第三章1節(jié)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

1、第三章 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ) 用熱力學(xué)的理論和方法研究化學(xué)反應(yīng)的能量變化問題?？山鉀Q化學(xué)變化中的反應(yīng)方向性問題。 其特點：著眼于宏觀性質(zhì)變化；只討論變化的起始狀態(tài)與終了狀態(tài)之間的變化結(jié)果，不需要了解過程和機理；沒有時間概念。第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的能量變化一、基本概念和常用術(shù)語系系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)：成為我們研究對象的那部分物質(zhì)環(huán)境：與系統(tǒng)相鄰的其他物質(zhì)按系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，體系可分為：敞開系統(tǒng)：體系統(tǒng)與環(huán)境間有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境間無物質(zhì)交換，有能量交換孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境間無物質(zhì)交換，也無能量交換途徑和過程 途徑：由初態(tài)到終態(tài)變化時所使用的方：由初態(tài)到終態(tài)變化時所使用的方法和遵循的路線。法

2、和遵循的路線。 過程：狀態(tài)變化的經(jīng)過。過程：狀態(tài)變化的經(jīng)過。過程的關(guān)鍵是始終狀態(tài)，而途徑則著眼于具體方式.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 狀態(tài)：體系的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。 狀態(tài)函數(shù)：一組用來描述狀態(tài)的物理量，如溫度壓力質(zhì)量等。狀態(tài)函數(shù)只取決于體系所處的熱力學(xué)狀態(tài)，即狀態(tài)函數(shù)只取決于體系所處的熱力學(xué)狀態(tài)，即與狀態(tài)有關(guān)，而與變化過程與途徑無關(guān)。與狀態(tài)有關(guān)，而與變化過程與途徑無關(guān)。狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì) 只與物質(zhì)所處的狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。 根據(jù)狀態(tài)函數(shù)是否具有加和性可以分為： 具有加和性的狀態(tài)函數(shù)，稱為體系的廣量性質(zhì)或量度性質(zhì)。 不具有加和性的狀態(tài)函數(shù)，稱為體系的強度性質(zhì)。二.熱力學(xué)第一定律 研究變化過程中的能

3、量關(guān)系與規(guī)律（a）.熱力學(xué)能（U）：宏觀靜止物質(zhì)所具有的能量，有U表示，也稱為內(nèi)能。（b）.功（W）：在過程中除熱（Q）以外其他形式所傳遞的能量。可分為：體積功、非體積功。1.熱力學(xué)能（熱力學(xué)能（U）和功（）和功（W)的含義的含義2.熱力學(xué)能（U）的特性 （a）熱力學(xué)能包括：分子平動能、 分子振動能、分子轉(zhuǎn)動能、原子內(nèi)部能等。 （b）熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)，絕對植還無法測定；功不是狀態(tài)函數(shù)。 （c）對于理想氣體，熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù)。如果變化的T=0則U=02.熱力學(xué)第一定律表達式 如果某系統(tǒng)由狀態(tài)變到狀態(tài)，在這一過程中系統(tǒng)從環(huán)境吸收的能量Q，和對外界所做的功W，以及體系熱力學(xué)能的變化存在如下關(guān)

4、系式： 即：即： U=Q + WQ：系統(tǒng)從環(huán)境中吸熱，取正值；系統(tǒng)向環(huán)境中放熱，取負值。W：系統(tǒng)對環(huán)境作功，取負值；反之就取正值。例：有一系統(tǒng)吸收了50KJ的熱，做了30KJ的功。求：U體 U環(huán) U宇宙 解：由熱力學(xué)第一定律U=Q-W可知： 對體系 U系統(tǒng)= 50-30= 20 （KJ） 對環(huán)境 U環(huán)=-50+30=-20 （KJ） 對宇宙 U宇宙= U系統(tǒng)+ U環(huán) =20+（-20）=0 （KJ） 對于理想氣體，如果溫度不便T=0則U=0 故有：Q=W 即 吸收的熱能全部用來做功。三.化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)進度 描述和表征化學(xué)反應(yīng)進行程度的物理量。 用表示，SI單位為mol.DGBADGBAIii0

5、IIIIInntnt)0()()(化學(xué)反應(yīng)t時刻的反應(yīng)進度：四.化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 1.體積功 由于體積變化而引起的功。2.化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)與焓 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)： 反應(yīng)過程中吸收或放出的熱量。常見的 反應(yīng)熱效應(yīng)有兩種：恒容反應(yīng)：反應(yīng)前后的體積維持不變；恒壓反應(yīng)；反應(yīng)前后的壓力維持不變；（1）.等壓反應(yīng)熱效應(yīng)與焓等壓反應(yīng)熱效應(yīng)與焓 特征：反應(yīng)前后壓強不變，如在敞開系統(tǒng)中進行的反應(yīng) 。 如果系統(tǒng)只做體積功： U= Q （PV） 在等壓下則：U2-U1=QPP（V2-V1）； U、P、V皆為狀態(tài)函數(shù)，故定義一個新狀態(tài)函數(shù)H。令：H = U + PV，稱為熱焓，簡稱焓。H為一個狀態(tài)函數(shù)。為一個狀態(tài)函數(shù)

6、。反應(yīng)的熱效應(yīng)與焓變的關(guān)系 故有故有 QP=（U2+PV2）-（U1+PV1） 或： QP = H 即恒溫反應(yīng)的即恒溫反應(yīng)的熱效應(yīng)熱效應(yīng)等于等于系統(tǒng)的焓變系統(tǒng)的焓變。又：又： H= H= U + PU + PV V對于凝聚相對于凝聚相V V 0 0 故故H H U U 對于理想氣體對于理想氣體P PV V nRT nRT 即即H= H= U + U + nRTnRT （2）等容反應(yīng)熱效應(yīng)與熱力學(xué)能 特征：反應(yīng)前后體積不變化。如:在鋼彈中進行爆炸反應(yīng)。 由于U=Q + W =Q +（W體積+W非體積）對恒容反應(yīng)： V =0 ，則 U=Q-PV= Q即：反應(yīng)的熱效應(yīng) QV=U如果無非體積功： W非

7、體積03.化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變rH0m 定義： 化學(xué)反應(yīng)進度1mol時，反應(yīng)的焓變。 表示：rH0m 五.蓋斯定律 1.基本內(nèi)容 IIIII222I2_O21gHgOHlOH則必有則必有H= H + H 不論過程是一步完成還是分幾步完成，其變化的總熱效應(yīng)是相同的（或一個化學(xué)反應(yīng)差能分解成幾步來完成，總反應(yīng)的熱效應(yīng)等于各步反應(yīng)的熱效應(yīng)之和）。2.反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計算 計算核心：蓋斯定律生成熱：由穩(wěn)定單質(zhì)，在指定溫度和生成熱：由穩(wěn)定單質(zhì)，在指定溫度和1atm1atm下，下，反應(yīng)生成反應(yīng)生成1mol1mol純化合物的反應(yīng)熱，用純化合物的反應(yīng)熱，用 f fH Hm m 表示表示. .由由HessHess

8、定律：對任意反應(yīng)有定律：對任意反應(yīng)有 r rH Hm m= = （ f fH Hm m ）生成物生成物- - （ f fH Hm m ）反應(yīng)物反應(yīng)物（1）.利用生成熱求反應(yīng)熱例：例：Fe2O3（s）+3H2（g）2Fe（s）+3H2O（g），求），求: rHm 解：根據(jù)物質(zhì)的生成熱與反應(yīng)焓變的關(guān)系有：KJHHHHHgHmfsOFemfgOHmfsFemfmr2 .35032 .82218 .285302332)(,)(,)(,)(,2322答：所求求: rHm = -35.2KJ（2）.利用燃燒熱求反應(yīng)熱 燃燒熱：在 100KPa的壓強下 ，1mol純物質(zhì)完全燃燒時的熱效應(yīng)。用cHm表示。 有機物燃燒熱易獲得，但誤差較大。由Hess定律： rHm =（cHm）生成物- （cHm）反應(yīng)物（3）.從鍵能估算反應(yīng)熱 鍵能：斷開鍵能：斷開1mol氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)鍵，使之成為氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)鍵，使之成為氣態(tài)原子所需的能量。氣態(tài)原子所需的能量。 根據(jù)根據(jù)Hess定律：定律： rHm = （Ei）斷開斷開- （Ej）生成生成該方法該方法誤差較大誤差較大，原因：，原因：a.a.只考慮