大连理工大学无机化学第二章.ppt

第二章 热化学,§2.1 热力学术语和基本概念,§2.2 热力学第一定律,§2.3 化学反应热,§2.4 Hess定律,§2.5 反应标准摩尔焓变的计算,§2.1 热力学术语和基本概念,2.1.1 系统和环境,2.1.5 化学反应计量式和反应进度,2.1.4 相,2.1.3 过程和途径,2.1.2 状态和状态函数,2.1.1 系统和环境,系统(system)：被研究对象环境(surroundings)：与系统密切相关的部分敞开系统：与环境有物质交换也有能量交换封闭系统：与环境无物质交换有能量交换隔离系统：与环境无物质、能量交换2.1.2 状态和状态函数,状态(state)：系统的宏观性质的综合表现 状态函数(state function)：描述系统性质的物理量 （如p，V，T) 特点：①状态一定,状态函数一定 ② 状态变化时,状态函数的变化值只 与始态、终态有关,而与变化的途径无关始态,终态,,（Ⅰ）,（Ⅱ）,2.1.3 过程和途径,过程(process)：系统从始态到终态发生的一系列变化 定温(isothermal)过程：始态、终态温度相等，并且过程中始终保持这个温度T1=T2 定压(isobaric)过程：始态、终态压力相等，并且过程中始终保持这个压力。

p1=p2 定容(isochoric)过程：始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积V1=V2,2.1.4 相,均相(homogeneous)系统(或 单相系统) 非均相(heterogeneous)系统 (或多相系统),系统中物理性质和化学性质完全相同的且与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分，叫做相(phase) 2.1.5 化学反应计量式和反应进度,—物质B的化学计量数 (stoichiometric number),化学反应计量式：,νA=-a， νB=-b， νY=y， νZ=z 反应进度（extent of reaction)：,单位是mol,t0时 nB/mol 3.0 10.0 0 0,t1时 nB/mol 2.0 7.0 2.0,t2时 nB/mol 1.5 5.5 3.0,反应进度必须对应具体的反应方程式2.0 7.0 2.0 (mol),3.0 10.0 0 (mol),§2.2 热力学第一定律,2.2.1 热和功,2.2.3 热力学第一定律,2.2.2 热力学能,2.2.1 热和功,系统与环境之间由于存在温差而传递 的能量。

1.热( Q ),热不是状态函数 规定：系统吸热(endothermic)：Q 0； 系统放热(exothermic)： Q 0系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量 分类：体积功，非体积功,系统对环境做功，W0（得功）,2.功( W ),规定：,功不是状态函数,体积功的计算：,2.2.2 热力学能,热力学能(thermodynamic energy) U： 系统内所有微观粒子的全部能量之和，也称内能(internal energy) U是状态函数热力学能变化只与始态、终态有关，与变化的途径无关2.2.3 热力学第一定律,对于封闭系统,热力学第一定律的数学表达式为：,热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律U2 = U1 + Q + W U2 - U1 = Q + W,§2.3 化学反应热,2.3.1 定容反应热,2.3.5 标准摩尔生成焓,2.3.4 热化学方程式,2.3.3  rUm和rHm,2.3.2 定压反应热,2.3.6 标准摩尔燃烧焓,封闭系统，在定容过程中，系统和环境之间交换的热量为定容反应热用QV表示 因为V = 0，所以，体积功W = 0； QV = U 即，在定容且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统热力学能的增加。

2.3.1 定容反应热,封闭系统，在定压过程中，系统和环境之间交换的热量为定压反应热用Qp表示若系统不做非体积功，则：,2.3.2 定压反应热,令：U + pV = H —焓(enthalpy)，状态函数 H = H2 – H1 ——焓变 则 Qp = H 即在定压且非体积功为零的过程中， 封闭系统从环境吸收的热等于系统焓的增加反应的摩尔焓变(molar enthalpy change of reaction) rHm,2.3.3  rUm和rHm,在一定条件下，化学反应,反应的摩尔热力学能变rUm,对于无气体参加的反应，W = –pex  V=0,有气体参加的反应：,=, rUm和rHm 的关系,标准状态：,表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓变)关系的化学反应方程式2H2(g)+O2(g)  2H2O(g),气体：T，p = p =100kPa,液、固体：T，p 下，纯物质,溶液：溶质B，bB=b =1mol·kg-1,cB=c =1mol·L-1,2.3.4 热化学方程式,2H2(g)+O2(g)  2H2O(g),2H2(g)+O2(g)  2H2O(l),H2(g)+ O2(g)  H2O(g),在温度T下,由参考状态的单质生成物质B(νB=+1)反应的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔生成焓(standard molar enthalpy of formation)。

符号为：,(B,相态,T) ，单位是kJ·mol-1,H2(g)+ O2(g)  H2O(g),(H2O ,g,298.15K) = –241.82kJ·mol-1,(参考态单质,T)=0,2.3.5 标准摩尔生成焓,,,在温度T下, 物质B (νB= -1)完全氧化成指定产物时反应的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔燃烧焓(standard molar enthalpy of combustion)符号为：,(B,相态,T) ，单位是kJ·mol-1,(CH3OH ,l,298.15K) = -726.51kJ·mol-1,2.3.6 标准摩尔燃烧焓,§2.4 Hess定律,化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的例：已知298.15K下，反应：,计算298.15K下，CO的标准摩尔生成焓解：解法一：利用Hess定律,,,途径1,途径2,,,,解法二：,,,§2.5 反应标准摩尔焓变的计算,2.5.1 由标准摩尔生成焓计算 反应的标准摩尔焓变,2.5.2 由标准摩尔燃烧焓计算 反应的标准摩尔焓变,,,,,,,,,=[4×90.25+6×(-241.82) -4 ×(-46.11)-0]kJ·mol-1,= –905.4 8kJ·mol-1,2.5.1 由标准摩尔生成焓计算 反应的标准摩尔焓变,结论： aA + bB → yY + zZ,,,,,2.5.2 由标准摩尔燃烧焓计算 反应的标准摩尔焓变,结论： aA + bB → yY + zZ,作业：4、6、8、15,。