《普化》：緒論及第一章(2015)

1、普通化學(xué)普通化學(xué)主主 講講: : 梅崇珍梅崇珍Tel一、本課程的學(xué)習(xí)一、本課程的學(xué)習(xí)目的和意義目的和意義二、本課程的學(xué)習(xí)二、本課程的學(xué)習(xí)方法和要求方法和要求共共48學(xué)時（理論學(xué)時（理論40 + 實驗實驗8），必修考試課），必修考試課n化學(xué)是一門化學(xué)是一門“中心科學(xué)中心科學(xué)” 。它不僅生產(chǎn)用于制。它不僅生產(chǎn)用于制造住所、衣物和交通用的材料，發(fā)明提高和保證造住所、衣物和交通用的材料，發(fā)明提高和保證糧食供應(yīng)的新辦法，創(chuàng)造新的藥物，而且多方面糧食供應(yīng)的新辦法，創(chuàng)造新的藥物，而且多方面改善著我們的生活，因而化學(xué)也是一門改善著我們的生活，因而化學(xué)也是一門實用科學(xué)實用科學(xué)。n 以以

2、信息技術(shù)信息技術(shù)、生物工程生物工程、新型材料新型材料、新的能源新的能源、海洋開發(fā)海洋開發(fā)等新技術(shù)為主導(dǎo)的技術(shù)革命都與化學(xué)等新技術(shù)為主導(dǎo)的技術(shù)革命都與化學(xué)密切相關(guān)。密切相關(guān)?；瘜W(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)化學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)u傳統(tǒng)化學(xué)的分支傳統(tǒng)化學(xué)的分支(二級二級)學(xué)科：學(xué)科： 無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)。u原有的原有的“四大分支四大分支”中的某些內(nèi)容，已經(jīng)發(fā)展成中的某些內(nèi)容，已經(jīng)發(fā)展成為一些新的獨立分支，如為一些新的獨立分支，如 電化學(xué)、配位化學(xué)、稀電化學(xué)、配位化學(xué)、稀有元素化學(xué)、有元素化學(xué)、膠體化學(xué)膠體化學(xué)、高分子化學(xué)高分子化學(xué) 等等。 u隨著各門學(xué)科

3、之間的相互滲透日益增強(qiáng)，形成了隨著各門學(xué)科之間的相互滲透日益增強(qiáng)，形成了許多應(yīng)用化學(xué)的新分支，如許多應(yīng)用化學(xué)的新分支，如 農(nóng)業(yè)化學(xué)、生物化學(xué)農(nóng)業(yè)化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、地球化學(xué)、海洋化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、地球化學(xué)、海洋化學(xué)、材料化學(xué)、計算化學(xué)、核化學(xué)、激光化學(xué)材料化學(xué)、計算化學(xué)、核化學(xué)、激光化學(xué) 等。等。化學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)化學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)u化學(xué)創(chuàng)造了人類美好的生活：化學(xué)創(chuàng)造了人類美好的生活： 化肥化肥將人類從饑餓中拯救出來將人類從饑餓中拯救出來 高分子合成材料高分子合成材料改善了人們的生活改善了人們的生活 藥物藥物成為人類健康的守護(hù)神成為人類健康的守護(hù)神 染料染料的發(fā)明和

4、應(yīng)用使人們的生活多姿多彩的發(fā)明和應(yīng)用使人們的生活多姿多彩 化學(xué)物質(zhì)是化學(xué)物質(zhì)是“天使天使”也是也是“魔鬼魔鬼”：如如 環(huán)境污染環(huán)境污染， 生化武器生化武器化學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)化學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)普普 通通 化化 學(xué)學(xué)第一章第一章 熱化學(xué)與能源熱化學(xué)與能源 第二章第二章 化學(xué)反應(yīng)的基本原理與大氣污染控制化學(xué)反應(yīng)的基本原理與大氣污染控制第三章第三章 水溶液化學(xué)水溶液化學(xué) 第四章第四章 電化學(xué)與金屬腐蝕電化學(xué)與金屬腐蝕第五章第五章 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表原子結(jié)構(gòu)與元素周期表第六章第六章 無機(jī)化合物無機(jī)化合物第七章第七章 高分子化合物高分子化合物成績成績組成組成： 20 %+ 20 %+ 60 %考勤、

5、課堂測試、作業(yè)或小論文成績（考勤、課堂測試、作業(yè)或小論文成績（20 %） 缺一次扣缺一次扣10 % 。實驗成績實驗成績 （20 %）結(jié)課閉卷考試成績（結(jié)課閉卷考試成績（60 %）課課 程程 成成 績績 評評 定定 方方 法法普通化學(xué)普通化學(xué)第一章第一章 熱化學(xué)與能源熱化學(xué)與能源Tel主講：梅崇珍主講：梅崇珍化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)（1）生成新物質(zhì)；（）生成新物質(zhì)；（2）產(chǎn)生新能量。）產(chǎn)生新能量。不可再生能源不可再生能源煤、石油和天然氣等煤、石油和天然氣等，有限和污染，有限和污染可再生能源可再生能源源于太陽能的生物質(zhì)能源于太陽能的生物質(zhì)能，無限和環(huán)保，無限和環(huán)保一般來講，獲得能

6、源或?qū)崿F(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換主要依靠化學(xué)一般來講，獲得能源或?qū)崿F(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換主要依靠化學(xué)反應(yīng)，包括反應(yīng)，包括熱化學(xué)反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)。生物化學(xué)反應(yīng)。如：如：（1）以農(nóng)產(chǎn)品玉米為原料加工水解發(fā)酵制成乙醇，）以農(nóng)產(chǎn)品玉米為原料加工水解發(fā)酵制成乙醇， 以以10%20%的比例混入汽油中用作汽車燃料。的比例混入汽油中用作汽車燃料。（2）現(xiàn)代技術(shù)將城市垃圾、污泥、廢水、廢渣中的有）現(xiàn)代技術(shù)將城市垃圾、污泥、廢水、廢渣中的有 機(jī)廢棄物加以轉(zhuǎn)換也可成為一種能源。機(jī)廢棄物加以轉(zhuǎn)換也可成為一種能源。 第一章第一章 熱化學(xué)與能源熱化學(xué)與能源 1、系統(tǒng)（、系統(tǒng)（Syst

7、em）和環(huán)境（）和環(huán)境（surroundings）系統(tǒng)：系統(tǒng)：在科學(xué)研究中被劃定的研究對象稱為系統(tǒng)。在科學(xué)研究中被劃定的研究對象稱為系統(tǒng)。環(huán)境：環(huán)境：與體系密切相關(guān)、有相互作用或影響的部分稱與體系密切相關(guān)、有相互作用或影響的部分稱為環(huán)境把體系分為三類（以杯中熱水為例）為環(huán)境把體系分為三類（以杯中熱水為例）（1）敞開體系）敞開體系（打開水杯蓋）（打開水杯蓋） 體系與環(huán)境之間體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換既有物質(zhì)交換，又有能量交換。（2）封閉體系）封閉體系（蓋上水杯蓋）（蓋上水杯蓋） 體系與環(huán)境之間體系與環(huán)境之間無物質(zhì)交換，但有能量交換無物質(zhì)交換，但有能量交換。（3）隔離體系）隔離體系（

8、保溫杯里的水）（保溫杯里的水） 體系與環(huán)境之間既體系與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換，又無能量交換無物質(zhì)交換，又無能量交換。11 熱化學(xué)熱化學(xué) 一、基本概念一、基本概念2、物態(tài)與相、物態(tài)與相（1）物態(tài)：物態(tài)：一般分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種；一般分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種；（2）相：）相：在系統(tǒng)內(nèi)部，物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同在系統(tǒng)內(nèi)部，物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分，就叫做相。相與相之間有明確的界面。的部分，就叫做相。相與相之間有明確的界面。 對于氣體對于氣體，無論是一種還是幾種，都是一相。，無論是一種還是幾種，都是一相。 對于混合液體對于混合液體，完全互溶的為一相，例如乙醇和水的，完全互溶的為一相，例如

9、乙醇和水的混合液；如果不能完全互溶，則各為一相，例如：油混合液；如果不能完全互溶，則各為一相，例如：油和水是兩相。和水是兩相。 對于固體對于固體，一種固體就是一相（固溶體除外）。，一種固體就是一相（固溶體除外）。問：問：氯化銀固體、硫酸鋇固體、二氧化碳?xì)怏w、氧氣氯化銀固體、硫酸鋇固體、二氧化碳?xì)怏w、氧氣、水、甲苯組成一個體系，有幾相共存？、水、甲苯組成一個體系，有幾相共存？五相五相。 如果將甲苯換成甲醇，則應(yīng)該是如果將甲苯換成甲醇，則應(yīng)該是四相四相共存。共存。11 熱化學(xué)熱化學(xué) 一、基本概念一、基本概念3、系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)、系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)（state function）：）： 說明確定系統(tǒng)狀態(tài)的

10、宏觀物理量說明確定系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量.（1）廣度性質(zhì)）廣度性質(zhì)（extensive properties）：又稱為容）：又稱為容量性質(zhì)，量性質(zhì)，它的數(shù)值與體系的物質(zhì)的量成正比它的數(shù)值與體系的物質(zhì)的量成正比，如，如V、n、m、U、S、H、G等。這種性質(zhì)有加和性等。這種性質(zhì)有加和性（2）強(qiáng)度性質(zhì)）強(qiáng)度性質(zhì)（intensive properties）：如溫度）：如溫度T、壓力壓力P、密度、密度、粘度、粘度等，等，與體系的數(shù)量無關(guān)與體系的數(shù)量無關(guān)，不具有加和性。，不具有加和性。 11 熱化學(xué)熱化學(xué) 一、基本概念一、基本概念4、過程和途徑、過程和途徑 過程：過程：系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的經(jīng)過。如等溫系統(tǒng)狀態(tài)

11、發(fā)生變化的經(jīng)過。如等溫(T)、等容、等容(V)、等壓、等壓(P)、絕熱、循環(huán)過程等、絕熱、循環(huán)過程等 途徑：途徑：系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的具體路線，系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的具體路線，可包含多個可包含多個過程過程。 注意：注意：狀態(tài)函數(shù)的變化值只與系統(tǒng)的始狀態(tài)函數(shù)的變化值只與系統(tǒng)的始終態(tài)有關(guān)，與變化過程或途徑無關(guān)終態(tài)有關(guān)，與變化過程或途徑無關(guān)11 熱化學(xué)熱化學(xué) 一、基本概念一、基本概念5、熱和功、熱和功：是系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行：是系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的兩種形式能量交換的兩種形式（1）熱）熱(q)：體系與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱體系與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱為熱用符號為熱用符號q 表示。表示。 吸熱，吸熱

12、，q 0；放熱，；放熱，q 0 ；體系對環(huán)境作功，；體系對環(huán)境作功，W 0；體系放熱，；體系放熱，q 0 ；體系對環(huán)境作功，；體系對環(huán)境作功，W 0例如：一個系統(tǒng)接受了例如：一個系統(tǒng)接受了50kJ的熱量，對外做功的熱量，對外做功20kJ 求系統(tǒng)和環(huán)境內(nèi)能的變化量？求系統(tǒng)和環(huán)境內(nèi)能的變化量？ 對系統(tǒng)：對系統(tǒng)：U系統(tǒng)系統(tǒng)= U2-U1 = q + W= 50-20 = 30kJ； 對環(huán)境：對環(huán)境：U環(huán)境環(huán)境=U系統(tǒng)系統(tǒng) =30kJ1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓一、熱力學(xué)第一定律：一、熱力學(xué)第一定律： U = q + W熱力學(xué)能熱力學(xué)能U : 以前稱為內(nèi)能，其絕對值無法測定只以前稱為內(nèi)能

13、，其絕對值無法測定只能求出它的變化值能求出它的變化值 U 熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律：是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)方面的特殊形式，說明熱力學(xué)能在熱和功之間方面的特殊形式，說明熱力學(xué)能在熱和功之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。可以相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。UQW1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓二、反應(yīng)熱效應(yīng)與焓變：二、反應(yīng)熱效應(yīng)與焓變：主要是主要是qP= H 熱化學(xué)方程式的寫法熱化學(xué)方程式的寫法： （1）計量關(guān)系）計量關(guān)系 B ，（，（2）物態(tài)）物態(tài)(g,s,l)，（，（3）熱效應(yīng)）熱效應(yīng)。 如：如：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) rHm= -

14、483.68 kJ mol -1 其中，其中， rHm (kJ mol -1)稱為稱為 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變 r 指指 reaction ；下標(biāo)；下標(biāo) m 指指 =1 mol ； 上標(biāo)上標(biāo)“” 指標(biāo)準(zhǔn)態(tài)指標(biāo)準(zhǔn)態(tài): P=100kPa， 沒有規(guī)定溫度沒有規(guī)定溫度T rHm ( kJ mol -1）：指在溫度）：指在溫度T和標(biāo)準(zhǔn)壓力和標(biāo)準(zhǔn)壓力P(100kPa)下按給定反應(yīng)式完全反應(yīng)且下按給定反應(yīng)式完全反應(yīng)且 =1 mol時時 的反應(yīng)焓變的反應(yīng)焓變1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變 rHm （kJ mol -1） 與反應(yīng)的具體形式有關(guān)。

15、與反應(yīng)的具體形式有關(guān)。 H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(g) rHm= -241.84 kJ mol -1 放熱放熱 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) rHm= -483.68 kJ mol -1 放熱放熱 H2O(g)=H2(g)+1/2 O2(g) rHm=+241.84 kJ mol -1 吸熱吸熱1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變 rHm （kJ mol -1） 同一反應(yīng)，計量系數(shù)不同，熱效應(yīng)也不同同一反應(yīng)，計量系數(shù)不同，熱效應(yīng)也不同 例如反應(yīng)（例如反應(yīng)（1）的反應(yīng)熱為：）的反應(yīng)熱為： 反應(yīng)（反應(yīng)（2）的反應(yīng)熱為：）

16、的反應(yīng)熱為： H是容量性質(zhì)，具有加合性，則：是容量性質(zhì)，具有加合性，則： 1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓)(2)(3)(322gNHgHgN)()(23)(21322gNHgHgN1 ,mrH1 ,mrH2,mrH22,mrH焓變與溫度關(guān)系不大，焓變與溫度關(guān)系不大， rHm (T) rHm (298K) 三、化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓三、化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓 fHm（kJ mol -1） fHm 指在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，反應(yīng)溫度時，指在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，反應(yīng)溫度時，由最穩(wěn)定的由最穩(wěn)定的 單質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下合成單質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下合成1mol該物質(zhì)時的焓變該物質(zhì)時的焓變。下標(biāo)。下標(biāo)“f”表示表示forma

17、tion， 298K時各物質(zhì)的時各物質(zhì)的 fHm書后有附表可查書后有附表可查。生成焓生成焓僅是相對值，僅是相對值，穩(wěn)定單質(zhì)的生成焓等于零穩(wěn)定單質(zhì)的生成焓等于零。 例如：在例如：在298.15 K時時221122H (g,)Cl (g,)HCl(g,)ppp$-1rm(298.15 K)-92.31 kJ molH$-1mf(HCl,g,298.15 K)-92.31 kJ molH$1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓 四、熱化學(xué)定律四、熱化學(xué)定律蓋斯定律蓋斯定律 1836年蓋斯：年蓋斯：“一個化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成，還一個化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成，還是分幾步完成，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變總

18、是相同的是分幾步完成，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變總是相同的”。 即即一個反應(yīng)若在定壓或定容下分多步進(jìn)行則總定壓或定一個反應(yīng)若在定壓或定容下分多步進(jìn)行則總定壓或定容熱等于各分步熱的代數(shù)和。蓋斯定律是化學(xué)熱力學(xué)容熱等于各分步熱的代數(shù)和。蓋斯定律是化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ)。當(dāng)一個不能直接發(fā)生的反應(yīng)要求反應(yīng)熱時，的基礎(chǔ)。當(dāng)一個不能直接發(fā)生的反應(yīng)要求反應(yīng)熱時，可以通過分步測定反應(yīng)熱并加合起來而間接求得?？梢酝ㄟ^分步測定反應(yīng)熱并加合起來而間接求得。人們稱蓋斯是熱力學(xué)的奠基人。人們稱蓋斯是熱力學(xué)的奠基人。蓋斯定律是熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)的必然結(jié)果蓋斯定律是熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)的必然結(jié)果。其意義在于，可由已知反

19、應(yīng)的反應(yīng)熱，求得實驗上難。其意義在于，可由已知反應(yīng)的反應(yīng)熱，求得實驗上難于測量的反應(yīng)的反應(yīng)熱。于測量的反應(yīng)的反應(yīng)熱。1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓321HHH 五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓 fHm(物質(zhì)，相態(tài)，溫度物質(zhì)，相態(tài)，溫度) 求化學(xué)反應(yīng)的焓變求化學(xué)反應(yīng)的焓變 rHm, rHm(T) rHm(298K) 如對任一化學(xué)反應(yīng)如對任一化學(xué)反應(yīng) aA+fFgG+dD B為計量數(shù)，反應(yīng)物取負(fù)值，生成物取正值。為計量數(shù)，反應(yīng)物取負(fù)值，生成物取正值。 例例1： 反應(yīng)反應(yīng)Zn(s)+Cu2+ (aq)= Zn2+(aq)+ Cu(s) rHm= 【 fHm(Zn2+,aq

20、)+ fHm(Cu,s)】 -【 fHm(Cu2+,aq)+ fHm(Zn,s)】 = (-153.89 kJ mol -1)-(64.77kJ mol -1)= -218.66 kJ mol-1表明該反應(yīng)能放出相當(dāng)大的能量，與電功有關(guān)。表明該反應(yīng)能放出相當(dāng)大的能量，與電功有關(guān)。1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓 mBfBFmfmAfmDfmGfmrHvHfHaHdHgH則有則有 五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓 fHm(kJ mol-1) 求化學(xué)反應(yīng)的焓變求化學(xué)反應(yīng)的焓變 rHm 如對任一化學(xué)反應(yīng)如對任一化學(xué)反應(yīng) aA+fFgG+dD 例例2： SO3(g) + Ca

21、O(s) CaSO4(s) fHm(kJ mol-1) -395.7 635.1 -1434.1 該反應(yīng)不僅可以消除硫氧化物，還可以產(chǎn)生熱。但也帶該反應(yīng)不僅可以消除硫氧化物，還可以產(chǎn)生熱。但也帶來固體廢棄物和酸性廢水，帶來二次污染，用電化學(xué)方來固體廢棄物和酸性廢水，帶來二次污染，用電化學(xué)方法會取得更好地效果。法會取得更好地效果。 1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓FmfmAfmDfmGfmrHfHaHdHgH 則有則有 13 .403)7 .395(1 .6351 .1434)15.298(molkJKHmr五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓 fHm(kJ mol-1)

22、求化學(xué)反應(yīng)的焓變求化學(xué)反應(yīng)的焓變 rHm 如對任一化學(xué)反應(yīng)如對任一化學(xué)反應(yīng) aA+fFgG+dD 例例3： 試計算下列反應(yīng)的熱效應(yīng)試計算下列反應(yīng)的熱效應(yīng) 2NO（g） N2（g）+O2（g） fHm(kJ mol-1) 180.5 0 0 是放熱反應(yīng)是放熱反應(yīng) 這一反應(yīng)就是汽車尾氣治理的反應(yīng)，但這個這一反應(yīng)就是汽車尾氣治理的反應(yīng)，但這個放熱放熱反應(yīng)反應(yīng)為什么不能自發(fā)進(jìn)行呢？為什么不能自發(fā)進(jìn)行呢？1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓FmfmAfmDfmGfmrHfHaHdHgH 則有則有 136115298 molkJKHmr).(五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓 fHm(

23、kJ mol-1) 求化學(xué)反應(yīng)的焓變求化學(xué)反應(yīng)的焓變 rHm 如對任一化學(xué)反應(yīng)如對任一化學(xué)反應(yīng) aA+fFgG+dD 例例4：試計算反應(yīng)試計算反應(yīng)的熱效應(yīng)的熱效應(yīng) 2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2 (g) +4H2O(g) fHm(kJ mol-1) 50.63 9.66 0 -241.84 聯(lián)氨聯(lián)氨(N2H4)又稱肼，與氧或氧化物反應(yīng)時放出大量熱，又稱肼，與氧或氧化物反應(yīng)時放出大量熱，且燃燒速率極快且燃燒速率極快,產(chǎn)物穩(wěn)定無害，是理想的高能燃料。產(chǎn)物穩(wěn)定無害，是理想的高能燃料。1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化學(xué)反應(yīng)熱與焓FmfmAfmDfmGfmrHfHaHdHgH 則有則有 1281

24、0786696350284241415298 molkJKHmr.).().(五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓五、利用各物質(zhì)摩爾生成焓 fHm(kJ mol-1) 求化學(xué)反應(yīng)的焓變求化學(xué)反應(yīng)的焓變 rHm 如對任一化學(xué)反應(yīng)如對任一化學(xué)反應(yīng) aA+fFgG+dD 例例5：鋁熱劑（鋁粉和三氧化二鐵的混合物）點火時放出鋁熱劑（鋁粉和三氧化二鐵的混合物）點火時放出大量的熱（可達(dá)大量的熱（可達(dá)2000以上），用于焊接鋼軌以上），用于焊接鋼軌 2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s) fHm(kJ mol-1) 0 -824.2 -1675.7 0 1 12 2 化學(xué)反應(yīng)熱與焓化

25、學(xué)反應(yīng)熱與焓FmfmAfmDfmGfmrHfHaHdHgH 則有則有 15 .851)15.298(molkJKHmr人類使用能源經(jīng)歷了四個時代：人類使用能源經(jīng)歷了四個時代： （1 1）以）以“生物質(zhì)生物質(zhì)”為主的能源時代。為主的能源時代。 主要能源：主要能源：生物質(zhì)生物質(zhì)（植物秸稈、樹木等）；（植物秸稈、樹木等）；（2 2）以）以“化石燃料化石燃料”煤煤為主的第二代能源時代，為主的第二代能源時代，（3 3）以）以“液體燃料液體燃料” ” 石油石油為主的第三代能源時代，為主的第三代能源時代，（4 4）以）以核能、氫能、天然氣水合物核能、氫能、天然氣水合物為主的第四代能源為主的第四代能源 主要能

26、源：核能、氫能、天然氣水合物等。主要能源：核能、氫能、天然氣水合物等。1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用 能源分類：能源分類：1、根據(jù)能源產(chǎn)生方式分為一次能源和二次能源、根據(jù)能源產(chǎn)生方式分為一次能源和二次能源 一次能源一次能源：直接取得未經(jīng)加工的能源。：直接取得未經(jīng)加工的能源。 如：木材、原煤、原油、天然氣等如：木材、原煤、原油、天然氣等 二次能源二次能源：利用其他能源加工、轉(zhuǎn)換而得的能源。：利用其他能源加工、轉(zhuǎn)換而得的能源。 如：電能、汽油、酒精、如：電能、汽油、酒精、 氫氣等氫氣等2、根據(jù)能源是否再利用分為可再生能源和不可再生能源、根據(jù)能源是否再利用分為可再生能源和不可再生能源 可

27、再生能源可再生能源：主要包括風(fēng)能、水能、潮汐能、太陽能、：主要包括風(fēng)能、水能、潮汐能、太陽能、 地?zé)崮?、海洋能、生物能、氫能等。地?zé)崮?、海洋能、生物能、氫能等?不可再生能源不可再生能源：如煤、石油、天然氣、核能等。也稱化石能源：如煤、石油、天然氣、核能等。也稱化石能源3、根據(jù)是否會造成環(huán)境污染可分為污染型能源和清潔型能源、根據(jù)是否會造成環(huán)境污染可分為污染型能源和清潔型能源 污染型能源污染型能源：如煤類、石油等消費后對環(huán)境造成污染；：如煤類、石油等消費后對環(huán)境造成污染； 清潔型能源清潔型能源：如水力、電能、太陽能、沼氣、氫能、燃料電池：如水力、電能、太陽能、沼氣、氫能、燃料電池 等消費后無污染

28、。等消費后無污染。1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用 一、煤炭與潔凈煤技術(shù)一、煤炭與潔凈煤技術(shù) 1、 煤炭的成分：煤的主要成分是碳、氫、氧三種元煤炭的成分：煤的主要成分是碳、氫、氧三種元 素及少量的氮、磷、硫和稀有元素，素及少量的氮、磷、硫和稀有元素， 還有還有 泥沙等礦物雜質(zhì)和水分。泥沙等礦物雜質(zhì)和水分。 2、煤炭的熱值：又稱發(fā)熱量，指單位質(zhì)量的燃料完全、煤炭的熱值：又稱發(fā)熱量，指單位質(zhì)量的燃料完全 燃燒所放出的熱量。可由燃燒所放出的熱量。可由rHm折算。折算。 C(s, 石墨石墨) + O2(g) = CO2(g) rHm(298.15K)= -393.5 kJ mol -1, 即

29、：石墨的熱值折合為即：石墨的熱值折合為 32.8 MJ kg -1, 通常較好煤的熱值在通常較好煤的熱值在30 MJ kg -1以上以上, 標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值在標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值在29.3 MJ kg -1。P19表表1-1各種煤的熱值各種煤的熱值1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用 一、煤炭與潔凈煤技術(shù)一、煤炭與潔凈煤技術(shù) 3、煤炭的分類與特點：、煤炭的分類與特點： 無煙煤：無煙煤：是是低硫低硫高品位煤，是煤中最受歡迎的品種。高品位煤，是煤中最受歡迎的品種。 煙煤：煙煤：熱值高熱值高的優(yōu)質(zhì)燃料但的優(yōu)質(zhì)燃料但含硫量較高含硫量較高，會引起污染。，會引起污染。 褐煤：褐煤：儲量極大熱儲量極大熱值低至值低

30、至今開采甚少，但今開采甚少，但含硫量較低含硫量較低。 煤是固體燃料，其最大的缺點是燃燒反應(yīng)速率慢、煤是固體燃料，其最大的缺點是燃燒反應(yīng)速率慢、 利用率低，且易引起環(huán)境問題。利用率低，且易引起環(huán)境問題。4、潔凈煤技術(shù)：潔凈煤技術(shù)：潔凈煤技術(shù)是將煤加工轉(zhuǎn)化為氣化潔凈煤技術(shù)是將煤加工轉(zhuǎn)化為氣化 燃料、液化燃料、水煤漿燃料。是一項龐大燃料、液化燃料、水煤漿燃料。是一項龐大 復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括煤炭的加工、轉(zhuǎn)化、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括煤炭的加工、轉(zhuǎn)化、 燃燒和污染控制等。燃燒和污染控制等。1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用一、煤炭與潔凈煤技術(shù)一、煤炭與潔凈煤技術(shù) 4、潔凈煤技術(shù)、潔凈煤技術(shù)： （1

31、）水煤氣：）水煤氣：水蒸氣通過灼熱的焦炭產(chǎn)生。C(s)+H2O(g)=CO(g)(40%)+H2(g)(5%), 其余為N2和CO2等. rHm(298.15K)= 131.3 kJ mol -1 是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，必須間歇性通入空氣代替水蒸氣使焦炭 加熱。水煤氣屬低熱值煤氣，含水煤氣屬低熱值煤氣，含CO多，毒性較大多，毒性較大。 改進(jìn)方法：改進(jìn)方法：即Ni催化下的甲烷化，得到相當(dāng)于天然氣 的高發(fā)熱值煤氣，稱為合成天然氣稱為合成天然氣。 Ni催化下： CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(l) rHm(298.15K)= - 250.1 kJ mol -11 13 3 能源的合理利用能源

32、的合理利用一、煤炭與潔凈煤技術(shù)一、煤炭與潔凈煤技術(shù) 4、潔凈煤技術(shù)、潔凈煤技術(shù)： （2）合成氣：）合成氣：將純氧氣和水蒸氣在加壓下通過灼熱的 煤生成的一種氣態(tài)燃料混合物。 40% H2+ 15% CO + 15% CH4 + 30% CO2（體積分?jǐn)?shù)）（體積分?jǐn)?shù)） 合成氣比水煤氣的熱值有明顯提高。（3）煤的液化燃料：）煤的液化燃料：以上述合成氣為原料，選用不同的催化劑與合成條件可生產(chǎn)合成汽油或甲醇等液體燃料。 H2 (g)CO (g) CnH2n+2 (l) + H2O (l) (活性活性Fe-Co, 170200, 12MPa) H2(g) CO (g) CH3OH (l) (Cu, 300

33、, 2030MPa) 1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用一、煤炭與潔凈煤技術(shù)一、煤炭與潔凈煤技術(shù)4、潔凈煤技術(shù)、潔凈煤技術(shù)： （4）水煤漿燃料：）水煤漿燃料：70%煤粉、煤粉、30%水及少量添加劑水及少量添加劑混合而成?；旌隙?。 此法可省去水力采煤及洗選精煤后的脫水和干燥過程，具有燃燒效率高、燃燒溫度低、生成的NOx少等優(yōu)點，比燃煤粉排放的NOx和CO要少1/61/2，且可直接采用管道運輸，節(jié)約成本，是目前以煤代油的理想燃料。1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用二、石油和天然氣二、石油和天然氣1、石油和汽油、石油和汽油 石油：石油：又稱原油，是多種烴類混合物，主要含鏈烷烴又稱原

34、油，是多種烴類混合物，主要含鏈烷烴 、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧和含硫有機(jī)物。、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧和含硫有機(jī)物。石油產(chǎn)品：石油產(chǎn)品：石油經(jīng)分餾和裂化等加工后可得到石油氣石油經(jīng)分餾和裂化等加工后可得到石油氣 、汽油、煤油、柴油、潤滑油等一系列產(chǎn)品。、汽油、煤油、柴油、潤滑油等一系列產(chǎn)品。 汽油：汽油：是重要的汽車燃料，主要成分是辛烷是重要的汽車燃料，主要成分是辛烷C8H18, C8H18(l) + O2(g)CO2(g) + H2O (l) rHm(298.15K)= - 5440 kJ mol -1 折合成辛烷的熱值在折合成辛烷的熱值在47.7 MJ kg -1。1 13 3 能源的合理利

35、用能源的合理利用 二、石油和天然氣二、石油和天然氣 1、石油和汽油、石油和汽油 （1）汽油的）汽油的辛烷值：辛烷值：表示汽油在汽油機(jī)中燃燒時的抗震性指標(biāo) 規(guī)定：規(guī)定：抗震性很好的異辛烷的辛烷值為異辛烷的辛烷值為100， 抗震性很小的正庚烷的辛烷值為正庚烷的辛烷值為0（2）95號汽油：號汽油：指該汽油的抗震性與95%異辛烷和5%正庚烷 的混合液相等。（3）含鉛汽油：）含鉛汽油：因直溜汽油的辛烷值在55-72之間，在每升汽油中加0.6g鉛可將辛烷值提高到79-88之間，加入汽油中的鉛主要含有約60%的四甲四甲(乙乙)基鉛基鉛和40%的二溴(氯)乙烷，四乙基鉛是高效抗爆劑，防止汽油不穩(wěn)定燃燒，二溴乙

36、烷幫助除鉛，但形成的易揮發(fā)鉛鹵化物排入大氣引起環(huán)境污染，現(xiàn)已禁用。 （4）無鉛汽油：）無鉛汽油：用甲基叔丁基醚甲基叔丁基醚代替四乙基鉛作為汽油添加劑增強(qiáng)抗爆性，提高辛烷值，同時避免環(huán)境鉛污染。二、石油和天然氣二、石油和天然氣2、天然氣和沼氣、天然氣和沼氣 （1）天然氣：）天然氣：是儲藏在地層內(nèi)的可燃性氣體，是低級烴的混合物，主要成分是甲烷，還含有乙烷、丙烷等CH4(g) + O2(g) CO2（g）+ H2O (l) rHm(298.15K)= - 890 kJ mol -1 折合成甲烷的熱值在折合成甲烷的熱值在55.6 MJ kg -1。天然氣是無需加工，易于輸送、熱值高的優(yōu)質(zhì)清潔燃料 （2

37、）沼氣：）沼氣：是由植物殘體在空氣隔絕的情況下自然分解而成的氣體，約含60%的CH4, 其余為CO2、CO、H2、H2S等，其熱值達(dá)到其熱值達(dá)到21 MJ kg -1。沼氣是一種簡便、廉價、高效的清潔能源，發(fā)酵的殘余物還可作肥料、飼料等而得以綜合利用。二、石油和天然氣二、石油和天然氣 3、煤氣和液化石油氣：、煤氣和液化石油氣：是現(xiàn)代城市居民最重要的兩大是現(xiàn)代城市居民最重要的兩大民用燃料。民用燃料。（1）煤氣：）煤氣：是煤的合成氣及煉焦氣，主要成分為是煤的合成氣及煉焦氣，主要成分為CH4(15%) 、CO（15%）、）、H2（50%）. 我國規(guī)定我國規(guī)定煤氣熱值不低于煤氣熱值不低于15.9 MJ

38、 kg -1。（2）液化石油氣：）液化石油氣：即石油液化氣。來源于采油時的油即石油液化氣。來源于采油時的油田氣和煉油時的煉廠氣。主要成分是田氣和煉油時的煉廠氣。主要成分是丙烷和丁烷丙烷和丁烷，將其加壓成液體并裝進(jìn)鋼瓶。將其加壓成液體并裝進(jìn)鋼瓶。液化氣不但熱值比煤液化氣不但熱值比煤氣高好幾倍且不產(chǎn)生有毒氣體。氣高好幾倍且不產(chǎn)生有毒氣體。 以液化氣為燃料的汽車成為綠色交通。以液化氣為燃料的汽車成為綠色交通。1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用三、氫能和太陽能三、氫能和太陽能 1、氫能：、氫能： H2(g) + 1/2O2(g) H2O (l) rHm(298.15K)= - 285.8 kJ

39、 mol -1折合成熱值折合成熱值142.9MJ kg -1，約為，約為汽油的汽油的3倍，煤炭的倍，煤炭的6倍倍特點特點：（：（1）易燃，反應(yīng)速度快；易燃，反應(yīng)速度快； （2）原料是水，取之不盡；）原料是水，取之不盡； （3）產(chǎn)物是水，非常干凈。）產(chǎn)物是水，非常干凈。 但存在制備、儲運、安全利用的問題。但存在制備、儲運、安全利用的問題。 氫氣的制備、液化需消耗很大能量，目前研究開發(fā)氫氣的制備、液化需消耗很大能量，目前研究開發(fā) 最活躍的是固態(tài)合金儲氫法，如鑭鎳合金形成最活躍的是固態(tài)合金儲氫法，如鑭鎳合金形成LaNi5H61 13 3 能源的合理利用能源的合理利用三、氫能和太陽能三、氫能和太陽能

40、2 2、太陽能太陽能太陽的太陽的體積是地球的體積是地球的130130萬倍，質(zhì)量是地球的萬倍，質(zhì)量是地球的3333萬倍，萬倍，核心的溫度高達(dá)核心的溫度高達(dá)15001500萬攝氏度。在太陽內(nèi)部，萬攝氏度。在太陽內(nèi)部，氫原氫原子核在超高溫度下發(fā)生聚變，釋放出巨大的核能，子核在超高溫度下發(fā)生聚變，釋放出巨大的核能，太陽核心每時每刻都在發(fā)生氫彈爆炸。太陽核心每時每刻都在發(fā)生氫彈爆炸。煤和石油是植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物體煤和石油是植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物體的化學(xué)能。后漸漸變成了煤、石油和天然氣。今天的的化學(xué)能。后漸漸變成了煤、石油和天然氣。今天的化石燃料實際上是上億年前地球所接收的

41、太陽能?；剂蠈嶋H上是上億年前地球所接收的太陽能。雖然太陽能是取之不盡的清潔能源，但真正進(jìn)入商用的雖然太陽能是取之不盡的清潔能源，但真正進(jìn)入商用的產(chǎn)品似乎只有太陽能計算器、太陽能熱水器和太陽能產(chǎn)品似乎只有太陽能計算器、太陽能熱水器和太陽能衛(wèi)星，太陽能汽車至今仍只是一種概念產(chǎn)品。衛(wèi)星，太陽能汽車至今仍只是一種概念產(chǎn)品。四、四、核能核能 （包括（包括核裂變和核聚變核裂變和核聚變）P23-25n原子核分裂或聚變，就可釋放出驚人的能量，這就是原子核分裂或聚變，就可釋放出驚人的能量，這就是核能。核能。n1942年人類利用核反應(yīng)堆第一次實現(xiàn)了可控制的鈾核年人類利用核反應(yīng)堆第一次實現(xiàn)了可控制的鈾核裂變，邁

42、出了人類利用核能的關(guān)鍵一步。裂變，邁出了人類利用核能的關(guān)鍵一步。n還有一種核能就是核聚變，目前除了氫彈以外，世界還有一種核能就是核聚變，目前除了氫彈以外，世界上還沒有出現(xiàn)用核聚變發(fā)電的。因為核聚變目前還是上還沒有出現(xiàn)用核聚變發(fā)電的。因為核聚變目前還是難以控制的，而且引發(fā)時需要極大的能量。難以控制的，而且引發(fā)時需要極大的能量。n核電站能給那些水利資源、化石資源缺乏的地區(qū)提供核電站能給那些水利資源、化石資源缺乏的地區(qū)提供電能，也給人類解決能源危機(jī)帶來希望，在不可再生電能，也給人類解決能源危機(jī)帶來希望，在不可再生能源日趨珍貴之時，適度發(fā)展核電是人類的一種選擇能源日趨珍貴之時，適度發(fā)展核電是人類的一種選擇1 13 3 能源的合理利用能源的合理利用五、其他能源五、其他