工程化學(xué)交大版PPT課件

1、.,1,理論課教材： 1.普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，童志平、管棣、周先禮等編：工程化學(xué)基礎(chǔ)，高等教育出版社， 2008年9月第1版 實(shí)驗(yàn)課教材： 1. 西南交通大學(xué)323實(shí)驗(yàn)室工程系列教材，童志平、管棣、方伊等. 工程化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，西南交通大學(xué)出版社，2006年9月第1版,.,2,參考書： 1.陳林根主編.工程化學(xué)基礎(chǔ)（第二版）.北京：高等教育出版社，2005 2.浙江大學(xué)普通化學(xué)教研組編. 普通化學(xué)（第五版）.北京：高等教育出版社，2002 3.天津大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編. 無(wú)機(jī)化學(xué)（第三版）.北京：高等教育出版社，2002 4.天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編. 物理化學(xué)（第四版）.北京

2、：高等教育出版社，2001,.,3,有關(guān)大學(xué)在學(xué)習(xí)上、生活上應(yīng)注意的問題： 1.學(xué)習(xí)上要刻苦： 掌握自學(xué)的方法、培養(yǎng)自學(xué)的能力 2.生活上要節(jié)儉： 掌握生活的規(guī)律、培養(yǎng)獨(dú)立生活的能力,.,4,關(guān)于工程化學(xué)的講授和學(xué)習(xí)說(shuō)明： 1. 317周上課（每講2節(jié)課，另1節(jié)為實(shí)驗(yàn)課），其中第9周半期考試，第18周開始期末考試 2. 8個(gè)實(shí)驗(yàn)做8周，具體時(shí)間聽通知（初定從第7周開始做，各班學(xué)習(xí)委員現(xiàn)在開始去X6512找舒學(xué)彬老師選實(shí)驗(yàn)，每天上午上班至下午2點(diǎn)前） 3. 講課采用“問答式”、“提問式”和“啟發(fā)式”的方法，和學(xué)生產(chǎn)生互動(dòng)（學(xué)生要參與教學(xué)） 4. 學(xué)生要積極思考問題提出問題分析問題解決問題 5.

3、培養(yǎng)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力；通過學(xué)習(xí)、思考，開發(fā)創(chuàng)新潛能,.,5,講課內(nèi)容： 緒論（1-2h） 第一章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)（2h或自學(xué)） 第二章 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)與能源利用（4h） 第三章 化學(xué)反應(yīng)基本原理（6h） 半期考試（測(cè)驗(yàn)1h；講課1h） 第四章 溶液與離子平衡（6h） 第五章 電化學(xué)與金屬腐蝕（4h） 第六章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（6h） 復(fù)習(xí)答疑（2h）,.,6,工程化學(xué)成績(jī)組成： 期末考試：60(茅院50%） 實(shí)驗(yàn)（8個(gè)）：30 平時(shí)半期：10 (茅院20%） 缺課時(shí)間達(dá)三分之一：本課程為0分 考勤：由學(xué)習(xí)委員負(fù)責(zé)或點(diǎn)名 作業(yè)：每章講完后布置,.,7,緒論 1. 工程化學(xué)簡(jiǎn)介 化學(xué)的定義：

4、化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科學(xué)。 即：從原子和分子等原子結(jié)合態(tài)單元（如分子和超分子體系，簡(jiǎn)稱化學(xué)單元）層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)。,.,8,物質(zhì)：是化學(xué)研究的對(duì)象。它是不依賴于我們的感覺而存在的客觀實(shí)在。世界的本質(zhì)是物質(zhì)的，物質(zhì)世界包含無(wú)限多樣的物質(zhì)形態(tài)。 化學(xué)的主要分支學(xué)科（二級(jí)學(xué)科）： （1）無(wú)機(jī)化學(xué) （2）有機(jī)化學(xué) （3）高分子化學(xué) （4）分析化學(xué) （5）物理化學(xué) （6）結(jié)構(gòu)化學(xué) 。 隨著化學(xué)和其它學(xué)科、技術(shù)之間的交叉與滲透，同時(shí)形成了許多分支學(xué)科和交叉學(xué)科。,.,9,世界由物質(zhì)構(gòu)成(物質(zhì)變化：分子變化、原子變化） 宇觀物質(zhì)：。 物質(zhì) 宏觀物

5、質(zhì)：。 微觀物質(zhì)：。 物質(zhì) 分子 原子 原子核+電子 質(zhì)子 中子,.,10,（1）化學(xué)是一門有其自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)學(xué)科，它廣泛地聯(lián)系著各個(gè)方面，化學(xué)的基本知識(shí)和理論工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活及工程技術(shù)等密切相關(guān)。 （2）當(dāng)前社會(huì)最為關(guān)注的環(huán)境、能源、信息、材料以及生命等問題都與化學(xué)有密切的關(guān)系。 （3）化學(xué)學(xué)科是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科： 實(shí)踐 認(rèn)識(shí) 再實(shí)踐 再認(rèn)識(shí) （化學(xué)的理論需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）,.,11,2. 工程化學(xué)基本概念 （1）系統(tǒng)與環(huán)境 系統(tǒng)：在化學(xué)上，常以一定種類和質(zhì)量的物質(zhì)所組成的整體作為研究的對(duì)象，這種整體稱為系統(tǒng)（物系或體系）。 敞開系統(tǒng) 系統(tǒng) 封閉系統(tǒng) 孤立系統(tǒng) 環(huán)境：系統(tǒng)以外且與系統(tǒng)密切

6、相關(guān)的部分。,.,12,（2）狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 狀態(tài)：體系的熱力學(xué)狀態(tài)（始態(tài)、終態(tài) ），是系統(tǒng)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。 狀態(tài)函數(shù)（性質(zhì)）：確定系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀性質(zhì)的物理量（m,T,P,V,c,n,E,mol,) 包括： 容量性質(zhì)（廣度性質(zhì)）：其數(shù)值與體系中物質(zhì)的數(shù)量成正比，具有加和性（V，m，mol，U）。 強(qiáng)度性質(zhì)：其數(shù)值與體系中物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān)，不具有加和性（P，T， ， ）。 強(qiáng)度性質(zhì)容量性質(zhì)/容量性質(zhì) 如 m/V,.,13,（3）過程和途徑 過程：指系統(tǒng)狀態(tài)所發(fā)生的一切變化。 等溫過程 過程 等壓過程 等容過程 途徑：系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，由同一始態(tài)到同一終態(tài)的不同方式稱為不同的途徑。

7、 理想氣體狀態(tài)方程式：pV=nRT 可計(jì)算出摩爾氣體常數(shù) R=8.314Pa.m3.mol-1.K-1 =8.314J.mol-1.K-1 =0.08206atm.dm3.mol-1.K-1,.,14,（4）聚集狀態(tài)和相 聚集狀態(tài)：是物質(zhì)的一種存在形式，它們決定于分子、原子的相互作用。 氣體（氣態(tài)g）： 液體（液態(tài)l）： 固體（固態(tài)s）： 相：指系統(tǒng)中任何分布均勻、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都相同的部分。 單相體系： 多相體系： 相數(shù)的計(jì)算：,.,15,第一章 物質(zhì)的聚集狀態(tài) 內(nèi)容提要： 在常溫下物質(zhì)的聚集狀態(tài)主要為氣體、液體和固體，它們都是由大量分子（原子、離子）聚集而成。在一定溫度和壓力下，物質(zhì)的

8、三種聚集狀態(tài)可以互相轉(zhuǎn)化。 本章主要討論氣體、液體和溶液的性質(zhì)及其變化規(guī)律，并簡(jiǎn)單介紹固體、等離子體、超高密度態(tài)、玻色-愛因斯坦冷凝態(tài)和費(fèi)密冷凝態(tài)物質(zhì)的種類和性質(zhì)。 學(xué)習(xí)要求： 1.了解物質(zhì)的主要聚集狀態(tài)和特性； 2.理解理想氣體狀態(tài)方程和范德華方程的意義，了解分壓定律與分體積定律的含義； 3.了解液體的特性，掌握溶液濃度的表示方法及拉烏爾定律和亨利定律的表達(dá)； 4.了解固體、超臨界流體、等離子體等的特性和應(yīng)用。,.,16,1.1 氣體 氣體的特征：具有擴(kuò)散性和可壓縮性（無(wú)一定的體積和形狀）。 可以用壓力p、體積V、溫度T、物質(zhì)的量n來(lái)描述氣體的狀態(tài)。 （p、V、T為表示氣體平衡狀態(tài)的三個(gè)參量

9、） 1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程式 理想氣體：（1）忽略氣體分子的體積 （2）忽略氣體分子間的作用力 理想氣體狀態(tài)方程式（綜合玻意耳、蓋呂薩克、查理定律得出）： pV=nRT 單位：pPa； Vm3； TK； nmol R=8.314J.mol-1.K-1 。,.,17,1.1.2 混合理想氣體的分壓定律和分體積定律 1.分壓定律（道爾頓（Dalton J）于1801年提出分壓定律）：在溫度和體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。 Dalton分壓定律： （1）總壓力：P=p1+p2+Pi=pi=niRT/V （2）摩爾分?jǐn)?shù)： xi=pi/p=ni/n(或pi=pxi),.,1

10、8,2.分體積定律（阿馬格（Amagat E H）于1880年提出分體積定律）：在溫度和壓力恒定時(shí)，混合氣體的體積等于組成該混合氣體的各組分的分體積之和。 Amagat分體積定律： （1）總體積：V=V1+V2+Vi=Vi=niRT/P （2）摩爾分?jǐn)?shù)：xi=Vi/V=ni/n(或Vi=Vxi),.,19,1.1.3 實(shí)際氣體的狀態(tài)方程范德華方程 實(shí)際氣體：要考慮分子的體積和分子間作用力 范德華方程： (p+an2/V2)(V-nb) = nRT 范德華常數(shù)：a修正氣體分子間的作用力 b修正氣體分子本身的體積 （可把低壓、高溫的實(shí)際氣體近似看作理想氣體）,.,20,1.2 液體 1.2.1 液

11、體的微觀結(jié)構(gòu) 液體的特性： 液體介于氣體和固體之間，具有氣體的特征（無(wú)一定形狀、有流動(dòng)性）和固體的特征（有一定體積、不易壓縮）；微觀上是“近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序”；宏觀上是“各向同性”。 分子間的距離：氣體液體固體 分之間作用力：固體液體氣體,.,21,1.2.2 液晶 液晶：能夠在某一溫度范圍內(nèi)（T1T2）兼有液體和晶體兩種特性的物質(zhì)。 既有流動(dòng)性又有各向異性性。 固體（ T T1），液體（TT2） 熱致液晶（近晶型液晶、向列型液晶、膽甾型液晶） 液晶 溶致液晶,.,22,熱致液晶是由于加熱某些晶體而形成的液晶。,熱致液晶,液晶,晶體,液體,(1) 近晶型液晶 (2) 向列型液晶 (3) 膽甾型

12、液晶,包括三類：,.,23,(3) 膽甾型液晶,(1) 近晶型液晶,(2) 向列型液晶,.,24,溶致液晶 溶致液晶是由像表面活性物質(zhì)一樣具有“兩親”特點(diǎn)的化合物與極性溶劑組成的二元或多元系統(tǒng)。 兩親化合物包括簡(jiǎn)單的脂肪酸鹽（如硬脂酸鈉），離子型或非離子型表面活性物質(zhì)，以及與生命體密切相關(guān)的復(fù)雜的類脂化合物（如卵磷脂，見下頁(yè)圖 ）。 當(dāng)兩親化合物與水混合時(shí)，水分子進(jìn)入固體晶格中，分布在親水基的雙層之間，破壞了晶體的有序排列而呈現(xiàn)出液晶特征，隨著水量增加，可以出現(xiàn)不同的液晶態(tài)。,.,25,液晶 (層狀),晶體,膠團(tuán),溶液,液晶 (立方),液晶 (六方),卵磷脂,.,26,液晶是新型顯示材料，在工

13、程上應(yīng)用非常廣泛。 比如，液晶顯示器、電子體溫計(jì)等。,液晶的用途,液晶分子在弱電場(chǎng)（1V 量級(jí)）控制下改變其取向，從而改變液晶層的光學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)有史以來(lái)最省電的平板顯示技術(shù)，成為與運(yùn)算半導(dǎo)體集成電路在功率與電壓上直接匹配的現(xiàn)代儀表、計(jì)算機(jī)的最佳搭檔?？梢哉f(shuō)，沒有液晶顯示，就不可能有當(dāng)今信息時(shí)代涌現(xiàn)出的筆記本電腦、移動(dòng)電腦終端、汽車?yán)走_(dá)衛(wèi)星定位系統(tǒng)和多種平板飛機(jī)航空儀表。,.,27,1.3 溶液 定義：一種物質(zhì)以分子或離子的狀態(tài)均勻地分散在另一種物質(zhì)中，所得到的分散系統(tǒng)（體系）稱為溶液。 包括： 水溶液、非水溶液 氣態(tài)溶液、液態(tài)溶液、固態(tài)溶液,.,28,溶液的濃度：指溶質(zhì)在溶劑（或溶液）中的相對(duì)

14、含量。 1.物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（WB） 定義：溶質(zhì)B的質(zhì)量(mB)在溶液質(zhì)量(m)中所占的分?jǐn)?shù)。即質(zhì)量百分濃度。 WB = mB/m 2.物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)（XB） 定義：物質(zhì)B的物質(zhì)的量（nB）與溶液的物質(zhì)的量（n）之比。也稱物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。 XB = nB/n = nB/(nA+nB),.,29,3.物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度（cB） 定義：溶質(zhì)B的物質(zhì)的量（nB）除以溶液的體積（V），單位：mol.dm-3， 即體積摩爾濃度。 cB = nB/V 4.物質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度（mB或bB） 定義：溶質(zhì)B的物質(zhì)的量（nB）除以溶劑的質(zhì)量（mA）。單位：mol.kg-1。 mB = nB/mA,.,30,1

15、.4 固體 定義：固體是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)，它具有一定的形狀和固定的體積，但不能流動(dòng)。具有不可壓縮性（稱為固體性）。 晶體：宏觀上具有整齊的幾何外形；微觀上晶體中質(zhì)點(diǎn) （原子、 分子、離子）排列有序；晶體的某些性質(zhì) （光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等）各向異性。 固體 非晶體（無(wú)定形體）：無(wú)一定的結(jié)晶外形；其中質(zhì)點(diǎn) 排列有序度低；某些性質(zhì)各向同性。 準(zhǔn)晶體：由微小晶體聚集而成的、外觀為無(wú)定形的物質(zhì)。,.,31,1.5 超臨界狀態(tài) 臨界點(diǎn)：在P-V圖上確定臨界狀態(tài)的一點(diǎn)。由臨界溫度和臨界壓力表示。 臨界狀態(tài)（或臨界情況）：物質(zhì)的氣態(tài)和液態(tài)平衡共存時(shí)的一個(gè)邊緣狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，液體密度與飽和蒸氣密度相同，因而

16、他們的界面消失。這種狀態(tài)只能在臨界溫度和臨界壓力下實(shí)現(xiàn)。 超臨界點(diǎn)：超過臨界溫度和臨界壓力的一點(diǎn)。 超臨界狀態(tài)：流體處于超臨界點(diǎn)（臨界溫度和臨界壓力以上）的狀態(tài)。,.,32,超臨界流體：溫度和壓力均處于臨界點(diǎn)以上的氣體。它既具有氣體的性質(zhì)（可以壓縮或膨脹），又像液體一樣（具有較大的密度、粘度比液體小、有較好的流動(dòng)性和熱傳導(dǎo)性）。 超臨界流體應(yīng)用的原理：在高壓條件下，使超臨界流體與物料接觸，物料中的有效成分則溶于超臨界流體中（相當(dāng)于萃取），分離后，降低超臨界流體的壓力，有效成分就析出（采用逐級(jí)降壓，可使多種成分分步析出）。,.,33,1.6 物質(zhì)的其它形態(tài) 1.6.1 等離子體 等離子體：它是由

17、電子、帶正電的離子、自由基和少量中性原子組成的一種高度電離狀態(tài)的獨(dú)特系統(tǒng)。 常溫常壓下，物質(zhì)三態(tài)：氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài) 物質(zhì)第四態(tài)：等離子體（在高溫、放電等條件下） 條件：高壓電場(chǎng)、高頻感應(yīng)、。,.,34,1.6.2 超高密度態(tài) 超高密度態(tài)：在高壓或超高壓條件下，使物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生很大變化的狀態(tài)。 例如：書P15 1.6.3 玻色-愛因斯坦冷凝態(tài)與費(fèi)密冷凝態(tài) 常溫常壓下，物質(zhì)三態(tài)：氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài) 物質(zhì)第四態(tài)：等離子體（在高溫、放電等條件下） 物質(zhì)第五態(tài)：玻色-愛因斯坦冷凝態(tài)（1995年發(fā)現(xiàn)） 物質(zhì)第六態(tài)：費(fèi)密冷凝態(tài)（2003年發(fā)現(xiàn)） 玻色子：自旋動(dòng)量矩為(1/2)(h/2)(h為普朗克常數(shù)）

18、的偶數(shù)倍的微觀粒子，如光子、介子、粒子及由偶數(shù)個(gè)核子構(gòu)成的原子核等。因印度物理學(xué)家玻色而得名。玻色子不服從泡利不相容原理。 費(fèi)密子：自旋動(dòng)量矩為(1/2)(h/2)(h為普朗克常數(shù)）的奇數(shù)倍的微觀粒子，如電子、質(zhì)子、子及由奇數(shù)個(gè)核子構(gòu)成的原子核等。因意大利物理學(xué)家費(fèi)密而得名。費(fèi)密子服從泡利不相容原理。,.,35,思考題（p16） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.,.,36,練習(xí)題（p17） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.,.,37,第二章 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)與能源利用,內(nèi)容提要： 任何化學(xué)變化中系統(tǒng)的能量都會(huì)改變，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)可以吸熱或放熱，這是最常見的能量改變。本章主要

19、討論有關(guān)化學(xué)變化過程中的熱效應(yīng)的計(jì)算和測(cè)量，并適當(dāng)介紹能源的利用問題。 學(xué)習(xí)要求： 1.了解化學(xué)反應(yīng)中的能量形式，理解熱力學(xué)第一定律的意義。 2. 理解化學(xué)反應(yīng)中焓變的意義，了解等壓熱效應(yīng)（Qp）與等容熱效應(yīng)（Qv）之間的關(guān)系。 3. 掌握測(cè)定化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理和方法。 4.掌握化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變（rHm ）的計(jì)算。 5. 了解能源的主要類型及其利用。,.,38,2.1 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 2.1.1 熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)：是研究自然界各種形式的能量之間相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，以及能量轉(zhuǎn)化對(duì)物質(zhì)的影響的一門科學(xué)。 化學(xué)熱力學(xué)：是把熱力學(xué)的基本原理用來(lái)研究化學(xué)現(xiàn)象以及和化學(xué)有關(guān)的物理現(xiàn)象的一門科

20、學(xué)。即是研究在物理變化和化學(xué)變化中伴隨發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和傳遞的學(xué)科。 熱化學(xué)：研究化學(xué)反應(yīng)中熱與其它能量變化的定量關(guān)系的學(xué)科。 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)：通常把只做體積功、反應(yīng)前后溫度相同時(shí)，體系吸收或放出的熱量叫做反應(yīng)的熱效應(yīng)。,.,39,熱力學(xué)第一定律： 1.能量的意義 （1）能量的形式多種多樣：機(jī)械能（動(dòng)能、引力勢(shì)能、彈性勢(shì)能）、電能、表面能、化學(xué)能、太陽(yáng)能、核能等。 （2）熱力學(xué)能（即內(nèi)能U）：包括系統(tǒng)中一切形式的能量，如分子的移動(dòng)能、振動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)能、電子運(yùn)動(dòng)能和原子核內(nèi)部的能量等。但不包括整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)能和系統(tǒng)在外力場(chǎng)中的勢(shì)能。 （3）可測(cè)定熱力學(xué)內(nèi)能的變化： U = UB-UA （熱力學(xué)內(nèi)能的

21、絕對(duì)值不能測(cè)定） （4）焦耳（Joule）定律：U = f（T）（理想氣體的熱力學(xué)內(nèi)能只是溫度的函數(shù)） 2.能量的互變 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律：能量可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，能量既不能無(wú)中生有也不能自行消滅，在轉(zhuǎn)換過程中，保持能量守恒。,.,40,3.能量的傳遞 （1）當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化并引起能量變化時(shí)，在系統(tǒng)和環(huán)境之間就有能量傳遞。 （2）熱和功是能量傳遞的兩種形式：因溫度不同而交換或傳遞的能量稱為“熱”，其它能量的傳遞形式稱為“功”。 （3）熱和功與過程相聯(lián)系，它們不是狀態(tài)函數(shù)，與途徑有關(guān)。 （4）體積功：系統(tǒng)的體積變化時(shí)反抗外力作用所做的功。 體積功：W= -p外(V2-V1)= -p外V

22、,.,41,4.熱力學(xué)第一定律： UQW （U = UB-UA） Q：吸熱反應(yīng)為正值，放熱反應(yīng)為負(fù)值 W：環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功為正值，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功為負(fù)值（膨脹功0，壓縮功0） （1）Q和W表示變化過程中系統(tǒng)與環(huán)境傳遞或交換的熱量和功； （2）U是狀態(tài)函數(shù)，Q、W不是狀態(tài)函數(shù)； （3）當(dāng)過程進(jìn)行完了，功和熱就轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)和環(huán)境的熱力學(xué)能； （4）熱力學(xué)第一定律只是定量表示QW與U在數(shù)值上相等，它們的物理意義完全不同。,.,42,2.1.2 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 化學(xué)熱力學(xué)：是研究在物理變化和化學(xué)變化中伴隨發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和傳遞的學(xué)科。 熱化學(xué)：研究化學(xué)反應(yīng)中熱與其它能量變化的定量關(guān)系的學(xué)科。 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)

23、：通常把只做體積功、反應(yīng)前后溫度相同時(shí)，體系吸收或放出的熱量叫做反應(yīng)的熱效應(yīng)。,.,43,1. 等容熱效應(yīng)（Qv） 等容反應(yīng)熱：QvU （因V0） 2. 等壓熱效應(yīng)（Qp） 等壓熱效應(yīng)：QpUPV（只做體積功，系統(tǒng)壓力與外壓相等） 焓的定義：HUPV 所以，焓變HH2-H1=UPVQp H和U一樣為狀態(tài)函數(shù)， H ：吸熱反應(yīng)為正值，放熱反應(yīng)為負(fù)值,.,44,關(guān)系： 由QpUPV 得QpQvPV （1）對(duì)于涉及氣體的反應(yīng)： 理想氣體，pV=nRT， （pV）=（n）RT 所以， QpQv（n）RT HU（n）RT n指反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量的變化（只對(duì)氣體） （2）對(duì)于溶液反應(yīng) 近似有：QpQv，

24、 HU,.,45,3. 熱效應(yīng)的測(cè)量 一般測(cè)定的是等容熱效應(yīng)：Qv 計(jì)算公式：QVCmT 4. 化學(xué)方程式的一般形式與反應(yīng)進(jìn)度 化學(xué)方程式的一般形式 aA+bB=gG+dD 0=BB 反應(yīng)進(jìn)度：指化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度，用表示。與物質(zhì)的量的量綱相同。 可以用反應(yīng)系統(tǒng)中任何一種反應(yīng)物或生成物在反應(yīng)過程中物質(zhì)的量的變化dnB（或nB），除以該物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)B來(lái)定義該反應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)度變化。即 d = dnB / B 或 = nB / B,.,46,注意事項(xiàng)： （1）化學(xué)計(jì)量數(shù)表示反應(yīng)過程中各物質(zhì)轉(zhuǎn)化的比例關(guān)系。 （2） nB為物質(zhì)B的物質(zhì)的量的變化； 為反應(yīng)進(jìn)度的變化。 （3） 必須對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的方程式

25、， 與方程式的寫法有關(guān)。 （4）對(duì)于反應(yīng)物B取負(fù)數(shù)，對(duì)于產(chǎn)物B取正數(shù)。 （5）化學(xué)反應(yīng)的摩爾焓變r(jià)Hm與一般反應(yīng)熱效應(yīng)rH的關(guān)系為： rHm = rH /,.,47,2.2 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算 因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)前后的總內(nèi)能不同，所以總是伴隨有能量的變化，通常以熱的形式與環(huán)境交換。即是反應(yīng)的熱效應(yīng)。用H表示（ HQp） 因?yàn)轶w積功熱效應(yīng)（熱量），因此，研究化學(xué)反應(yīng)的能量主要考慮熱量。 放熱反應(yīng)： H0,.,48,2.2.1 熱化學(xué)方程式 定義：涉及熱效應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。 掌握熱化學(xué)方程式的寫法，書寫時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： 反應(yīng)的條件（T、P等）及符號(hào)（、m等） 物質(zhì)的聚集狀態(tài)（g、l、s）及晶型 正

26、負(fù)值（吸熱為正、放熱為負(fù)） rHm數(shù)值表示：生成1mol的產(chǎn)物才能吸收或放出rHm的熱量（見P26）,.,49,2.2.2 蓋斯（G.H.Hess）定律 （1）蓋斯定律：對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成的還是分幾步完成的，其熱效應(yīng)總是相同的。（即 H只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與途徑無(wú)關(guān)）。 （2）蓋斯定律的重要意義：使熱化學(xué)方程式能夠像普通代數(shù)方程式那樣進(jìn)行運(yùn)算：從而可根據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)定的反應(yīng)熱計(jì)算難于測(cè)量或不能測(cè)量的反應(yīng)的熱效應(yīng)；也可以測(cè)定一些熱效應(yīng)，其它有蓋斯定律計(jì)算而得（不必都去測(cè)定）。 （3）計(jì)算時(shí)，只像處理代數(shù)方程式那樣，將反應(yīng)式加減后求出所需的方程式，反應(yīng)熱效應(yīng)也相應(yīng)地加減就行了。 （4

27、）注意事項(xiàng)： 只有條件（如溫度）相同的反應(yīng)和聚集狀態(tài)相同的同一物質(zhì)，才能相互抵消及合并。 將反應(yīng)式乘以（或除以）某數(shù)時(shí)， H也必須同時(shí)乘以（或除以）某數(shù)。,.,50,2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（fHm)和反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變（ rHm ） 1.物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（fHm) （1）化合物的生成焓（fHm）：在一定條件下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)的等壓反應(yīng)熱。 規(guī)定：穩(wěn)定單質(zhì)的生成焓為零。 （2）物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（fHm)：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由穩(wěn)定的單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)時(shí)反應(yīng)的焓變，以fHm (298.15K）表示 。f=formation，單位：kJ.mol。 規(guī)定： 穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)

28、準(zhǔn)摩爾生成焓為零。 fHm(穩(wěn)定單質(zhì)）0 水合H+的濃度c=1mol.dm-3的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。 即 fHm (H+ ，aq，298.15K)=0,.,51,標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：指在標(biāo)準(zhǔn)壓力p下物質(zhì)的確切聚集狀態(tài)。 標(biāo)準(zhǔn)壓力選定： p 100kPa；標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的溫度T不具體指定，一般用298.15K。 對(duì)于氣體：其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就是它的分壓為100kPa的狀態(tài)。 對(duì)于溶液：其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就是處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p下，溶液的濃度c=1mol.dm-3的狀態(tài)。 對(duì)于液體和固體：其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就是處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p下的純物質(zhì)。,.,52,2. 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變（ rHm ） 定義：在標(biāo)準(zhǔn)條件下，化學(xué)反應(yīng)的摩爾焓變叫作反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。 計(jì)

29、算公式： rHm （298.15K） fHm （298.15K）生成物 fHm（298.15K）反應(yīng)物 （2.13),.,53,使用rHm的計(jì)算公式時(shí)要注意六點(diǎn): rHm是系統(tǒng)終態(tài)的數(shù)值和減去系統(tǒng)使態(tài)的數(shù)值之和。 注意各物質(zhì)的聚集態(tài) 注意化學(xué)計(jì)量系數(shù)（ rHm的數(shù)值與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)） 注意數(shù)值的正負(fù)號(hào) 溫度近似取作298.15K 溶液中的水合離子計(jì)算方法相同,.,54,2.3 能 源 2.3.1 能源的種類 （1）能源：指能夠提供能量的自然資源，是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。 （2）能源的分類（見書P32表2.1）： 第一類能源：來(lái)自地球以外的天體； 第二類能源：地球內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量

30、； 第三類能源：來(lái)自地球與其它天體的作用。 （3）也可分為：一次能源（來(lái)自自然界未經(jīng)加工的能源） 二次能源（一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換所得的能源） （4）使用最多的三種能量形式：熱能、電能、機(jī)械能,.,55,能源的分類,.,56,2.3.2 煤 （1）煤：是組成和結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的有機(jī)物與無(wú)機(jī)物組成的混合物。它包括天然煤（泥煤、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤等）和人工產(chǎn)品（木炭、焦炭、煤球等）。 （2）煤的形成過程：見書P33 （3）煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)：見書P34圖2.3 （4）煤的開采：困難、危險(xiǎn) （5）煤的利用：正在開發(fā) （6）煤的污染：嚴(yán)重,.,57,1. 煤的氣化 （1）煤的氣化方法很多：一般是煤與氣化劑作用，生成

31、氣態(tài)燃料。 （2）水煤氣（H2+CO）的制備方法：見書P33 缺點(diǎn)：CO為劇毒 2. 煤的液化 （1）煤的液化：煤的固體高分子化合物與其它物質(zhì)（如氫和適當(dāng)溶劑）在高溫高壓下，經(jīng)裂解生成低分子有機(jī)物而得到液體燃料的過程。 （2）優(yōu)點(diǎn)：與煤的氣化相比，液化過程的能量轉(zhuǎn)換效率高，反應(yīng)溫度低，成本低，貯存和運(yùn)輸都比氣體方便等。,.,58,2.3.3 石油和天然氣 （1）石油：是多種碳?xì)浠衔锏囊后w混合物，其中含有鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、少量含氧和含硫有機(jī)物。 （2）石油分類：石蠟基（分餾后殘留石蠟）；瀝青基（分餾后殘留瀝青）、；混合基（分餾后殘留石蠟瀝青混合物）。 （3）辛烷值：見P35 （4）天然氣

32、：是一種單獨(dú)存在于自然界或與汽油一起獲得的低級(jí)烷烴的混合物。主要成分為：甲烷，還有少量乙烷、丙烷、正丁烷和異丁烷等。,.,59,2.3.4 氫 能（二次能源） 氫的優(yōu)點(diǎn)：熱值高、干凈、無(wú)毒、無(wú)污染、資源豐富、應(yīng)用范圍廣等。 氫利用的關(guān)鍵：廉價(jià)的制氫技術(shù)； 安全、方便的貯存和運(yùn)輸方法。 1.氫氣的制取 （1）制取氫氣的方法很多，如熱分解水和電解水等，需要4500K的高溫和大量的電能，很難實(shí)現(xiàn)。 （2）現(xiàn)在正探索用原子核能和太陽(yáng)能直接分解水的方法： 熱化學(xué)分解法：利用核能或太陽(yáng)能使某些化學(xué)物質(zhì)在一定的溫度（900）下與水經(jīng)多步反應(yīng)制得氫氣。 光分解法：在催化劑作用下，吸收光輻射使水分解成氫和氧。

33、2.氫氣的貯存 氫氣密度小，不利用貯存。所以，氫氣的貯存和運(yùn)輸是一個(gè)重大的研究課題，而使氫氣形成固態(tài)金屬型氫化物的貯運(yùn)方法是很有發(fā)展前景的方法。,.,60,熱值高，其數(shù)值為 142. 9 MJkg1； 燃燒反應(yīng)速率快，功率高； 原料是水，取之不盡； 產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境無(wú)任何影響。,氫氣的制備和儲(chǔ)運(yùn)，使用安全性等。,氫能,優(yōu)點(diǎn),用氫作能源目前還存在一些問題,.,61,太陽(yáng)能光解,電解,作為氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，是目前工業(yè)氫氣的制備方法。,從經(jīng)濟(jì)上考慮是不可行的。,利用太陽(yáng)光的能量電解水得到氫氣，正在研究中。,氫氣的制取(經(jīng)濟(jì)問題),.,62,氫氣的貯存和運(yùn)輸(高效安全問題),.,63,2.3.5 太陽(yáng)

34、能 太陽(yáng)每年能產(chǎn)生1.11024J的巨大能量，能利用其萬(wàn)分之一即可滿足全世界對(duì)能源的需求。 直接利用太陽(yáng)能有三種方式： 光-熱轉(zhuǎn)換：使太陽(yáng)光聚集并轉(zhuǎn)化為熱能用以加熱物體； 光-電轉(zhuǎn)換：將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換為電能的方法； 光-化學(xué)轉(zhuǎn)換：以綠色 植物光合作用的形式，將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為糖類，從而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存起來(lái)。,.,64,太陽(yáng)能,太陽(yáng)能電池 可將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?.,65,練習(xí)題（P37-39） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.,.,66,第三章 化學(xué)反應(yīng)基本原理,內(nèi)容提要： 本章將討論化學(xué)反應(yīng)的一些基本規(guī)律，主要包括化學(xué)反應(yīng)方向及化學(xué)反應(yīng)程度（化學(xué)平衡）以及化學(xué)反

35、應(yīng)速率。 學(xué)習(xí)要求： 1.理解自發(fā)反應(yīng)的特征及影響過程自發(fā)性的兩大因素；了解混亂度與熵的概念。 2.掌握化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變（ rGm ）的計(jì)算，能應(yīng)用rGm或rGm判斷進(jìn)行的方向。 3.理解化學(xué)平衡的概念、特點(diǎn)，掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（ K ）的寫法及其與rGm的關(guān)系，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算；理解影響平衡移動(dòng)的因素，能判斷平衡移動(dòng)的方向。 4.了解化學(xué)反應(yīng)速率、基元反應(yīng)和反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念；能運(yùn)用速率方程和阿倫尼烏斯公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算；能解釋濃度、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。,.,67,3.1 化學(xué)反應(yīng)的方向 3.1.1 熵和熵變 1.自發(fā)過程的特征 （1）自發(fā)過程：無(wú)需外界干涉即可自動(dòng)發(fā)生的

36、過程。自然界中一切變化的過程都有一定的方向性，自發(fā)過程具有單方向性。 例子：墨水滴入水中；房中開蓋的氨水瓶等。 （2）自發(fā)過程有不同的表現(xiàn)形式，但有共同的特征： 自發(fā)過程有確定的方向性； 自發(fā)過程的進(jìn)行有一定的限度； 自發(fā)過程的方向和限度可以用一定的物理量來(lái)判斷。 （3）自發(fā)反應(yīng)：不需要外加能量就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。,.,68,2.混亂度與熵 （1）過程自發(fā)進(jìn)行的方向：是混亂度（無(wú)序度）增大的方向（即熵增加的方向）。體系由有序運(yùn)動(dòng)自發(fā)地向無(wú)序方向運(yùn)動(dòng)，這是自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。 （2）物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的混亂度（或無(wú)序度）可以用熵來(lái)表達(dá)，用符號(hào)“S”表示熵。S是混亂度的量度，混亂度越大，S越大

37、，反之亦然。 （3）熵是系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，系統(tǒng)的狀態(tài)一定，混亂度就一定，熵值也一定。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)中將熵定義為： S = k ln （波爾茲曼公式） k為波爾茲曼常數(shù)(1.38066210-23JK-1)， 為熱力學(xué)概率， （4）熵的物理意義：熵（S）是熱力學(xué)概率的函數(shù)，熱力學(xué)概率就是系統(tǒng)內(nèi)部微觀粒子混亂度的一種量度。,.,69,3.標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵Sm和標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變 Sm 熱力學(xué)第三定律：在絕對(duì)零度時(shí)，任何純凈的完整晶態(tài)物質(zhì)的熵等于零。 定義：?jiǎn)挝晃镔|(zhì)的量的純物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的規(guī)定熵叫做該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵，記為Sm 規(guī)定： fHm(穩(wěn)定單質(zhì), 298.15K ）0 fHm (H+ ，aq，298.1

38、5K)=0 fGm(穩(wěn)定單質(zhì), 298.15K ）0 fGm (H+ ，aq，298.15K)=0 Sm(穩(wěn)定單質(zhì), 298.15K ）0 Sm (H+ ，aq，298.15K)=0,.,70,熵值大小比較： Sm(g) Sm(l) Sm(s) Sm(T高) Sm(T低) Sm （結(jié)構(gòu)復(fù)雜） Sm (結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單） Sm （分子量大） Sm(分子量?。?r Sm 的計(jì)算公式： r Sm （298.15K） Sm （298.15K）生成物 Sm （298.15K）反應(yīng)物 （3.4）,.,71,計(jì)算r Sm 時(shí)的注意事項(xiàng)： 與rHm相似， r Sm 的數(shù)值與方程式的寫法有關(guān)； 注意單位要一致： fHm

39、的單位是kJ/mol.K ，而Sm 的單位是J/mol.K 當(dāng)溫度升高沒有引起聚集態(tài)變化時(shí)，在近似計(jì)算時(shí)可忽略溫度的影響，即用 r Sm （298.15K）代替其它溫度時(shí)的r Sm （T） 對(duì)于平衡相變的可逆過程（汽化、熔化、晶型轉(zhuǎn)變等），系統(tǒng)的熵變值S與相變熱Qr的關(guān)系為： S = Qr/T,.,72,3.1.2 吉布斯函數(shù)和反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變 1.影響反應(yīng)方向的因素 （1）影響物理、化學(xué)過程的因素有：能量因素、混亂度因素。 （2）任何自發(fā)過程都傾向于或是系統(tǒng)能量降低、或是混亂度增大、或是這兩種因素的綜合作用。 （3）冰-水轉(zhuǎn)變的三種情況：見書P46 （4）具體說(shuō)來(lái)，影響過程自發(fā)進(jìn)行方向的因

40、素有：過程的熱效應(yīng)H、系統(tǒng)的熵變S、溫度T。 （5）系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)G的定義：G = H TS 則自發(fā)過程的條件： G（T）= H（T）-TS（T）,.,73,Gibbs函數(shù)與自發(fā)過程 在等溫、等壓只做體積功的條件下，凡是系統(tǒng)Gibbs函數(shù)減少的過程都能自發(fā)進(jìn)行（熱力學(xué)第二定律的一種表達(dá)式）。 Gibbs判據(jù)： rGm 0 反應(yīng)正向非自發(fā)進(jìn)行,.,74,H、T、S、G是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)， G的特征為： （1） G的值與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與過程經(jīng)歷的途徑無(wú)關(guān)； （2）正逆過程G的數(shù)值相等、符號(hào)相反，即G正= -G逆； （3） G具有加和性。 G的物理意義： （1） G是自發(fā)過程的推動(dòng)力； （2

41、） G是可以利用的能量， G等于系統(tǒng)在過程中可做的最大有用功， - G = Wmax,.,75,2.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)fGm和標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變r(jià)Gm 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs函數(shù)變r(jià)Gm 定義：在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol該物質(zhì)的反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs函數(shù)變稱為該物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs函數(shù)。記為fGm(298.15K)。 規(guī)定： fGm(穩(wěn)定單質(zhì)）0 fGm (H+ ，aq，298.15K)=0 計(jì)算公式： rGm （298.15K） fGm （298.15K）生成物 fGm（298.15K）反應(yīng)物 （3.9),.,76,綜上所述，特殊規(guī)定如下： fHm(穩(wěn)定單質(zhì), 2

42、98.15K ）0 fHm (H+ ，aq，298.15K)=0 fGm(穩(wěn)定單質(zhì), 298.15K ）0 fGm (H+ ，aq，298.15K)=0 Sm(穩(wěn)定單質(zhì), 298.15K ）0 Sm (H+ ，aq，298.15K)=0,.,77,3.非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變G 化學(xué)反應(yīng)并不都在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)進(jìn)行，在非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變r(jià)Gm（T）為： rGm（T）= rGm（T）+ RTlnQ Q為反應(yīng)商：對(duì)氣體反應(yīng)稱為相對(duì)壓力商（Qp）；對(duì)溶液反應(yīng)稱為相對(duì)濃度商（Qc）。見書P48-49,.,78,3.1.3 化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判斷 1.化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的粗略判斷(定性判斷）

43、判斷原則： G = H - TS 四種情況：見書P49-50，另見P51表3.1 運(yùn)用公式G H TS，估算反應(yīng)的H和S的正負(fù)判斷G的正負(fù)，由此可判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。如果不能確定G的正負(fù)時(shí)需要由轉(zhuǎn)向溫度T轉(zhuǎn)確定： 反應(yīng)方向的粗略判斷有四種情況： 正向自發(fā) 正向不自發(fā) 存在轉(zhuǎn)向溫度： T轉(zhuǎn)以上正向自發(fā) 存在轉(zhuǎn)向溫度： T轉(zhuǎn)以下正向自發(fā),.,79,2.化學(xué)反應(yīng)G 的計(jì)算及自發(fā)進(jìn)行方向的準(zhǔn)確判斷（定量判斷） 先計(jì)算出 G，再由Gibbs判據(jù)判斷方向： 計(jì)算方法有以下三種： 查表法計(jì)算：公式（2.13）（3.4）（3.9） 標(biāo)準(zhǔn)熵法計(jì)算（近似GH公式）： rGm （T） rHm（298.15K）T r

44、 Sm （298.15K） 轉(zhuǎn)向溫度的計(jì)算： T轉(zhuǎn) rHm（298.15K）/ r Sm （298.15K）,.,80,3.2 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度和化學(xué)平衡 3.2.1 化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡 1.化學(xué)平衡的特征 可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，具有以下三個(gè)特征： 化學(xué)平衡的特征（三特征）,化學(xué)平衡,是動(dòng)態(tài)平衡：V正V逆,G0,是相對(duì)的：條件改變，平衡就被破壞,.,81,2.平衡常數(shù)的表達(dá)式K （ Kp ， Kc ） 定義：在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)的反應(yīng)商為一常數(shù)，稱為平衡常數(shù)（在標(biāo)準(zhǔn)條件下，則叫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K ） （1）氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp (P55，3.17式) （2）水溶液中反應(yīng)的平衡常

45、數(shù)Kc (P55，3.18式) 有關(guān)平衡常數(shù)的注意事項(xiàng)： K與方程式的寫法有關(guān) 一個(gè)反應(yīng)乘幾， K就是幾次方 正逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù) 反應(yīng)相加減，平衡常數(shù)則相乘除 在平衡常數(shù)（K）的表達(dá)式中，純液態(tài)和純固態(tài)物質(zhì)的分壓或濃度不寫出來(lái) K的SI單位為1,.,82,3.平衡常數(shù)（K）與反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變（ rGm ） 當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)（ rGm（T）=0）， 由rGm（T）=rGm（T）+RTlnQ可推出如下關(guān)系： rGm（T）RTln K（T） （3.19） 注意： rGm （T）的數(shù)值表示出K （T）的大小，也就指示了反應(yīng)的限度；但它們是含義不同的兩個(gè)物理量； （3.19）式只是數(shù)值上

46、把它們聯(lián)系起來(lái)了。,.,83,3.2.2 化學(xué)平衡的移動(dòng) （1）定義：因條件的改變而使化學(xué)反應(yīng)從原來(lái)的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌钠胶鉅顟B(tài)的過程叫化學(xué)平衡的移動(dòng)。 （2）勒夏特列（Le Chatelier）原理：如果改變平衡系統(tǒng)的條件之一（如濃度、壓力、溫度），平衡就向著減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)。 （3）由rGm（T）=rGm（T）+RTlnQ和rGm（T）RTln K（T），可以推出如下關(guān)系： rGm（T）=rGm（T）+RTlnQ = RTln K（T） +RTlnQ 即 rGm（T）= RTln（Q/ K ） 當(dāng)QK ， rGm（T）0 時(shí)，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行,.,84,1. 濃度的影響 若增加反應(yīng)物

47、濃度或減小生成物濃度，都會(huì)使Q值減小，于是QK ，即rGm（T）0 ，反應(yīng)能正向自發(fā)進(jìn)行；反之亦然。 2. 壓力的影響 （1）壓力對(duì)固相、液相反應(yīng)影響很小，可忽略； （2）壓力對(duì)氣體反應(yīng)的影響： 對(duì)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)（n=0），總壓力改變對(duì)平衡無(wú)影響； 對(duì)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)（n0），總壓力改變時(shí)，平衡向著氣體分子總數(shù)少的方向移動(dòng)，直到平衡（Q=K，rGm（T）=0）為止。,.,85,3. 溫度的影響,根據(jù),無(wú)相變時(shí)有,.,86,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：反應(yīng) C(s) + CO2(g) 2 CO(g) 的 K 與 T 的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：反應(yīng) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

48、 的 K 與 T 的關(guān)系,.,87,若反應(yīng)在 T1 和 T2 時(shí)的平衡常數(shù)分別為 K1 和 K2 ，則近似地有：,兩式相減有：,(3. 23 ),.,88,不同熱效應(yīng)時(shí) ln K 與 1/T 關(guān)系圖,.,89,（3.23）可變?yōu)椋?ln K2 / K1 = rHm /R(T2-T1)/T1T2 溫度的影響結(jié)果： 對(duì)于吸熱反應(yīng)（H0），溫度升高，平衡常數(shù)（K）增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。 對(duì)于放熱反應(yīng)（H0），溫度升高，平衡常數(shù)（K）減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。 即：升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)； 降低溫度，平衡向放熱方向移動(dòng)。,.,90,3.3 化學(xué)反應(yīng)速率 對(duì)于任何一個(gè)化學(xué)變化，都涉及兩個(gè)基

49、本問題： 化學(xué)反應(yīng)的方向（ rGm（T） 的正負(fù)）和限度（ K值的大?。﹩栴}，屬于化學(xué)熱力學(xué)的范圍； 化學(xué)反應(yīng)的速度和機(jī)理問題，屬于化學(xué)動(dòng)力學(xué)的范圍。 3.3.1 化學(xué)反應(yīng)速率的表示法 （1）反應(yīng)的平均速率 V（C2-C1）/ (t2-t1)=C/t （2）對(duì)于反應(yīng)： aA+bB=gG+dD 反應(yīng)的瞬時(shí)速率表達(dá)式為： VB-1dc (B) /dt （注意的取值：對(duì)反應(yīng)物取負(fù)，對(duì)生成物取正）,.,91,3.3.2 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 1.質(zhì)量作用定律 定義：在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的系數(shù)次冪的乘積成正比。 對(duì)于反應(yīng)： aA+bB=gG+dD，質(zhì)量作用定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： V=

50、kCAaCBb (k為速率常數(shù)） 注意：質(zhì)量作用定律只適用于簡(jiǎn)單反應(yīng)（基元反應(yīng)），對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)不適用。 簡(jiǎn)單反應(yīng)（基元反應(yīng)、基元步驟）：指由反應(yīng)物微粒（分子、原子、離子等）一步直接變化就生成產(chǎn)物。,.,92,復(fù)雜反應(yīng)：指由兩個(gè)或更多個(gè)基元反應(yīng)所構(gòu)成的反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。但其中的每個(gè)基元反應(yīng)都可以用質(zhì)量作用定律來(lái)表達(dá)。 2.反應(yīng)級(jí)數(shù) 對(duì)于任意一個(gè)基元反應(yīng)： aA+bB=gG+dD 其質(zhì)量作用定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： V=kCAaCBb (k為速率常數(shù)） 則此反應(yīng)的級(jí)數(shù) n=a+b 注：一個(gè)基元反應(yīng)的級(jí)數(shù) 可以是簡(jiǎn)單正整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù) 對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)的級(jí)數(shù)只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)定,.,93,3.3.3 溫

51、度的影響和Arrhenius公式 1.經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 即 范特霍夫規(guī)則：溫度每升高10，反應(yīng)速率常數(shù)增加為原來(lái)的24倍。 即 kt+10 / kt= 24 注：這個(gè)規(guī)則較粗糙、且有例外（如爆炸反應(yīng)不適用）。 2. Arrhenius公式 指數(shù)式：k=Ae-Ea/RT 對(duì)數(shù)式：lnk = -Ea/RT + lnA （1）用作圖法求Ea和A ：以lnk對(duì)1/T作圖，求直線的斜率可求出Ea和A （2）用公式法求Ea和A ： 已知兩個(gè)溫度（T1、T2）下的k值（k1、k2)，則Arrhenius公式變?yōu)椋?lnk2/k1= Ea/R(T2-T1)/T1T2,.,94,由阿倫尼烏斯公式可知： （1）當(dāng)溫度T增

52、大時(shí)，k值增加較大。所以溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響很大。 （2）當(dāng)活化能Ea增加時(shí)，k值減小；反之亦然。 （3）一般反應(yīng)的活化能：42420kJ.mol-1； 多數(shù)為62250kJ.mol-1； Ea420kJ.mol-1的為“慢反應(yīng)”。,.,95,3.3.4 化學(xué)反應(yīng)速率理論 1.碰撞理論 碰撞理論推出的反應(yīng)的速率常數(shù)為： k=PZoe-Ea/RT ， （Arrhenius公式k=Ae-Ea/RT中的A=PZo） P為校正因素，與碰撞的方位有關(guān)；Zo指反應(yīng)物為單位濃度（1mol.dm-3）、單位時(shí)間（1s）和單位體積（1dm-3）中的碰撞數(shù)。,碰撞,有效碰撞,無(wú)效碰撞：指分子碰撞后沒有發(fā)生化學(xué)反

53、應(yīng),能量：碰撞分子的能量要超過一額定值，即要大于反應(yīng)的活化能Ea,取向：碰撞的分子要在一直線上頭對(duì)頭反向碰撞,.,96,碰撞理論,只有具有足夠能量的反應(yīng)物分子的碰撞才有可能發(fā)生反應(yīng)。這種能夠發(fā)生反應(yīng)的碰撞叫有效碰撞。,發(fā)生反應(yīng)的有效碰撞的分子，還必須沿著特定的方向碰撞。,那些具有足夠高能量，能發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子，要使普通分子成為活化分子所需最小能量稱為活化能。,活化分子和活化能,.,97,2.過渡狀態(tài)理論 （1）過渡狀態(tài)理論認(rèn)為，具有足夠能量的分子彼此以適當(dāng)?shù)目臻g取向靠近到一定程度時(shí)（不一定發(fā)生碰撞），會(huì)引起分子或原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，使原來(lái)以化學(xué)鍵結(jié)合的原子間距離變長(zhǎng)，而沒有

54、結(jié)合的原子間距離變短，形成過渡態(tài)的構(gòu)型，稱為“活化絡(luò)合物 ”： A +B-C ABC A-B+C 反應(yīng)物 活化絡(luò)合物 生成物 （2）活化分子： 化學(xué)反應(yīng)中具有足夠高的能量、可發(fā)生有效碰撞或彼此接近時(shí)能形成活化絡(luò)合物 的分子。 （3）活化能：活化分子與反應(yīng)物分子的平均能量之差。 （4）反應(yīng)的熱效應(yīng)等于正逆反應(yīng)活化能之差。,.,98,過渡態(tài)理論,具有足夠能量的分子彼此以適當(dāng)?shù)目臻g取向相互靠近到一定程度時(shí)，會(huì)引起分子或原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，使原來(lái)以化學(xué)鍵結(jié)合的原子間的距離變長(zhǎng)，而沒有結(jié)合的原子間的距離變短，形成了過渡態(tài)的構(gòu)型，稱為活化絡(luò)合物。,例如：,活化絡(luò)合物 (過渡態(tài)),反應(yīng)物 (始態(tài)),生

55、成物 (終態(tài)),+,+,.,99,A+BC,AB + C,a,b,c,r Hm,圖4-5 反應(yīng)途徑的能量變化,Ea2：逆反應(yīng)活化能,Ea1：正反應(yīng)活化能,r Hm = Ea1Ea2,O,.,100,3.3.5 提高化學(xué)反應(yīng)速率的方法 增加反應(yīng)速率的具體措施可有以下幾種： (1) 增大濃度 (2) 升高溫度 (3) 采用催化劑 1.增大濃度（或氣體壓力）：增加單位體積內(nèi)活化分子總數(shù) 2.升高溫度：增加單位體積內(nèi)活化分子總數(shù) 3.降低活化能：改變反應(yīng)途徑、增加活化分子數(shù) 催化作用：催化劑改變反應(yīng)途徑、降低活化能。,催化劑,正催化劑：增加正反應(yīng)速度的催化劑,負(fù)催化劑：降低正反應(yīng)速度的催化劑,.,10

56、1,練習(xí)題（P68-71） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12,.,102,13. 14. 15. 16. 17. 18.,.,103,第四章 溶液與離子平衡,內(nèi)容提要： 本章將化學(xué)反應(yīng)的基本原理應(yīng)用于溶液中的離子反應(yīng)，著重討論稀溶液的通性、水溶液中的酸堿平衡、配離子的解離平衡、難溶電解質(zhì)的多相離子平衡，以及平衡原理的應(yīng)用。 學(xué)習(xí)要求： 1.初步掌握稀溶液的通性及其應(yīng)用； 2.掌握酸堿平衡、緩沖溶液的概念，能進(jìn)行溶液pH值的計(jì)算； 3.掌握配離子的解離平衡及其移動(dòng)原理，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算； 4.掌握溶度積規(guī)則及其應(yīng)用，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。,.,104,4.1

57、 稀溶液的通性 稀溶液：當(dāng)水中溶有少量不揮發(fā)的溶質(zhì)后，形成的溶液。 依數(shù)性：指稀溶液的蒸氣壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓只與溶質(zhì)的數(shù)量（即濃度）有關(guān)的性質(zhì)。溶液越稀，稀溶液的依數(shù)性定律越準(zhǔn)。 稀溶液的通性：指稀溶液的依數(shù)性。 4.1.1 溶液的蒸氣壓下降 1.蒸氣壓 蒸發(fā)：液體分子從液面逸出成為蒸氣分子的過程，是一個(gè)吸熱的熵增過程。 凝結(jié)：蒸氣分子變?yōu)橐合嗟倪^程，是一個(gè)放熱的熵減過程。 飽和蒸氣壓（蒸氣壓）：指液體的蒸發(fā)速率等于蒸氣的凝結(jié)速率時(shí)，該液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)，此時(shí)蒸氣所具有的壓力，稱為該溫度下的飽和蒸氣壓（簡(jiǎn)稱蒸氣壓）。,.,105,水的相圖： 定義：表示水的固、液、氣三態(tài)之間，在不

58、同溫度和壓力下的平衡關(guān)系圖，稱為水的相圖。見平74圖4.1. AB：水的飽和蒸氣壓曲線； AD：冰的蒸氣壓曲線； AC：冰的熔化曲線（水的凝固曲線）。 三相點(diǎn)（A點(diǎn)）：它是水、汽、冰三相共存的溫度和壓力條件。對(duì)應(yīng)的溫度為273.16K、壓力為0.6105kPa。 冰點(diǎn)：對(duì)應(yīng)的溫度為273.15K、壓力為101.325kPa。 沸點(diǎn)：對(duì)應(yīng)的溫度為373.15K、壓力為101.325kPa。,.,106,2.溶液的蒸氣壓下降p 拉烏爾公式：p = xBpA xB ：溶液中難揮發(fā)的非電解質(zhì)溶質(zhì)B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（摩爾分?jǐn)?shù)） pA ：純?nèi)軇┑恼魵鈮海籶溶液的蒸氣壓。 其中有：p = pA p 水溶液的蒸氣壓下降示意圖參見書P75圖4.2,.,107,4.1.2 溶液的沸點(diǎn)上升 （1）定義：在一定溫度下，當(dāng)液體蒸氣壓力等于外界壓力，液體就會(huì)沸騰，此時(shí)溫度稱為該液體的沸點(diǎn)。 （2）關(guān)系：根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，溶有難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的沸點(diǎn)升高值Tbp與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃