普通化学_课件_中国农业大学(1).ppt

思考？1. 怎样知道一个化学反应：放热？ 吸热？最多能放（吸）热量？2. 怎样判断物质之间能否自发进行反应？3. 有些反应可以用来对外做功，最多能做 多少功？12 化学热力学基础 Primary Conception of Chemical Thermodynamics重点知识（本章解决的问题）• 化学应标准 摩尔焓（化学反应热）的计算• 掌握化学反应自发进行方向的判断作业：2.1, 2.2, 2.4, 2.7, 2.8 2.9, 2.112基本内容化学热力学的基本概念化学反应热的计算化学反应的自发方向32.1.1 系统和环境（System and environment）作为研究对象的那一部分物质叫做系统系统之外与系统有密切联系的其它物质叫做环境2.1 基本概念（concept）4热力学系统可分为三类：敞开系统(open system)封闭系统 (closed system) 孤立系统(isolated system)系统与环境之间的交换物质、能量物质、能量能量能量？？52.1.2 系统的状态函数 （state function）状态函数：用来说明、确定系统所处状态的宏观物理量。

状态函数的特征：状态函数的特征：a 定值性 b 状态函数的改变，只与过程有关，状态函数的改变，只与过程有关，而与途径无关而与途径无关62.1.3 热和功 (heat and work)能量的传递方式有三种：热、功、辐射热： Q ， SI单位为J规定：系统吸热，Q > 0 系统放热，Q 0系统对环境作功，W 0 吸热反应r（reaction)Δ Δr rHHΔ Δr rHH mm标准状态下化学反 应的焓变标准状态下1mol 化学反应的焓变23H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(l) ΔrH m(298K)=-285.8kJ.mol-1H2(g)+ 1/2 O2(g)=H2O(g) ΔrH m (298K)=-241.8kJ.mol-1下式的意义？下式的意义？24要求：要求：①①注明各物质的物态：注明各物质的物态： ℓ ℓ(liquid), (liquid), g g(gas), (gas), s s(solid), (solid), aqaq(aqueous(aqueous) )②②注明反应条件：温度、压力注明反应条件：温度、压力 Δ Δr rHH mm(298) 298K(298) 298K时时, ,化学反应进行化学反应进行1mol1mol时时 的标准焓变。

的标准焓变2.2.3 热化学方程式（thermochemical equation)25③③反应式书写发生改变，反应焓变发生相应的反应式书写发生改变，反应焓变发生相应的变化H2O(l) =H2(g)+1/2 O2(g) 2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l) HH2 2(g)+1/2 O(g)+1/2 O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)O(l) Δ Δr rHH mm(298)=-571.6kJ.mol(298)=-571.6kJ.mol-1-1Δ Δr rHH mm(298)=-285.8kJ.mol(298)=-285.8kJ.mol-1-1ΔrH m(298)=285.8kJ.mol285.8kJ.mol-1-1262.2.4 热化学定律——盖斯定律（G.H.Hess)计算一些复杂反应的反应热盖斯定律 (Hess’ law )一个反应若能分若干步进行，则总反应的反应热等于各分步反应反应热的代数和27CO(g)+O2(g)CO2(g)C(s)+O2(g)ΔrH mΔrH m2ΔrH m1ΔrH m = ΔrH m1 + ΔrH m2理论基础？28（1） C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔrH m1 =-110kJ.mol-1 （2） CO(g)+ 1/2O2(g)=CO2(g) ΔrH m2 =-284kJ.mol-1 （3） C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔrH m3 反应式（1）+（2）=（3）ΔrH m3 =ΔrH m1 +ΔrH m2 = -110 kJ.mol-1 -284 kJ.mol-1 =-394 kJ.mol-129注意：a. 各反应中，同一物质的聚集状态及压力温度 等条件应相同。

b. 在对反应式进行合并时，如果有系数的变化 则相应的焓变值要有相应的系数变化30例题3：已知 (1) Cu(s) +1/2 O2(g) = CuO(s) ΔrH m1 =-157kJ.mol-1(2) Cu2O(s) +1/2 O2(g)= 2CuO(s) ΔrH m2 =-145kJ.mol-1(3) 2Cu(s)+ 1/2 O2(g) = Cu2O(s) ΔrH m3 (1)  2 -(2)=(3)ΔrH m3= 2ΔrH m1 -ΔrH m2 =2 (-157kJ.mol-1)-(-145kJ.mol-1)=-169kJ.mol-1312. 2.5 物质的标准摩尔生成焓(1)定义 物质B的标准摩尔生成焓 是在指定温度下 由参考态的单质生成1mol物质B时的标准摩尔焓变 用符号ΔfH m 表示单位kJ.mol-1 如：298K O2(g)+H2(g)= H2O(l) ΔrH m = -285.8kJ.mol-1ΔfH m(H2O,l)= -285.8kJ.mol-1ΔfH m_(参考态单质）=?(standard molar enthalpy of formation, ΔfH m)32(2) ΔrHm (298K) 的计算 ΔrHm (298K) =ΣνiΔfHm(298K)该公式可由热力学第一定律（盖斯定律）推导出。

33例题4：计算反应 N2(g)+3H2(g)=2NH3（g) ΔrH m (298)解： 查表ΔfH m(NH3)=-46.11kJ.mol-1 ΔfH m(N2)=0 ΔfH m(H2)=0ΔrHm=2×ΔfH m(NH3)-3ΔfH m(H2)- ΔfH m(N2)=2×(-46.11kJ.mol-1) =-92.22kJ.mol-134例题例题5 5：求反应：求反应3CO(g)+Fe3CO(g)+Fe2 2OO3 3(s)=2Fe(s)+3CO(s)=2Fe(s)+3CO2 2298K 298K时的时的Δ Δr rHH mm解：查表解：查表 Δ Δf fHH mm(CO(CO2 2,g)=-393kJ.mol,g)=-393kJ.mol-1-1Δ Δf fHH mm(CO,g)=-110kJ.mol(CO,g)=-110kJ.mol-1-1Δ Δf fHH mm(Fe(Fe2 2OO3 3,s)=-824kJ.mol,s)=-824kJ.mol-1-1Δ Δf fHH mm(Fe,s)=0(Fe,s)=0Δ Δr rHH mm(298)=3(298)=3 Δ Δf fHH mm(CO(CO2 2,g)+2Δ,g)+2Δf fHH mm(Fe,s)(Fe,s)-3 -3 Δ Δf fHH mm(CO,g)-Δ(CO,g)-Δf fHH mm(Fe(Fe2 2OO3 3,s),s)=3×(-393 kJ.mol=3×(-393 kJ.mol-1-1)-3×(-110 kJ.mol)-3×(-110 kJ.mol-1-1) )-(-824 kJ.mol -(-824 kJ.mol-1-1)=-25(kJ.mol)=-25(kJ.mol-1-1) )35练习1. 已知298 K时：(1) 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) ΔrHm= -1170 kJ·mol－1(2) 4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) ΔrHm= -1530 kJ·m ol-1利用以上数据，计算ΔfHm(NO,g,298K)。

36应用的知识点：盖斯定律和ΔfH m定义372.3.1 反应的自发性(1) 过程的自发性在一定条件下，不需外力作功能自发进行的过程称为 自发过程2)自发过程的特点：a自发过程是不可逆的；b自发过程可以被用来做非体积功； c自发过程只能进行到一定的程度2.3 化学反应的自发性 (chemical reaction spontaneity)382.3.2 焓变与反应的自发性系统放热，即ΔrHm Sm (l)> Sm (s）b.相同物态同类物质，分子中原子或电子数越多，分子量越大，结构越复杂，熵越大Sm(F2)0，气体溶于水时ΔrSm0，反之，ΔrSm0 不有利于反应的自发进行熵 ΔrSm（T）>0 有利于反应的自发进行 ΔrSm（T） 0,ΔrHm > 0标准态下，高温自发，低温不可能自发1. Cl2(g)+H2(g) = 2HCl(g);ΔrSm > 0, ΔrHm 0标准态下，任意温度均不可能自发 ；3. HCl(g)+NH3(g) = NH4Cl(s);ΔrSm 0,则过程非自发进行；ΔG = 0,则系统处于平衡状态54对于标准态下，进行的1mol反应则有：ΔrGm ＜ 0 化学反应正向自发进行；ΔrGm ＞0 化学反应正向非自发进行；ΔrGm = 0 化学反应系统处于平衡状态。

552.3.5 物质的标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGm物质B的标准摩尔生成吉布斯自由能是在指定温度T下由参考态的单质生成1mol物质B时的标准摩尔吉布斯自由能变，ΔfGm，kJ.mol-1 56如：298K O2(g)+H2(g)= H2O(l) ΔrG m =-237.2kJ.mol-1ΔfGm(H2O,l)=-237.2kJ.mol-1571、ΔfG m_(参考态单质）=?2、 ΔfG m_的正、负说明什么？NO(g) H2O(l) NH3(g) O2(g)ΔfGm 86.6 -237 -16.5 0/kJ.mol-158标准态下，298K ΔrG m计算ΔrG m (298K) =ΣνiΔfG m(298K)2.3.6 反应的标准摩尔吉布斯自由能变的计算νi为物质在反应式中的计量数，反应物为负值，产物为正值59解： 查表 NO(g) H2O(l) NH3(g) O2(g)ΔfGm/kJ.mol-1 86.6 -237 -16.5 0ΔrGm = 4ΔfGm(NO,g)+6ΔfGm(H2O,g)- 4ΔfGm(NH3,g)-5ΔfGm(O2,g)=4(86.6 kJ.mol-1)+6(-237 kJ.mol-1)-4(-16.5kJ.mol-1)=-1009.6kJ.mol-1（ΔG0－－低温0＋＋低温>0高温0B、Mg(s)+Cl2(g)=MgCl2(s) ΔrHm0,高温ΔrSm>0任意TΔrSm 0 T > T转66例7 人类历史上，铜器时代先于铁器时代，这与人类原来只能使用木材作燃料(火焰温度约700 K)有关。

试计算标准状态下， 以下二反应得以正向自发的温度范围，说明以上历史现象2Fe2O3(s)+3C(s)=4Fe(s)+3CO2(g)2CuO(s)+C(s)=2Cu(s)+CO2(g)67解：2Fe2O3(S)+3C(S)=4Fe(S)+3CO2(g)rHm=3fHm (CO2,g)+(-2)fHm。