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首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页教材：普通化学 (第五版)教师教师:王一兵王一兵课时：课时：48(48(讲课讲课40;40;试验试验8)8)1第1页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页绪论 1、化学定义与分支化学定义一直颇有争议。定义大致分为五类:1.笼统式 2.详细式 3.微观式 4.扩张式 5.哲学式2第2页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页Fe+S=FeS（黑色）（黑色）化学是化学是在原子和分子水平上在原子和分子水平上研究物质组成、结构、性研究物质组成、结构、性能及其改变规律和改变过程中能量关系学科能及其改变规律和改变过程中能量关系学科.（教材）（教材）无机化学：无机物无机化学：无机物有机化学：碳氢化合物及衍生物有机化学：碳氢化合物及衍生物分析化学：测量和表征分析化学：测量和表征物理化学：全部物质系统物理化学：全部物质系统高分子化学：高分子化合物高分子化学：高分子化合物3第3页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大分子，到分子各种不一样尺度和不一样复杂程度聚集态合分子，到分子各种不一样尺度和不一样复杂程度聚集态合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用科学。（徐光宪）性及其规律和应用科学。（徐光宪）第一是原子层次化学第一是原子层次化学 第二是分子片层次化学第二是分子片层次化学 第三是分子层次化学第三是分子层次化学 第四是超分子层次化学第四是超分子层次化学 第五是生物分子层次化学第五是生物分子层次化学 第六是宏观聚集态化学第六是宏观聚集态化学 第七是介观聚集态化学第七是介观聚集态化学 第八是复杂分子体系化学第八是复杂分子体系化学 4第4页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 化学发展史化学发展史 四次革命四次革命2、化学发展和作用化学发展和作用5第5页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 波义耳波义耳16611661年发表了年发表了“怀疑怀疑派化学家派化学家”(The”(The ScepticalChymist)ScepticalChymist)，指出，指出:“:“化化学不是为了炼金，也不是为了治学不是为了炼金，也不是为了治病，它应该从炼金术和医学中分病，它应该从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立科学离出来，成为一门独立科学”。波义耳极为崇尚试验，指出，波义耳极为崇尚试验，指出，“空谈毫无用途，一切来自试验空谈毫无用途，一切来自试验”。他把严密他把严密试验方法引入化学研究，试验方法引入化学研究，使化学成为一门试验科学。使化学成为一门试验科学。恩格斯评价恩格斯评价：“把化学确立为科学把化学确立为科学”被誉为被誉为“化学之父化学之父”（墓碑语）。（墓碑语）。6第6页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 法国化学家拉瓦锡法国化学家拉瓦锡17831783年出版名著年出版名著“关于燃素回顾关于燃素回顾”，提出，提出燃烧氧化学说。燃烧氧化学说。拉瓦锡拉瓦锡17891789年出版了年出版了“初等化学概论初等化学概论”，首次给元素下了一，首次给元素下了一个科学和清楚定义：个科学和清楚定义：“元素是用任何方法都不能再分解简单物质元素是用任何方法都不能再分解简单物质”。以科学元素说取代了传统思辨旧元素论。揭开了迷惑人类几。以科学元素说取代了传统思辨旧元素论。揭开了迷惑人类几千年燃烧之谜，以批判统治化学界近百年千年燃烧之谜，以批判统治化学界近百年“燃素说燃素说”为标志，发为标志，发动了第二次化学革命，被誉为动了第二次化学革命，被誉为“化学中牛顿化学中牛顿”。7第7页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 英国化学家道尔顿创建科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象内在联络，成为说明化学现象统一理论，完成了化学领域内一次极为重大理论综合。有些人称为近代化学史上第三次化学革命。18，道尔顿提出了原子学说：元素是由非常微小、看不见、不可再分割原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有性质；同一个元素原子其形状、质量及各种性质都相同，不一样元素原子形状、质量及各种性质则不相同，原子质量（而不是形状）是元素最基本特征；不一样元素原子以简单数目百分比相结合，形成化合物。化合物原子称为复杂原子，它质量等于其组合原子质量和。8第8页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 19301930年，美国化学家鲍林（年，美国化学家鲍林（L.PaulingL.Pauling，1901190119941994）和德国物理学家）和德国物理学家J.C.SlaterJ.C.Slater（1900190019761976）把量子力学处理氢）把量子力学处理氢分子结果推广到多原子分子体系，建立了价键分子结果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（理论（VBTVBT）。说明了共价键方向性和饱和性，）。说明了共价键方向性和饱和性，指出了因为原子轨道重合方式不一样而形成指出了因为原子轨道重合方式不一样而形成键和键和键这两种基本共价键类型。键这两种基本共价键类型。9第9页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页路甬祥路甬祥:二十一世纪科学技术将在四个层面上展开二十一世纪科学技术将在四个层面上展开1.研究物质结构极其运动规律研究物质结构极其运动规律2.生命科学生命科学3.地球及环境科学地球及环境科学4.对人脑及认知研究对人脑及认知研究10第10页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页学习要求学习要求：了解定容热效应(qv)测量原理。熟悉qv试验 计算 方法。了解状态函数、反应进度、标准状态概念和热化学定律。了解等压热效应与反应焓变关系、等容热效应与热力学能变关系。掌握标准摩尔反应焓变近似计算。了解能源概况，燃料热值和可连续发展战略。11第11页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页12第12页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页v 化学仍是处理食物短缺问题主要学科之一v 化学继续推进材料科学发展v 化学是提升人类生存质量和生存安全有效保障v 化学在能源和资源合理开发和高效安全利用中起关键作用v 化学是生命科学主要支柱13第13页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3学习目标、内容和要求学习目标、内容和要求学习目标了解当代化学学科概貌了解当代化学学科概貌用化学观点分析、认识生活和工作中化学问题用化学观点分析、认识生活和工作中化学问题学习内容学习内容理论化学：两条理论化学：两条“根本根本”应用化学：应用化学：化合物知识；化学在相关学科中应用化合物知识；化学在相关学科中应用试验化学试验化学学习要求学习要求辨证思维辨证思维发展眼光发展眼光实践方法实践方法14第14页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页教学内容教学内容课程内容结构体系课程内容结构体系 基础理论部分为重点讲授内容，它由五部分组成：基础理论部分为重点讲授内容，它由五部分组成：（1 1）化学反应基本规律：如热力学第一定律、第二定律、）化学反应基本规律：如热力学第一定律、第二定律、化学动力学、界面现象和胶体分散系统。化学动力学、界面现象和胶体分散系统。（2 2）溶液与离子平衡：化学平衡、相平衡、离子平衡、氧）溶液与离子平衡：化学平衡、相平衡、离子平衡、氧 化还原反应平衡和配位平衡，以及建立在平衡基础上化还原反应平衡和配位平衡，以及建立在平衡基础上 常规化学分析原理。常规化学分析原理。（3 3）电化学与金属腐蚀：原电池、电极电势、电解、金属）电化学与金属腐蚀：原电池、电极电势、电解、金属 腐蚀及预防。腐蚀及预防。（4 4）物质结构基础：物质聚集状态、原子结构、分子结）物质结构基础：物质聚集状态、原子结构、分子结 构和晶体结构、配合物结构。构和晶体结构、配合物结构。（5 5）应用部分。）应用部分。15第15页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页C3H3Clearhead(清醒头脑）清醒头脑）Cleverhands（灵巧双手）（灵巧双手）Cleanhabit（清洁习惯）（清洁习惯）16第16页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页第第1章热化学与能源章热化学与能源热化学与能源第1章17第17页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页目录目录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1.3常见能源及其有效与清洁利用常见能源及其有效与清洁利用1.4清洁能源与可连续发展清洁能源与可连续发展选读材料 核能.核燃料和核能起源.核电优势与发展趋势本章小结本章小结18第18页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页教学基本要求1.1.了解用弹式热量计测量等容热效应了解用弹式热量计测量等容热效应(qvqv)原原 理，熟悉理，熟悉qvqv试验计算法。试验计算法。2.2.了解状态函数意义。了解化学反应中焓了解状态函数意义。了解化学反应中焓 变在普通条件下意义。了解等压热效应变在普通条件下意义。了解等压热效应(qpqp)与反应中焓变关系。了解与反应中焓变关系。了解qvqv与反应中与反应中 内能变关系。初步掌握化学反应标准摩内能变关系。初步掌握化学反应标准摩 尔焓变近似计算。尔焓变近似计算。3.适当了解能源中燃料燃烧反应热效应。适当了解能源中燃料燃烧反应热效应。19第19页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页举例：举例：2H2+O2=2H2O298.15K、1atm下放出热量是下放出热量是-483.6kJ/mol1、在通常情况下能否发生。、在通常情况下能否发生。2、假如不能，那么又需要在什么条件下才能、假如不能，那么又需要在什么条件下才能发生。发生。3、发生以后，反应能进行到什么程度，也就、发生以后，反应能进行到什么程度，也就是说结果怎样。是说结果怎样。上述问题就属于化学热力学范围。上述问题就属于化学热力学范围。化学热力学化学热力学就是研究在化学改变和物理改变中伴随发生就是研究在化学改变和物理改变中伴随发生能量转化和传递学科。能量转化和传递学科。20第20页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页化学反应方向化学反应方向化学热力学化学热力学化学反应程度化学反应程度热化学：研究化学反应中热与其它能量改变定量关热化学：研究化学反应中热与其它能量改变定量关系学科。（热量改变问题学科）系学科。（热量改变问题学科）测量化学反应热效应测量化学反应热效应本章主要两部分内容本章主要两部分内容计算化学反应热效应计算化学反应热效应热效应：化学反应时放出或吸收热量。热效应：化学反应时放出或吸收热量。21第21页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.1反应热测量反应热测量系统：作为研究对象那一部分物质和空间。系统：作为研究对象那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统亲密联络其它物质和环境：系统之外，与系统亲密联络其它物质和空间。空间。开放系统开放系统有物质和能量交换有物质和能量交换封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换1.1.1几个基本概念几个基本概念1系统与环境系统与环境图1.1 系统分类隔离系统隔离系统无物质和能量交换无物质和能量交换22第22页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页应用相概念需区分：应用相概念需区分：*相与聚集态不一样；相与聚集态不一样；2 2 相：相：系统可分为系统可分为:单相（均单相（均 匀）系统；多相（不均匀）系统。匀）系统；多相（不均匀）系统。系统中任何物理和化学性质完全相同部分。系统中任何物理和化学性质完全相同部分。*相数与物质种类数；相数与物质种类数；*相与数量无关相与数量无关。23第23页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页a.a.相与相之间有明确界面。相与相之间有明确界面。b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃。在界面处，从宏观看，性质改变是突跃。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?3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3 +NO(g)相数？24第24页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3状态与状态函数状态与状态函数 状态函数状态函数用于表示系统性质物理量用于表示系统性质物理量X 称状态函数，如气体压力称状态函数，如气体压力p、体积体积V、温度、温度T 等。等。状态就是系统一切性质总和。状态就是系统一切性质总和。状态改变时，系统宏观性质也必定发生部分或全状态改变时，系统宏观性质也必定发生部分或全部改变。部改变。25第25页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页状态函数性质状态函数性质 状态函数是状态单值函数。状态函数是状态单值函数。当系统状态发生改变时，状态函数改变量只与系统始、当系统状态发生改变时，状态函数改变量只与系统始、末态相关，而与改变实际路径无关。末态相关，而与改变实际路径无关。图1.2 状态函数性质以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统状态函数压力p和体积V改变量与路径无关。系统压力从3p变为p26第26页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末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：广度性质：广度性质：其量值含有加和性，加和性，如体积、质量等。强度性质：强度性质：其量值不含有加和性，不含有加和性，如温度、压力等。思索思索：力和面积是什么性质物理量？它们商即压强(热力学中称为压力)是强度性质物理量。由此能够得出什么结论？推论推论：摩尔体积(体积除以物质量)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。27第27页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页状态函数有两个特征：状态函数有两个特征：a.系统状态确定之后，每一状态函数都含有单一确定系统状态确定之后，每一状态函数都含有单一确定值，而不会含有多个不等值。例值，而不会含有多个不等值。例:系统状态确定后，系统状态确定后，温度只能含有单一确定值。温度只能含有单一确定值。若测出一些易测性质，就能够经过相互关联数学式计若测出一些易测性质，就能够经过相互关联数学式计算难测。这就是引进状态函数方便之处（算难测。这就是引进状态函数方便之处（PV=nRT)。b.系统发生一个过程前后，状态发生改变，状态函系统发生一个过程前后，状态发生改变，状态函数值也可能发生改变，其改变数值只取决于数值也可能发生改变，其改变数值只取决于系统初、系统初、终状态，而与改变时体系所经历详细路径无关。终状态，而与改变时体系所经历详细路径无关。状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归改变等，周而复始改变零。改变等，周而复始改变零。28第28页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页4过程与路径过程与路径系统状态发生任何改变称为过程；系统状态发生任何改变称为过程；可逆过程可逆过程体系经过某一过程，由状态体系经过某一过程，由状态变到状态变到状态之后，假之后，假如经过逆过程能使体系和环境都完全复原，这么如经过逆过程能使体系和环境都完全复原，这么过程称为可逆过程。它是在一系列无限靠近平衡过程称为可逆过程。它是在一系列无限靠近平衡条件下进行过程。条件下进行过程。实现一个过程详细步骤称路径实现一个过程详细步骤称路径。思索思索：过程与路径区分。构想假如你要把构想假如你要把20C水烧开，要完成水烧开，要完成“水烧开水烧开”这个过这个过程，你能够有各种详细程，你能够有各种详细“路径路径”：如能够在水壶中常压烧；：如能够在水壶中常压烧；也能够在高压锅中加压烧。也能够在高压锅中加压烧。29第29页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页5化学计量数化学计量数对于任意一化学反应：对于任意一化学反应：aA+cC=dD+gG或写成：或写成：0=dD+gG-aA-cCACDG-化学式化学式acdg-化学计量数。化学计量数。普通用化学反应计量方程表示化学反应中质量普通用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，守恒关系，通式为：通式为：30第30页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页B 称为B 化学计量数。符号要求：反应物：B为负；产物：B为正。附例附例1.1 应用化学反应统通式形式表示以下合成氨化学反应计量方程式：N2+3H2=2NH3解：解：用化学反应通式表示为：0=-N2-3H2+2NH331第31页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页6反应进度反应进度（extentofreaction)若反应前物质若反应前物质B物质量为物质量为nB(0),也是也是=0时时B物质量，反应时间物质量，反应时间T后后B物质量为物质量为nB（），也是），也是=时时B物质量。这么，微分后得定义式为：物质量。这么，微分后得定义式为：nB 为物质B物质量，d nB表示微小改变量。=nB/B对任一反应，有：nA/-A=nC/-C=nD/D=nG/G=32第32页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页能够看出随反应进行nB增大或降低，也逐步增大或降低，所以反应进度是表示反应进行程度参数，因为是纯数，单位为摩尔。是不一样于“物质量”另一个新物理量，但含有相同量纲。未反应时为零。反应进度单位是摩尔（mol），它与化学计量数选配相关。对于反应：对于反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)若反应进行到反应进度若反应进行到反应进度=1mol时，按定义时，按定义nN2/-1=nH2/-3=nNH3/2=1-0nN2=-1mol；nH2=-3mol；nNH3=2mol上述反应上述反应=1mol时含义为，该反应进行到这么进度，消耗了时含义为，该反应进行到这么进度，消耗了1molN2，3molH2，生成了，生成了2molNH3。若反应为：。若反应为：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)，有：，有：nN2/（-1/2）=nH2/（-3/2）=nNH3/1=1-033第33页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页=1mol时含义为，该反应进行到这么进度，消耗了时含义为，该反应进行到这么进度，消耗了1/2molN2，NH33/2molH2，生成了，生成了1molNH3。显然。显然单位是对整个反应而言，单位是对整个反应而言，n是对是对某一物质而言，与方程式写法相关。某一物质而言，与方程式写法相关。注意：反应进度与反应方程式是对应。反应进度为注意：反应进度与反应方程式是对应。反应进度为1反应也称为摩反应也称为摩尔反应。尔反应。引入反应进度优点是在反应进行到任何时刻时，可用任一反应物或引入反应进度优点是在反应进行到任何时刻时，可用任一反应物或任一生成物来表示反应进行程度，所得值总是相等。任一生成物来表示反应进行程度，所得值总是相等。34第34页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.1.2反应热测量反应热测量热化学要求：系统放热为负，系统吸热为正。热化学要求：系统放热为负，系统吸热为正。摩尔反应热指当反应进度为摩尔反应热指当反应进度为1mol时系统放出或吸时系统放出或吸收热量。收热量。思索思索：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者反应条件是恒容，后者反应条件是恒压。用弹式量热计测量反应热是定容反应热还是定压反应热？答：定容反应热答：定容反应热（定容）反应热可在弹式量热计中准确地测量。测量反应热是热化学主要研究内容。35第35页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1反应热试验测量方法反应热试验测量方法图1.3 弹式量热计1)测量装置及原理测量装置及原理36第36页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页37第37页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页38第38页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 设有n mol物质完全反应，所放出热量使弹式量热计与恒温水浴温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴热容为Cs(JK-1)，比热容为cs(JK-1kg-1)，则：39第39页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页q-q(H2O)+qb-C(H2O)T+CbT-CT40第40页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页示例示例例例1.1（P13）联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)已知：解解：燃烧：燃烧0.5g联氨放热为联氨放热为41第41页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2热化学方程式热化学方程式表示化学反应与热效应关系方程式称为热化学方程表示化学反应与热效应关系方程式称为热化学方程式。其标准写法是：式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出对应先写出反应方程，再写出对应反应热，二者之间用分号或逗号隔开反应热，二者之间用分号或逗号隔开。比如：。比如：标明反应温度、压力及反应物、生成物标明反应温度、压力及反应物、生成物状状态；态；书写热化学方程式时应注意：书写热化学方程式时应注意：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明若不注明T,p,皆指在皆指在T=298.15K，p=100kPa下。下。42第42页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 反应热与反应式化学计量数相关；反应热与反应式化学计量数相关；普通标注是等压热效应普通标注是等压热效应qp。思索思索：qp与qv相同吗？。43第43页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2反应热理论计算反应热理论计算 并不是全部反应热都能够试验测定。比如反应：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思索思索：为何上述反应反应热无法试验测定？试验过程中无法控制生成产物完全是试验过程中无法控制生成产物完全是CO。所以，只能用理论方法来计算反应热。44第44页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2.1热力学第一定律热力学第一定律封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热收热q，从环境得功从环境得功w，则系统内能增加，则系统内能增加U(U2U1)为：为：U=q+w热力学第一定律实质是能量守恒定律在热力学中应用。其中，内能现称为热力学能。45第45页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1 1 热力学能热力学能符号：符号：U，单位：单位：J J。U 是状态函数；是状态函数；无绝对数值。无绝对数值。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。46第46页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页在物理或化学改变在物理或化学改变过程过程中，系统与环境存中，系统与环境存在温度差而交换能量称为热。在温度差而交换能量称为热。符号：符号：q ，单位：，单位：J J；q不是状态函数；不是状态函数；系统吸热：系统吸热：q0；系统放热：；系统放热：q 02、热、热热力学中将能量交换形式分为热和功。热力学中将能量交换形式分为热和功。47第47页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 3 3、功、功系统与环境交换能量另一个形式系统与环境交换能量另一个形式功功 符号：符号：W，单位：单位：J J。W 不是状态函数；系统对环境作功不是状态函数；系统对环境作功:W 0。48第48页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 在物理或化学改变过程中，系统与环境除热以在物理或化学改变过程中，系统与环境除热以外方式交换能量都称为功。外方式交换能量都称为功。因为系统体积发生改变而与环境所交换功称为体因为系统体积发生改变而与环境所交换功称为体积功积功w体体。全部其它功统称为非体积功。全部其它功统称为非体积功w。思索思索：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体温度提升20C时，是否做了体积功？1)1)做体积功，做体积功，2)2)未做体积功。未做体积功。w=w体体+w 49第49页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页等外压过程中，体积功等外压过程中，体积功w体体=p外外(V2V1)=p外外Vpp外外=F/Alp外=F/A，l=V/A所以，体积功w体体=F l =(p外 A)(V/A)=p外 V 图1.4 体积功示意图50第50页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页设有摩尔气体放入汽缸内，下面有恒温器，在设有摩尔气体放入汽缸内，下面有恒温器，在恒温下进行。并设活塞无重量，与汽缸无摩擦。放恒温下进行。并设活塞无重量，与汽缸无摩擦。放上上4个砝码表示个砝码表示4个大气压，用以调整外压。经过两个大气压，用以调整外压。经过两个路径恒温膨胀。个路径恒温膨胀。甲：降为甲：降为1个大气压，一次膨胀，乙个大气压，一次膨胀，乙3次。次。W甲甲=-P外外V=-VW乙乙=-（3V1+2V2+V3）=-（V+2V1+V2）=-（W甲甲+2V1+V2）由此可见，系统始态和终态固定，一次膨胀所做功由此可见，系统始态和终态固定，一次膨胀所做功小于三次。功与路径相关，若外压无限小，屡次功小于三次。功与路径相关，若外压无限小，屡次功（可逆）最大。（可逆）最大。51第51页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页热热无序能；功无序能；功有序能；能品位不一样。有序能；能品位不一样。一封闭系统，热力学能一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热，从环境吸收热q，得功，得功w，变到状态，变到状态2,热力学能热力学能U2，则有：，则有：U1U2q 0w 0U=q+w4、热力学第一定律数学表示式、热力学第一定律数学表示式52第52页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2.2化学反应反应热与焓化学反应反应热与焓 通常把反应物和生成物含有相同温度时，系统吸通常把反应物和生成物含有相同温度时，系统吸收或放出热量叫做反应热。收或放出热量叫做反应热。依据反应条件不一样，反应热又可分为：依据反应条件不一样，反应热又可分为：定容反应热定容反应热恒容过程，体积功w体=0，不做非体积功 w=0时，所以，w=w体+w=0，qV=U定压反应热定压反应热恒压过程，不做非体积功时，w体=p(V2V1)，所以qp=U+p(V2V1)能够利用这两个公式计算反应热。能够利用这两个公式计算反应热。53第53页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1焓焓 qP=U+p(V2V1)=(U2-U1)+p(V2V1)=(U2+p2V2)(U1+p 1V1)公式公式qp=H 意义：意义：等压热效应即为焓增量，所以能够经过等压热效应即为焓增量，所以能够经过H计算求出计算求出qP值。值。令令H=U+pV则则qp=H2H1=HH 称为焓，是一个主要热力学函数。称为焓，是一个主要热力学函数。思索思索：焓是状态函数吗？能否知道它绝对数值？是状态函数，但不能知道它绝对数值。是状态函数，但不能知道它绝对数值。54第54页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2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定容反应热：qV=UV；定压反应热：qp=Up+p(V2 V1)等温过程，Up UV，则：qp qV=n2(g)RT n1(g)RT=n(g)RT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。HU=qpqV=p(V2 V1)思索思索：若反应 C(石墨)+O2(g)CO2(g)qp,m为393.5kJmol 1，则该反应qV,m 为多少？该反应该反应n(g)=0，qV=qp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(g)0反应，反应，qV qp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(g)0反应，反应，qV qp=（nG+nD-nA-nC）RT 55第55页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页因为=nB/B所以所以nB=B56第56页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3盖斯定律盖斯定律化学反应恒压或恒容反应热只与物质始态或终态相化学反应恒压或恒容反应热只与物质始态或终态相关而与改变路径无关。关而与改变路径无关。始态始态C(石墨石墨)+O2(g)终态终态CO2(g)中间态中间态CO(g)+O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。57第57页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页盖斯定律示例盖斯定律示例由盖斯定律知：若化学反应能够加和，则其反应热也能由盖斯定律知：若化学反应能够加和，则其反应热也能够加和。够加和。附例附例1.3 已知反应和反应焓，计算反应焓，解：解：58第58页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页应用代数运算法时必须注意两点：应用代数运算法时必须注意两点：、只有条件（如温度）相同反应和聚集状态、只有条件（如温度）相同反应和聚集状态相同同一物质，才能相加减。相同同一物质，才能相加减。反应条件、聚集状态相同同一物质才能加减。反应条件、聚集状态相同同一物质才能加减。、将方程式同乘或除一系数时，该反应热效、将方程式同乘或除一系数时，该反应热效应也应同乘或除一系数。应也应同乘或除一系数。方程式乘或除系数，反应热效应也应同乘或除。方程式乘或除系数，反应热效应也应同乘或除。59第59页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2.3反应标准摩尔焓变计算反应标准摩尔焓变计算1 热力学标准态：热力学标准态：气体物质标准态：标准压力p=100kPa）下表现出理想气体性质纯气体状态溶液中溶质B标准态是:标准压力p 下，质量摩尔浓度为b (1.0mol.kg-1),并表现出无限稀溶液中溶质状态;本书采取近似c =1.0 mol.dm-3)液体或固体标准态是:标准压力p 下纯液体或纯固体。60第60页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓水和离子相对焓值：水和离子相对焓值：要求以水合氢离子标准摩尔生成焓为零。fHm0（H+，298.15）=0思索思索：以下哪些反应恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)标准状态时由指定单质生成单位物质量纯物质时反标准状态时由指定单质生成单位物质量纯物质时反应焓变称为标准摩尔生成焓，记作应焓变称为标准摩尔生成焓，记作 指定单质通常指标准压力和该温度下最稳定单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P为白磷(s)，即P（s，白）。61第61页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3标准摩尔焓变及测定标准摩尔焓变及测定测定原理：测定原理：因为因为qp=H所以能够经过在标准状态下测定恒温恒压条件所以能够经过在标准状态下测定恒温恒压条件下反应热得到反应标准摩尔焓变下反应热得到反应标准摩尔焓变.标准状态下标准状态下,反应进度反应进度 =1mol1mol焓变称为反应标焓变称为反应标准摩尔焓变准摩尔焓变:记作记作62第62页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页4反应标准摩尔焓变计算反应标准摩尔焓变计算稳定单质稳定单质可从手册数据计算可从手册数据计算298.15K时标准摩尔反应焓时标准摩尔反应焓.反应物反应物标准状态标准状态生成物生成物标准状态标准状态 rHm fHm(p)fHm(r)由盖斯定律，得：由盖斯定律，得：63第63页 已知：已知：f fH Hmm0 0（NHNH3 3，g,298.15g,298.15）=-46.0kJ/mol=-46.0kJ/mol f fH Hmm0 0（NONO，g,298.15g,298.15）=90.4 kJ/mol=90.4 kJ/mol f fH Hmm0 0（H H2 2O O，g,298.15g,298.15）=-241.8 kJ/mol=-241.8 kJ/mol 4NH4NH3 3(g)+5O(g)+5O2 2(g)H(g)Hmm 4NO(g)+6H 4NO(g)+6H2 2O(g)O(g)H Hmm 1 H 1 Hmm2 2 2N 2N2 2+6H+6H2 2+5O+5O2 2 HHmm 1=5 1=5f fH Hmm(O(O2 2)+4)+4 f fH Hmm0 0 （NHNH3 3）=4(-46.0)+50=-184.0 kJ/mol=4(-46.0)+50=-184.0 kJ/mol HHmm 2=4 2=4 f fH Hmm0 0(NO)+6 (NO)+6 f fH Hmm0 0 （H H2 20 0）=490.4+6(-241.8)=-=490.4+6(-241.8)=-1089.2kJ/mol 1089.2kJ/mol 由盖斯定律：由盖斯定律：HHmm 1+H 1+Hmm=H=Hmm 2 2 HHmm=H=Hmm 2-H 2-Hmm 1 1 =4fH4fHmm(NO)+6fH(NO)+6fHmm（H H2 20 0）-5fH5fHmm(O(O2 2)+4fH)+4fHmm（NHNH3 3）=-1089.2-=-1089.2-（-184.0-184.0）=-905.2 kJ/mol=-905.2 kJ/mol6464第64页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页标准摩尔反应焓变计算示例标准摩尔反应焓变计算示例解解：从手册查得298.15K时Fe2O3和Al2O3标准摩尔生成焓分别为824.2和1675.7kJmol-1。例例试计算铝热剂点火反应反应计量式为：65第65页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页66第66页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页注意事项注意事项 物质聚集状态，查表时仔细物质聚集状态，查表时仔细应用物质标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时需要注意 公式中化学计量数与反应方程式相符公式中化学计量数与反应方程式相符 数值与化学计量数选配相关；数值与化学计量数选配相关；温度影响温度影响67第67页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页68第68页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1-3 能源及其有效与清洁利用 能源是指能提供能量源泉或资源。人类文明始于能源是指能提供能量源泉或资源。人类文明始于火使用，燃烧现象是人类最早化学实践之一，燃烧把火使用，燃烧现象是人类最早化学实践之一，燃烧把化学与能源紧密地联络在一起。人类巧妙地利用化学化学与能源紧密地联络在一起。人类巧妙地利用化学改变过程中所伴随能量改变，创造了五光十色物质文改变过程中所伴随能量改变，创造了五光十色物质文明。明。当代社会生产和生活离不开能源。能源既是工农当代社会生产和生活离不开能源。能源既是工农业生产中必需物质基础，也是人类赖以生存物质条件业生产中必需物质基础，也是人类赖以生存物质条件之一。伴随社会发展，能源供需之间将会出现越来越之一。伴随社会发展，能源供需之间将会出现越来越尖锐矛盾。所以，怎样节约能源，研究和发展利用新尖锐矛盾。所以，怎样节约能源，研究和发展利用新能源，就引发了世界范围内极大关注。能源，就引发了世界范围内极大关注。69第69页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.3常见能源及其有效与清洁利用常见能源及其有效与清洁利用能源是自然界中为人类提供能量物质资源。能源是自然界中为人类提供能量物质资源。能源是当今社会三大支柱（材料、能源、信息）能源是当今社会三大支柱（材料、能源、信息）之一。之一。能源是我们赖以生存主要物质基础。能源是我们赖以生存主要物质基础。70第70页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.3.1世界能源结构与能源危机世界能源结构与能源危机1.1.能源分类能源分类一次能源一次能源二次能源二次能源常规常规能源能源燃料能源燃料能源煤炭、石油、天然煤炭、石油、天然气、生物质能气、生物质能煤气、焦碳、成品燃煤气、焦碳、成品燃油、液化气、酒精油、液化气、酒精非燃料能源非燃料能源 水能水能电力、蒸汽、热水电力、蒸汽、热水新能源新能源燃料能源燃料能源核能核能人工沼气、氢能人工沼气、氢能非燃料能源非燃料能源太阳能、地热、风太阳能、地热、风能、海洋能能、海洋能激光激光利用利用情况情况使用使用性质性质形成条件形成条件表表1.2能源分类能源分类71第71页首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2能量消耗前六名国家能量消耗前六名国家美国美国中国中国俄罗斯俄罗斯日本日本
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