第二化學(xué)反應(yīng)的能量和方向PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1第二化學(xué)反應(yīng)的能量和方向第二化學(xué)反應(yīng)的能量和方向 本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求1. 了解化學(xué)熱力學(xué)基本概念，了解了解化學(xué)熱力學(xué)基本概念，了解 熱力學(xué)能、焓、熵、自由能等狀熱力學(xué)能、焓、熵、自由能等狀 態(tài)函數(shù)的物理意義態(tài)函數(shù)的物理意義2. 掌握熱力學(xué)第一定律，第二定律掌握熱力學(xué)第一定律，第二定律 的基本內(nèi)容的基本內(nèi)容3. 掌握掌握化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的各種計算化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的各種計算 方法方法第1頁/共71頁4. 掌握化學(xué)反應(yīng)掌握化學(xué)反應(yīng)D DrSmq q、D DrGmq q 的計算和過程自發(fā)性的判斷方法的計算和過程自發(fā)性的判斷方法5. 掌握化學(xué)反應(yīng)掌握化學(xué)反應(yīng)D DrGmq q與溫度的與溫度的

2、關(guān)系式關(guān)系式 Gibbs-Helmholtz方程方程, 及溫度對反應(yīng)自發(fā)性的影響及溫度對反應(yīng)自發(fā)性的影響第2頁/共71頁2.1 基本概念基本概念1 . 體系與環(huán)境體系與環(huán)境 在熱力學(xué)中，將研究的對象作為體系在熱力學(xué)中，將研究的對象作為體系(system)，體系之外與體系有關(guān)的部，體系之外與體系有關(guān)的部分成為環(huán)境分成為環(huán)境(surrounding)。 第3頁/共71頁根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系 可將體系分為三類：可將體系分為三類： 物質(zhì)交換物質(zhì)交換 能量交換能量交換 敞開體系敞開體系 open system封閉體系封閉體系 closed system孤立體系孤立體系 iso

3、lated system第4頁/共71頁open systemclosed system第5頁/共71頁isolated system第6頁/共71頁同一研究對象可能用不同的方法劃分為不同一研究對象可能用不同的方法劃分為不同的體系同的體系以以水水為體系為體系: 敞開體系敞開體系 以以燒杯燒杯為體系為體系: 封閉體系封閉體系以以絕熱箱絕熱箱為體系為體系: 孤立體系孤立體系第7頁/共71頁 體系與環(huán)境的劃分，是為了體系與環(huán)境的劃分，是為了研究方便而人為確定的。研究方便而人為確定的。 體系與環(huán)境之間可能存在著體系與環(huán)境之間可能存在著界面，也可能沒有實際的界面，界面，也可能沒有實際的界面，但可以想象有

4、一個界面將體系與但可以想象有一個界面將體系與環(huán)境分隔開。環(huán)境分隔開。第8頁/共71頁變化途徑無關(guān)；變化途徑無關(guān)；(3) 體系經(jīng)過任何途徑變化恢復(fù)體系經(jīng)過任何途徑變化恢復(fù)到原來的狀態(tài)到原來的狀態(tài),狀態(tài)函數(shù)恢復(fù)狀態(tài)函數(shù)恢復(fù)原值原值,即變化值為零即變化值為零。第9頁/共71頁第10頁/共71頁第11頁/共71頁T2T1T2T1Q第12頁/共71頁功功( W ) - 除熱以外其它形式傳遞的能量除熱以外其它形式傳遞的能量 功可分為功可分為 體積功體積功 WvWv ( (膨脹功膨脹功 volume work) ) 和和非體積功非體積功 W W ( (非膨脹功非膨脹功 nonvolume work)或或有用

5、功有用功。 定壓下定壓下, ,體積功體積功 Wv = -pD DV第13頁/共71頁 熱和功熱和功都不是狀態(tài)函數(shù)，都不是狀態(tài)函數(shù)， 其數(shù)值與變化途徑有關(guān)其數(shù)值與變化途徑有關(guān) 熱和功的符號熱和功的符號: “ + ” “ ” Q 體系吸熱體系吸熱 體系放熱體系放熱 W 環(huán)境對體系作功環(huán)境對體系作功 體系對環(huán)境作功體系對環(huán)境作功第14頁/共71頁 6. 熱力學(xué)能熱力學(xué)能 thermodynamic energy 熱力學(xué)能也稱為熱力學(xué)能也稱為內(nèi)能內(nèi)能（internal energy）是體系內(nèi)部各種形式能量）是體系內(nèi)部各種形式能量的總和，它的絕對值無法測定的總和，它的絕對值無法測定 熱力學(xué)能是熱力學(xué)能是

6、狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)，用符號，用符號U 表示。表示。第15頁/共71頁熱力學(xué)第一定律的熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)數(shù)學(xué)表達(dá)式式D DU = Q + W第16頁/共71頁例例 在在351K、101kPa下，下，460g乙醇蒸乙醇蒸氣凝結(jié)為同溫度的液體。已知乙醇的氣凝結(jié)為同溫度的液體。已知乙醇的氣化熱為氣化熱為.mol-1，計算此過程的，計算此過程的 Q 、W 、 U。第17頁/共71頁2.2 熱化學(xué)熱化學(xué) Thermochemistry 1. 1. 化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)熱 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的溫度產(chǎn)物的溫度與與反應(yīng)物的反應(yīng)物的溫度相同溫度相同，且反應(yīng)體系，且反應(yīng)體系不作有用不作有用功功時，體系吸收或放出

7、的熱量稱時，體系吸收或放出的熱量稱為化學(xué)反應(yīng)的為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)熱效應(yīng) ( (反應(yīng)熱反應(yīng)熱) )。 第18頁/共71頁第19頁/共71頁第20頁/共71頁第21頁/共71頁第22頁/共71頁HGDAhgdaBBBR0)mol()0()(BBBBBnntnD即即（ A= -a, D= -d, G= g, H= h）HHGGDDAAnnnnDDDD 化學(xué)計量數(shù)化學(xué)計量數(shù) stoichiometric coefficient定義定義:反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度 即即第23頁/共71頁 化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)：反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度 =1mol 的物理意義是的物理意義是a mol的的A 與與b mol的的B 完全反應(yīng)完全

8、反應(yīng), 全部轉(zhuǎn)化為全部轉(zhuǎn)化為g mol的的G 和和h mol的的H HGDAhgda第24頁/共71頁kJ或JmolkJ或molJ11m單位單位HHrmHr與與D DHq q 的關(guān)系的關(guān)系mmHHHHrrDHq 是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下某過程的焓是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下某過程的焓變變 是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)進(jìn)度為是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)進(jìn)度為 1 mol時的焓變時的焓變某化學(xué)反應(yīng)的焓變某化學(xué)反應(yīng)的焓變 或或(非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)mHr第25頁/共71頁第26頁/共71頁第27頁/共71頁b. 反應(yīng)有氣體參與時，只考慮反應(yīng)有氣體參與時，只考慮 氣相體積的變化，則氣相體積的變化，則 RT(g)UHmrmrBBRT(g)Q

9、QV,mp,mBBQp,m:反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度 =1 mol 時的定壓反應(yīng)熱時的定壓反應(yīng)熱QV,m:反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度 =1 mol 時的定容反應(yīng)熱時的定容反應(yīng)熱第28頁/共71頁) l (OH3)g(CO6)g(O) l (HC22221566 1,molkJ3267mVQRT(g)QQV,mp,mBB32151029831. 8)6(3267 1molkJ3271 第29頁/共71頁)(g,298K,CO),CaO(s,298K)(s,298K,CaCO23ppp1molkJ3.178)K298(qmrH)298(KHmrqD反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)反應(yīng)進(jìn)度為1 mol反應(yīng)溫度 Ther

10、mochemical equation 5. 熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式第30頁/共71頁. 1mol . kg-1 ）第31頁/共71頁第32頁/共71頁12C(石墨石墨)+11H22 =C12H22O11(蔗糖蔗糖) 無此反應(yīng)無此反應(yīng),該熱化學(xué)方程式表示該熱化學(xué)方程式表示從始態(tài)到終態(tài)的焓變?yōu)閺氖紤B(tài)到終態(tài)的焓變?yōu)?- 4415 kJ mol-11molkJ4415DmrH第33頁/共71頁EX.298K時時1g苯苯(l)在彈式量熱計在彈式量熱計中完全燃燒，生成中完全燃燒，生成CO2(g)和和H2O(l),放熱放熱41.89kJ, 求求 。 qmrHD1molKJ1 .3271298314. 8)5 . 1(78100089.41)B(DDRTUHmrmr解解: C6H62 = 6CO2(g) + 3H2O(l) S S B(g第34頁/共71頁EX. 1mol Fe 1mol Fe 與與 HCl HCl 反應(yīng)，在反應(yīng)，在密密閉容器閉容器中放熱多還是在中放熱多還是在開口容開口容器器中放熱多？中放熱多？解解: : Fe + 2HCl =