无机及分析化学：第2章-化学反应的一般原理课件.ppt

第二章 化学反应的一般原理2.1基本概念2.2热化学2.3化学反应的方向与限度2.4化学平衡及其移动2.5化学反应速率2.6化学反应一般原理的应用1、理解反应进度、系统与环境、状态与状态函数的概念；2、掌握热与功的概念和计算，掌握热力学第一定律的概念；3、掌握Qp、U、rHm、rHm、fHm、rSm、rSm、Sm、rGm、rGm、fGm的概念及有关计算和应用；4、掌握标准平衡常数K的概念及表达式的书写；掌握rGm与K的关系及有关计算；5、理解反应速率、反应级数的概念；掌握基元反应的概念；理解活化分子、活化能、催化剂的概念；了解影响反应速率的因素及其应用本章要求化学反应一般原理化学热力学化学动力学化学反应的可能性、方向；化学反应的程度；化学反应的能量关系、反应的热效应等化学反应的快慢，反应的历程(机理)等2.1基本概念2.1.1化学反应进度1.化学计量数 B对任一已配平的化学反应方程式，按国家法定计量单位可表示为B：化学反应方程式中的反应物或生成物，称物质B；B：物质B的化学计量数，其量纲为1，规定：反应物的化学计量数为负值，而生成物的化学计量数为正值反应物的化学计量数为负值，而生成物的化学计量数为正值。

反应物的化学计量数为负值，而生成物的化学计量数为正值反应物的化学计量数为负值，而生成物的化学计量数为正值对各物种B加和如反应N2+3H2=2NH3即为0=N23H2+2NH3化学计量数 B分别为：(N2)=1，(H2)=3，(NH3)=+20=2.化学反应进度定义：d=B1dnB或dnB=Bd nB：物质B的物质的量；B：物质B的化学计量数；积分式：=B1nB即nB=B也即当物质B从反应起始的n0(0=0)nB()时，反应进度 化学反应进度 ksai是表示化学反应进行的程度的一个物理量，单位为mol例2-1用c(Cr2O72)=0.02000molL1的K2Cr2O7溶液滴定25.00mLc(Fe2+)=0.1200molL1的酸性FeSO4溶液，其滴定反应式为6Fe2+Cr2O72+14H+=6Fe3+2Cr3+7H2O滴定至终点共消耗25.00mLK2Cr2O7溶液，求滴定至终点的反应进度？解：n(Fe2+)=0c(Fe2+)V(Fe2+)=00.1200molL125.00103L=3.000103mol=(Fe2+)1n(Fe2+)=(1/6)(3.000103)mol=5.000104mol或 n(Cr2O72)=0c(Cr2O72)V(Cr2O72)=00.02000molL125.00103L=5.000104mol =(Cr2O72)1n(Cr2O72)=1(5.000104)mol=5.000104mol显然，反应进度与物质B的选择无关，而与化学反应计量方程式的写法有关。

例N2+3H22NH3当n(NH3)=1mol时，=n(NH3)/(NH3)=1mol/2=0.5mol，而此时n(N2)=0.5mol，=n(NH3)/(NH3)=0.5mol/1=0.5mol，同理n(H2)=1.5mol，=n(NH3)/(NH3)=1.5mol/3=0.5mol，说明不管用哪个物质表示反应进度都一样!1/2N2+3/2H2NH3 =?1.0mol注意：注意：即在表示反应进度时物质B和B可以不同，但用不同物种表示的同一反应的不变n n由于反应进度由于反应进度 与计量系数与计量系数 B B有关，而计量系数有关，而计量系数 B B与具体反应计与具体反应计量方程式有关，所以，在讲反应进度时必须指明反应方程式；量方程式有关，所以，在讲反应进度时必须指明反应方程式；n n对给定计量方程式，对给定计量方程式，B B为定值，随反应进行，求得为定值，随反应进行，求得 n nB B 即可求得即可求得；n n当当 =1mol=1mol时，称单位反应进度时，称单位反应进度，意即按计量方程式进行了一次完，意即按计量方程式进行了一次完整反应；如反应整反应；如反应 N N2 2+3H+3H2 2=2NH=2NH33若若 =1mol=1mol，意指，意指1mol1molN N2 2与与3 3molmolH H2 2反应生成了反应生成了2 2molmolNHNH33。

n n对任一化学反应对任一化学反应a aA+A+b bB=B=g gG+G+d dDD有有反应进度=1mol的物理意义是什么?2.1.2系统和环境系统：人们所研究的对象；环境：系统以外与系统密切相关的其它物质和空间；系统与环境之间可以根据能量与物质的交换情况，分为三类系统敞开系统封闭系统隔离系统特征系统与环境之间有物质和能量的交换；系统与环境之间有能量交换但无物质交换；也称孤立系统，系统与环境之间既无物质交换也无能量交换，是一种理想状态2.1.3状态和状态函数状态：由一系列表征系统性质的宏观物理量(如p、T、V等)所确定下来的系统的存在形式；状态函数:藉以确定系统状态的宏观物理量；理想气体 n=1molp=101.3kPaV=22.4LT=273.15K 状态函数特性：状态函数的变化值(增量)只取决于系统的始态与终态，而与变化的具体途径无关如：n=n2n1；p=p2p1T=T2T1V=V2V1等等2.1.4过程与途径过程：当系统发生一个任意的状态变化时，我们说系统经历了一个过程；途径：系统状态变化的各种条件，我们称之为途径；三种常见的过程：等容过程等压过程等温过程T始=T终系统从始态到终态的变化过程可以采取不同的方式，每一种方式就称为一种途径。

状态函数的变化只取决于终状态函数的变化只取决于终始态而与途径无关始态而与途径无关2.1.5功和热热和功是系统状态发生变化时与环境之间的两种能量交换形式，单位均为J或kJ热：系统与环境之间因温度不同而引起的能量交换形式称为热，用Q来表示；功：系统与环境之间除热以外的其他各种能量交换形式均称为功，用W来表示；热力学中对Q和W的符号规定如下：Q：系统向环境吸热，Q取正值(Q 0，系统能量升高)；系统向环境放热，Q取负值(Q 0，系统能量升高)；系统对环境做功，W取负值(W 0 0，系统能量升高；U U 00)全部用于增加系统的焓H(H 0)；反之系统放出的热量(Qp0)全部用于降低系统的焓H(H 0 系统吸热 H 0 系统放热热力学中将H称为焓，它具有能量的量纲，无明确的物理意义由于U、p、V均为状态函数，它们的组合H也是状态函数，其绝对值目前也无法确定注意：反应过程若非恒温恒压，也有H，但此时H QpU和H的关系在恒压不做非体积功时，由U=QppV和Qp=H得U=H pV当反应物和生成物都为固态和液态时，反应的pV值很小，可忽略不计，故H U对有气体与的化学反应，pV值较大，假设为理想气体，H=U+n(g)RT 其中n(g)=即n(g)=生成物气体的物质的量反应物气体的物质的量例2-3 已知已知乙醇的燃烧反应为C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)在298.15K和100kPa下，1mol乙醇完全燃烧放出1367kJ的热量，求该反应的H和U。

解：燃烧1mol乙醇该反应的反应进度为=B1nB=(01)mol/(1)=1mol反应在恒温恒压下进行，所以H=Qp=1367kJU=H n(g)RT=(1367)kJ(23)8.314103kJK1298.15K=1364kJ可见即使在有气体参与的反应中，pV(即n(g)RT)与H相比也只是一个较小的值因此，在一般情况下，可认为：H在数值上近似等于U，在缺少U的数据的情况下可用H的数值近似复习pV=nRT；R=8.314Jmol1K1 =8.314Pam3mol1K1 1Pam3=1J 压力（压强）：p=F/A 1Pa=Nm2体积功：W=pV 1J=Pam3 2.2.2盖斯定律 在不做其它功并处于恒容或恒压的情况下，在不做其它功并处于恒容或恒压的情况下，任一化学反应，不论是一步完成的，还是分几步任一化学反应，不论是一步完成的，还是分几步完成的，其化学反应的热效应总是相同的完成的，其化学反应的热效应总是相同的即化学反应热效应只与始、终状态有关而与具体途径无关若恒温恒压：Qp=H=H2H1若恒温恒容：QV=U=U2U1讨论恒压反应：GA+B始态E+F终态C+DH+IH1H2H3H4H5H6根据盖斯定律有：H1=H2+H3=H4+H5+H6如同一反应条件下的下列三个反应C(s)+O2CO2(g)H1C(s)+1/2O2CO(g)H2CO(g)+1/2O2CO2(g)H3可设计为：C(s)O2(g)始态CO2(g)终态CO(g)1/2O2H1IH2IIIIH3根据盖斯定律：H2=H1H3也可利用反应方程式：(1)C(s)+O2(g)CO2(g)H1)(3)CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)H3(2)C(s)+1/2O2(g)CO(g)H2=H1H3必须注意：在利用化学反应方程式之间的代数关系进行运算，把相同项消去时，不仅物质种类必须相同，而且状态（即物态、温度、压力等）也要相同，否则不能相消。

已知:(1)Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)(2)3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)(3)Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)求下列反应(4)FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的解:反应(4)=(1)+(-)(2)-(3)=-16.73kJ.mol-11物质的标准态标准状态：是在温度T及标准压力p(100kPa)下的状态，简称标准态，用右上标“”表示标准态；当系统处于标准状态时，指该系统中诸物质均处于各自的标准状态具体物质相应的标准态如下：纯理想气体物质的标准态是该气体处于标准压力p下的状态；混合理想气体中任一组分的标准态是该气体组分的分压为p时的状态；纯液体(或纯固体)物质的标准态就是标准压力p下的纯液体(或纯固体)溶液中溶质的标准态指标准压力p下的溶质的浓度为c的溶液(c=1molL1)2.2.3反应焓变的计算注意：处于标准状态而温度不同的同一物质的热力学函数值是不同的，通常温度为298.15K必须注意必须注意!在标准态的规定中指规定了压力在标准态的规定中指规定了压力p，并没有规定温度，并没有规定温度 2摩尔反应焓变rHm与标准摩尔反应焓变rHm rHmreaction反应进度=1mol反应进度为1mol时的反应焓变摩尔反应焓变rHm：化学反应进度为单位反应进度(=1mol)时的反应焓变，用“rHm”表示，单位kJmol1。

注意：因反应进度与计量方程式有关，所以摩尔反应焓变的数值与反应方程式有关，必须指明具体的反应方程式标准摩尔反应焓变rHm：化学反应处于标准状态时的摩尔反应焓变，用“rHm(T)”表示，T为反应的热力学温度3热化学反应方程式注意：同一反应，不同的化学计量方程式，rHm的数值不同；如 2H2(g)+O2(g)2H2O(g)rHm483.636kJmol1应注明物种的聚集状态(g,l,s)及不同的晶型；如C(石墨)、C(金刚石)，P(白磷)、P(红磷)等还应注明反应温度(T)及压力(p)；T=298.15K、p=100KPa可省略热化学反应方程式表明化学反应与反应热关系的化学反应方程式如H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)rHm241.818kJmol1.rHm0表示吸热,如(6)式.从(1)和(2)对比,可以看出写出晶形的必要性.(3)和(4)对比,可以看出写出状态的必要性.(4)和(5)对比,可以看出计量数不同的热量变化.(3)和(6)对比,可以看出互逆反应热效应的关系.4标准摩尔生成焓fHm定义：在温度T及标准态下，由参考状态的单质生成物质B的反应其反应进度为1mol时的标准摩尔反应焓变即为物质B在温度T时的标准摩尔生成焓，用fHm(B,T)表示，单位为kJmol1。

参考状态：一般指在温度T及标准态下单质的最稳定状态在书写反应方程式时，应使物质B为唯一生成物，且物质B的化学计量数B=1如：C(石墨)+2O2(g)=。