温度不一样而传递或交换能量形式。交换能量形式。功和热功和热是体系状态发生改变时，是体系状态发生改变时，体系和环境传递或交换能量两种形式。体系和环境传递或交换能量两种形式。符号：符号：Q，注意注意 热不是状态函数热不是状态函数 单位为单位为J J、kJkJ体系吸热，体系吸热，Q 0；体系放热，；体系放热，Q 0W 0,0,H H 0 0放热放热反应：反应：Q Qp p 0,0,H H 0 0如：如：2 2H H2 2(g(g)+)+O O2 2(g)(g)2H2H2 2O(l)O(l)H HQ Qp p=-571.66kJmol=-571.66kJmol-1-1H H2 2(g)(g)+O O2 2(g)(g)H H2 2O(l)O(l)H H Q Qp p=-285.83kJmol=-285.83kJmol-1-11 12 24747第第4747页页定容反应热与定压反应热关系定容反应热与定压反应热关系已知已知 定容反应热：定容反应热：QV=U；定压反应热：定压反应热：Qp=Up+p(V2 V1)等温过程，等温过程，Up UV，则：则：Q Qp p Q QV V=n n2 2(g)(g)RTRT n n1 1(g)(g)RTRT=n n(g)(g)RTRT对于理想气体反应，有：对于理想气体反应，有：对于有凝聚相参加理想气体反应，因为凝聚相相对于有凝聚相参加理想气体反应，因为凝聚相相对于有凝聚相参加理想气体反应，因为凝聚相相对于有凝聚相参加理想气体反应，因为凝聚相相对气相来说，体积能够忽略，所以在上式中，只需考对气相来说，体积能够忽略，所以在上式中，只需考对气相来说，体积能够忽略，所以在上式中，只需考对气相来说，体积能够忽略，所以在上式中，只需考虑气体物质量。虑气体物质量。虑气体物质量。虑气体物质量。HH U U=Q Qp p Q QV V=p p(V V2 2 V V1 1)4848第第4848页页 思索思索：若反应：若反应 C(C(石墨石墨)+O)+O2 2(g)CO(g)CO2 2(g)(g)Q Qp,mp,m为为393.5kJmol 393.5kJmol 11，则该反应，则该反应Q QV,mV,m 为为多少？多少？该反应该反应n n(g)=0(g)=0，Q QV V=Q Qp p 所以所以 对于没有气态物质参加反应或对于没有气态物质参加反应或n n(g)(g)=0=0反应，反应，Q QV V Q Qp p 对于有气态物质参加反应，且对于有气态物质参加反应，且n n(g)(g)0 0反反应，应，Q QV V Q Qp p4949第第4949页页表示化学反应与热效应关系方程式表示化学反应与热效应关系方程式 rHm摩尔反应焓变摩尔反应焓变 rHm=-241.82 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa如如1 12 2表示在表示在298.15K、100kPa下，当反应进度下，当反应进度=1mol时时(1mol H2(g)与与 mol O2(g)反应，反应，生成生成1molH2O(g)时时)，放出，放出241.82kJ热量。热量。1 12 24 4 热化学方程式热化学方程式5050第第5050页页 热化学方程式热化学方程式注意：注意：1.注明反应温度、压力等。注明反应温度、压力等。2.注明各物质聚集状态。注明各物质聚集状态。3.注明反应热效应。注明反应热效应。如如 rHm=-241.82 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa1 12 25151第第5151页页 注明各物质聚集状态，聚集状态不注明各物质聚集状态，聚集状态不一样，热效应不一样。一样，热效应不一样。5252第第5252页页5.正正、逆反应逆反应Qp绝对值相同绝对值相同,符号相反。符号相反。HgO(s)Hg(l)+O2(g)rHm=90.83 kJmol-11 12 2Hg(l)+O2(g)HgO(s)rHm=-90.83 kJmol-11 12 24.同一反应同一反应,反应式系数不一样反应式系数不一样,rHm不一不一样样。rHm=-483.64 kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(g)r rHHmm=-=-241.82241.82 kJmol kJmol-1-1 H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K298.15K100kPa100kPa1 12 25353第第5353页页 在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做非体积功，则反应热只取决于反应始态和终态，非体积功，则反应热只取决于反应始态和终态，而与改变过程详细路径无关。而与改变过程详细路径无关。即化学反应焓变只取决于反应始态和终态，即化学反应焓变只取决于反应始态和终态，而与改变过程详细路径无关。而与改变过程详细路径无关。Q QV V=U=U=U=U2 2-U-U1 15 5 盖斯盖斯(Hess)(Hess)定律定律5454第第5454页页C(s)+O2(g)rHm CO(g)+O2(g)1 12 2 H1 H2CO2(g)rHm=H1+H2 应用盖斯定律不但可计算一些恒压反应热，应用盖斯定律不但可计算一些恒压反应热，而且可计算难以或无法用试验测定反应热。而且可计算难以或无法用试验测定反应热。H1=rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53 kJmol-1 依据盖斯定律，若化学反应能够加和，则依据盖斯定律，若化学反应能够加和，则其反应热也能够加和。其反应热也能够加和。5555第第5555页页推理：任一化学反应能够分解为若干最基本反应推理：任一化学反应能够分解为若干最基本反应推理：任一化学反应能够分解为若干最基本反应推理：任一化学反应能够分解为若干最基本反应（生成反应）（生成反应），这些，这些，这些，这些生成生成反应反应热之和就是该反应反应热之和就是该反应反应热之和就是该反应反应热之和就是该反应反应热。反应反应热。反应反应热。反应反应热。如：如：如：如：AB+CD=AC+BD AB+CD=AC+BD HH A+B A+B =AB AB HH1 1;C+DC+D =CD CD HH2 2;A+C A+C =AC AC HH3 3;B+D B+D =BD BD HH4 4。则：则：则：则：HH =HH4 4+HH3 3-HH1 1-HH2 2即即:rH=irHi5656第第5656页页例例2 2：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(-393.5)-(-283.0)kJ(-393.5)-(-283.0)kJ.molmolmolmol-1-1-1-1 =-110.5kJ-110.5kJ-110.5kJ-110.5kJ.molmolmolmol-1-1-1-1Hm1Hm2Hm3Hm35757第第5757页页1-2-31-2-3反应标准摩尔焓变计算反应标准摩尔焓变计算标准标准(状状)态态（1 1 1 1）气体物质标准态是在标准压力气体物质标准态是在标准压力气体物质标准态是在标准压力气体物质标准态是在标准压力(P P P P =100.00kPa)=100.00kPa)=100.00kPa)=100.00kPa)时时时时(假想假想假想假想)理想气体状态理想气体状态理想气体状态理想气体状态;（2 2 2 2）溶液中溶质）溶液中溶质）溶液中溶质）溶液中溶质B B B B标准态是标准态是标准态是标准态是:在标准压力在标准压力在标准压力在标准压力p p p p 时标准质时标准质时标准质时标准质量摩尔浓度量摩尔浓度量摩尔浓度量摩尔浓度b b b b =1.0mol=1.0mol=1.0mol=1.0mol.kgkgkgkg-1-1-1-1(近似为近似为近似为近似为1molL1molL1molL1molL-1-1-1-1)时理想时理想时理想时理想溶液溶液溶液溶液;（3 3 3 3）液体或固体标准态是）液体或固体标准态是）液体或固体标准态是）液体或固体标准态是:在标准压力在标准压力在标准压力在标准压力p p p p 时纯液体时纯液体时纯液体时纯液体或纯固体。或纯固体。或纯固体。或纯固体。n n标准态对标准态对标准态对标准态对温度温度温度温度没有要求，没有要求，没有要求，没有要求，不一样温度不一样温度不一样温度不一样温度下有下有下有下有不一样标不一样标不一样标不一样标准态准态准态准态5858第第5858页页 在指定温度在指定温度T T及标准状态下，由最稳定及标准状态下，由最稳定纯态单质生成单位物质量某物质时反应焓纯态单质生成单位物质量某物质时反应焓变变(即恒压反应热即恒压反应热)称为称为该物质标准摩尔生该物质标准摩尔生成焓成焓 符号：符号：fHm(B，T)，单位单位:kJmol-1。fHm0，吸热。，吸热。标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓f fH Hm m5959第第5959页页 标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓2.fHm代数值越小代数值越小,化合物越稳定。化合物越稳定。3.必须注明温度，若为必须注明温度，若为298.15K时可省略。时可省略。1.最稳定纯态单质最稳定纯态单质 fHm=0,如如 fHm(石墨石墨)=0。注意：注意：高温时分解高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解加热不分解-635.09CaO(s)稳定性稳定性 fHm/(kJmol-1)物质物质6060第第6060页页 因为因为因为因为Q QP P=HH,所以恒温恒压条件下反应热可表示为所以恒温恒压条件下反应热可表示为所以恒温恒压条件下反应热可表示为所以恒温恒压条件下反应热可表示为反应焓变反应焓变反应焓变反应焓变:r rHH(T);(T);反应系统反应系统反应系统反应系统n n n nB B B B确定为确定为确定为确定为1mol1mol1mol1mol时时时时,反应热称为反应摩尔焓反应热称为反应摩尔焓反应热称为反应摩尔焓反应热称为反应摩尔焓变变变变:r rHHmm(T)(T)；在标准状态下摩尔焓变称反应标准摩尔焓在标准状态下摩尔焓变称反应标准摩尔焓变变:rHm(T)反应标准摩尔焓变反应标准摩尔焓变rHm(T)6161第第6161页页 比如比如:C:C(石石)+O+O2(g)2(g)COCO2(g)2(g)rHm 其中其中,C,C(石石)为碳参考态元素为碳参考态元素,O,O2(g)2(g)为氧参考态为氧参考态元素元素,此反应是生成反应。所以此反应焓变即是此反应是生成反应。所以此反应焓变即是COCO2 2（g g）生成焓：生成焓：rHm(T)(T)=fHm(COCO2 2,g g,T)*参考态元素通常指在所讨论温度和压力下最稳定状参考态元素通常指在所讨论温度和压力下最稳定状参考态元素通常指在所讨论温度和压力下最稳定状参考态元素通常指在所讨论温度和压力下最稳定状态单质。也有例外态单质。也有例外态单质。也有例外态单质。也有例外.如如如如:石墨石墨石墨石墨(C),(C),(C),(C),白磷白磷白磷白磷(P)(P)(P)(P)。6262第第6262页页标准摩尔焓变计算标准摩尔焓变计算标准摩尔焓变计算标准摩尔焓变计算,以乙炔完全燃烧反应为例以乙炔完全燃烧反应为例以乙炔完全燃烧反应为例以乙炔完全燃烧反应为例:C C C C2 2 2 2H H H H2 2 2 2（g g g g）+5/2O+5/2O+5/2O+5/2O2 2 2 2（g g g g）2CO2CO2CO2CO2 2 2 2（g g g g）+H+H+H+H2 2 2 2O O O O（l l 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：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：2C+H2C+H2 2（g g）C C2 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)反应标准摩尔焓变计算反应标准摩尔焓变计算6363第第6363页页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)依据盖斯定律依据盖斯定律：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 Hm2m2通式：通式：rHm(T)=BBfHmB(T)6464第第6464页页例例例例3 3 3 3 用生成焓计算反应用生成焓计算反应用生成焓计算反应用生成焓计算反应标准摩尔反应焓。标准摩尔反应焓。标准摩尔反应焓。标准摩尔反应焓。【解解解解】依据盖斯定律，设计以下路径：依据盖斯定律，设计以下路径：依据盖斯定律，设计以下路径：依据盖斯定律，设计以下路径：6565第第6565页页解：利用盖斯定律，先设计该反应热化学循环过程：解：利用盖斯定律，先设计该反应热化学循环过程：解：利用盖斯定律，先设计该反应热化学循环过程：解：利用盖斯定律，先设计该反应热化学循环过程：CaO(s)+HCaO(s)+H2 2O(l)Ca(OH)O(l)Ca(OH)2 2(s)(s)HHHH3 3 3 3 HHHH2 2 2 2+Ca(s)+1/2OCa(s)+1/2OCa(s)+1/2OCa(s)+1/2O2 2 2 2(g)(g)(g)(g)H H H H2 2 2 2(g)+1/2O(g)+1/2O(g)+1/2O(g)+1/2O2 2 2 2(g)(g)(g)(g)HH298.15298.15+H+H1 1+H+H2 2=H=H3 3 HHHH298.15298.15298.15298.15HH 298.15298.15=H=H 3 3 H H 1 1+H+H 2 2=H=H f f(Ca(OH)(Ca(OH)2 2,s)-H,s)-H f f(CaO,s)+H(CaO,s)+H f f(H(H2 2O,l)O,l)=(-986.17)-(-635.13)+(-285.83)=(-986.17)-(-635.13)+(-285.83)=-65.21 kJ.mol=-65.21 kJ.mol-1-1 例例4 4：已知恒压反应：已知恒压反应CaO(s)+HCaO(s)+H2 2O(l)Ca(OH)O(l)Ca(OH)2 2(s)(s)，求此反应标准反应热（即标准焓变）求此反应标准反应热（即标准焓变）HHHH1 1 1 16666第第6666页页结论：对普通反应结论：对普通反应6767第第6767页页 标准摩尔反应焓变计算标准摩尔反应焓变计算化学反应标准摩尔反应焓变等于生成物标化学反应标准摩尔反应焓变等于生成物标准摩尔生成焓总和减去反应物标准摩尔生准摩尔生成焓总和减去反应物标准摩尔生成焓总和。成焓总和。化学反应：化学反应：cC+dD=yY+zZ(任一物质均处于温度任一物质均处于温度T标准态标准态)rHm=y fHm(Y)+z fHm(Z)-c fHm(C)+d fHm(D)rHm=i fHm(生成物生成物)+i fHm(反应反应物物)计算时计算时,注意系数和正负号注意系数和正负号6868第第6868页页 计算时计算时,注意系数和正负号注意系数和正负号 计算恒压反应计算恒压反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)rHm 例例5解：解：4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1-46.11 0 90.25 -241.82 rHm=4 fHm(NO,g)+6 fHm(H2O,g)-4 fHm(NH3,g)+5 fHm(O2,g)=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1=-905.48kJmol-16969第第6969页页 (rHm)3=2(rHm)2=-22.6 kJmol-1 反应反应 rHm/kJmol-1序号序号2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s)Cu2O(s)-11.3计算计算 fHm(CuO,s)。例例6解解:(2)式式2=3式式 2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)(3)式式+(1)式式=4式式 2Cu(s)+O2(g)2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1=-314.6 kJmol-1 2 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 fHm(CuO,s)=-157.3kJmol-17070第第7070页页解：解：解：解：7171第第7171页页7272第第7272页页注注 意意 1 1 f fH HmBmB(298.15K)(298.15K)是热力学基本数是热力学基本数 据，可查表。单位：据，可查表。单位：kJkJ.molmol-1-1 2 2 r rH Hm m(T)(T)r rH Hm m(298.15K)(298.15K)；3 C3 C（石）（石）、H H2 2（g g）、O O2 2（g g）皆为参考态元皆为参考态元 素。参考态元素标准摩尔生成焓素。参考态元素标准摩尔生成焓 为零。为零。如：如：f fH Hm m(O(O2 2,g)=0,g)=0 4 4 因为因为f fH HmBmB与与n nB B成正比，在进行计成正比，在进行计 算时算时B B化学计量数化学计量数B B 不可忽略。不可忽略。7373第第7373页页讨论：讨论：f f H Hm m与与 r r H Hm m区分与联络区分与联络f Hmr Hmf Hmr Hm7474第第7474页页7575第第7575页页 课堂练习：课堂练习：P43P43，1 1、2 2、P44P44，3 3、P45P45，8 8、9 9 作业：作业：P44P44，4 4、5 5P45P45，1111，1313，15157676第第7676页页例例1 1：已知：已知298.15K298