上大無(wú)機(jī)化學(xué)B化學(xué)熱力學(xué)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、*第六章 熱力學(xué)第一定律和熱化學(xué)61化學(xué)反應(yīng)中能量關(guān)系62熱力學(xué)第一定律63化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)64 生成焓和燃燒焓第1頁(yè)第1頁(yè)*6-1-1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)人們所選取研究對(duì)象。環(huán)境系統(tǒng)以外但又與系統(tǒng)密切相關(guān) 物質(zhì)所有如： 溶液中化學(xué)反應(yīng)。 溶液是系統(tǒng)； 而與溶液相關(guān)聯(lián)其它部 分（如燒杯、攪棒、 溶液上方空氣等） 是環(huán)境。61化學(xué)反應(yīng)中能量關(guān)系第2頁(yè)第2頁(yè)*按系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)和能量互換情況不同，可將體系分為：敞開(kāi)系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)互換,又有能量互換封閉系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境之間沒(méi)有物質(zhì)互換,只有能量互換孤立系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境之間沒(méi)有物質(zhì)和能量互換第3頁(yè)第3頁(yè)*6-1-2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)指用來(lái)描述該體系

2、溫度、壓力、體積、 質(zhì)量、構(gòu)成等物理和化學(xué)性質(zhì)物理量 總和。 即：狀態(tài)是體系一切客觀性質(zhì)總和。狀態(tài)函數(shù)能擬定體系狀態(tài)性質(zhì)物理量， 只與體系所處狀態(tài)相關(guān)。第4頁(yè)第4頁(yè)*注意： 1、狀態(tài)函數(shù)改變值只與體系改變始末狀態(tài) 相關(guān)，而與改變路徑無(wú)關(guān)。T = T2-T1 = 50-25 = 25第5頁(yè)第5頁(yè)*2、同一體系狀態(tài)函數(shù)之間是互相關(guān)聯(lián)和互相制約，如擬定了其中幾種，其它也就 隨之?dāng)M定了。 如氣體狀態(tài)方程式：PV = n RT第6頁(yè)第6頁(yè)*6-1-3熱和功熱量體系和環(huán)境之間存在溫差時(shí)所發(fā)生能 量互換。 如：反應(yīng)熱、溶解熱等功體系和環(huán)境之間除熱之外其它能量互換。 如：體積功，非體積功（電功、表面功等）熱和

3、功都是能量傳遞形式。熱量用 q 表示，功用 w 表示。第7頁(yè)第7頁(yè)*要求： 1、系統(tǒng)吸熱 q 0 ，系統(tǒng)放熱 q 0。 2、系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功 0 ， 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功 0。 3、熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，因此其數(shù)值大小與改變路徑相關(guān) 如：在外壓（p）恒定條件下，體積功由系統(tǒng)體積改變量（V）來(lái)決定。 即 W = - pV 4、熱和功單位：J 或 kJ第8頁(yè)第8頁(yè)*6-1-4 熱力學(xué)能、熱力學(xué)能系統(tǒng)中一切形式能量總和，用表示。、熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)，其改變值與改變路徑無(wú)關(guān)。、熱力學(xué)能絕對(duì)值無(wú)法知道，但只要知道熱力學(xué)能改變值（D U）就能夠了。4 、熱力學(xué)能單位：J 或 kJ第9頁(yè)第9頁(yè)*6-2 熱力學(xué)第一定律

4、 能量守恒定律 在任何過(guò)程中，能量不能毀滅也不能創(chuàng)生，只能從一個(gè)形式轉(zhuǎn)化成另一個(gè)形式，從一個(gè)物體傳給另一個(gè)物體。第10頁(yè)第10頁(yè)*如：在一封閉系統(tǒng)中 始態(tài) 過(guò)程中 終態(tài) U1 與環(huán)境互換熱和功 U2 q +W依據(jù)能量守恒定律： U2 = U1 +（q + W） 或：U = U2 - U1 = q + W 上式闡明：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)改變過(guò)程，其熱力學(xué)能改變（U ）等于系統(tǒng)吸取熱量和得到功。第11頁(yè)第11頁(yè)*63化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 討論和計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱量改變問(wèn)題學(xué)科，稱為熱化學(xué)。在恒壓或恒容條件下并且不做其它功條件下，當(dāng)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生后若使反應(yīng)溫度回到反應(yīng)物起始溫度，這時(shí)系統(tǒng)放出或吸取熱量稱為反應(yīng)熱

5、。(通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得。)第12頁(yè)第12頁(yè)*6-3-1 恒壓或恒容條件下化學(xué)反應(yīng)熱1. 恒容條件下化學(xué)反應(yīng)熱若系統(tǒng)改變是恒容過(guò)程(體積不變)，即沒(méi)有體積功則W=0，U=QvQv為恒容過(guò)程熱量，此式表示在不做體積功條件下系統(tǒng)在恒容過(guò)程中所吸取熱量所有用來(lái)增長(zhǎng)系統(tǒng)熱力學(xué)能。第13頁(yè)第13頁(yè)* 假如系統(tǒng)改變是恒壓過(guò)程即p為定值，V由V1變成V2，Qp 表示恒壓過(guò)程熱量(V2V1時(shí)是系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功W為負(fù))。U=Qp+W=Qp-p(V2-V1)U2-U1=Qp-p(V2-V1)=Qp-pV2+pV1Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)U、p、V都是系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)，它們組合(U+pV)也是狀態(tài)函數(shù)在熱力學(xué)上將

6、(U+pV)定義為新?tīng)顟B(tài)函數(shù)，叫做焓，用H來(lái)表示：H=U+pVQp=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=H2. 恒壓條件下化學(xué)反應(yīng)熱第14頁(yè)第14頁(yè)*1、因 U 絕對(duì)值無(wú)法測(cè)，因此 H 絕對(duì)值亦無(wú)法測(cè)，我們也只研究焓變(H)。2、要求：放熱反應(yīng)時(shí)，DH0 吸熱反應(yīng)時(shí)：DH0 對(duì)吸熱反應(yīng)：H生成物H反應(yīng)物 對(duì)放熱反應(yīng)：H生成物 H反應(yīng)物3、 DH單位：kJ mol-1第15頁(yè)第15頁(yè)*6-3-2熱化學(xué)反應(yīng)方程式此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。熱化學(xué)反應(yīng)方程式書(shū)寫時(shí)應(yīng)注意：、要注明反應(yīng)條件。若不注明者則認(rèn)為是原則狀態(tài)。、要注明物質(zhì)匯集狀態(tài)（S、l、g、aq）第16頁(yè)第16頁(yè)*6-3

7、-3 蓋斯定律、蓋斯定律在恒壓或恒容條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)無(wú)論是一步完畢或分幾步完畢，其熱效應(yīng)總是相同。如：H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l)rH=-285.8kJmol-1若分步:H2(g)=2H(g)rH1=+431.8kJmol-10.5O2(g)=O(g)rH2=+244.3kJmol-12H(g)+O(g)=H2O(g)rH3=-917.9kJmol-1H2O(g)=H2O(l)rH4=-44.0kJmol-1 總: H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l) rH總=-285.8kJmol-1第17頁(yè)第17頁(yè)* 蓋斯定律是熱化學(xué)基礎(chǔ)，它能使熱化學(xué)方程式像普通代數(shù)方程式那樣進(jìn)行

8、計(jì)算，從而能夠使我們從易測(cè)熱效應(yīng)來(lái)求算難于測(cè)量或不能測(cè)量熱效應(yīng)。一個(gè)分一步，一個(gè)分四步。因焓為狀態(tài)函數(shù)因此與路徑無(wú)關(guān)H2(g)+0.5O2(g)H2O(l)+ O(g)H2O(g)rH3rH4rH2rH12H(g)第18頁(yè)第18頁(yè)*例1：求C(石墨)+0.5O2(g)=CO(g)rH=？由于產(chǎn)物純度不好控制，也許在生成CO同時(shí)也有少許CO2生成。下列兩個(gè)反應(yīng)熱效應(yīng)容易測(cè)。C(石墨)+O2(g)=CO2(g) rH2=-393.5kJmol-1CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g) rH3=-283.kJmol-1C石墨+O2(g)CO2(g)CO(g)+0.5O2(g)rH2rH3始態(tài)終態(tài)

9、rH1rH2=rH1+rH3解得rH1=-110.5kJmol-1第19頁(yè)第19頁(yè)*6-4 生成焓和燃燒焓6-4-1 熱力學(xué)原則狀態(tài) 6-4-2 生成焓 (Hf) 在恒定溫度和壓力下，由穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)，體系焓變稱為該化合物生成焓（或稱為生成熱），以 Hf 表示。氣體物質(zhì)壓力為100kPa （P）溶液中溶質(zhì)其濃度為1.0 moldm-3 (c) 液體和固體P壓力下液態(tài)和固態(tài)純物質(zhì)溫度能夠任選，通常選 298.15 K。第20頁(yè)第20頁(yè)*6-4-3 原則生成焓 在一定溫度、原則狀態(tài)下,由穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)，系統(tǒng)焓變稱為該化合物原則生成焓，以Hf 表示。部分物質(zhì)原則生成焓Hf 能夠從相關(guān)表中查得。生成焓和原則生成焓單位是： kJ mol-1顯然，穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)原則生成焓為0。第21頁(yè)第21頁(yè)*6-4-4 由原則生成焓計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 單質(zhì)第22頁(yè)第22頁(yè)*即：原則反應(yīng)熱Ho等于生成物原則生成焓之和與反應(yīng)物原則生成焓之和差。第23頁(yè)第23頁(yè)*例2 計(jì)算下列反應(yīng)原則反應(yīng)熱解：查表得第24頁(yè)第24頁(yè)*例3 已知：第25頁(yè)第25頁(yè)*解：設(shè)計(jì)反應(yīng)路徑下列依據(jù)蓋斯定律： =(-393.53)+(-285.8 4)+(+2219.9) = -103.8