無機化學(xué)天津大學(xué)01-4化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系課件

1、第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系 化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物分子中舊鍵的削弱、斷裂和產(chǎn)物分子新鍵形成的過程。前者需要吸收能量, 后者則會釋放能量。 因此，化學(xué)反應(yīng)過程往往伴隨有能量的吸收或釋放。 如：煤燃燒時放熱； 碳酸鈣分解要吸熱； 原電池反應(yīng)可產(chǎn)生電能； 電解食鹽水要消耗電能； 鎂條燃燒時會放出耀眼的光； 葉綠素在光作用下使二氧化碳 和水轉(zhuǎn)化為糖類。 體系和環(huán)境體系: 所需研究的那部分物質(zhì)或空間。環(huán)境: 體系之外與體系有一定聯(lián)系的 其它物質(zhì)或空間。體系環(huán)境物質(zhì)能量體系敞開體系封閉體系開放體系1.4.1基本概念和術(shù)語 狀態(tài)函數(shù)：能表征體系特性的宏觀性質(zhì)稱為狀態(tài)函數(shù)如：物

2、質(zhì)的量、壓力、體積、溫度狀態(tài)函數(shù)的特點：(1)體系的狀態(tài)一確定,各狀態(tài)函數(shù)均有確定值(2)體系狀態(tài)發(fā)生變化時,各狀態(tài)函數(shù)的改變量, 只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān),與變化的途徑無關(guān)。(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間往往 是有聯(lián)系的。1.4.1基本概念和術(shù)語 狀態(tài)函數(shù)：能表征體系特性的宏觀性質(zhì)稱為狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)的特點：(1)體系的狀態(tài)一確定，各狀態(tài)函數(shù)均有確定值(2)體系狀態(tài)發(fā)生變化時,各狀態(tài)函數(shù)的改變量， 只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān),與變化的途徑無關(guān)。(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間往 往是有聯(lián)系的。1.4.1基本概念和術(shù)語T1=350K-300K=50K如 物質(zhì)的量、壓力、體積、溫度理想氣體T=3

3、00K理想氣體T=350K理想氣體T=280K理想氣體T=300K理想氣體T=350K理想氣體T=300K理想氣體T=350K理想氣體T=300K理想氣體T=350K狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)T2=(350-280)K-(300-280)K=50K 是體系的狀態(tài)發(fā)生變化時，體系和環(huán)境傳遞或交換能量的兩種形式。熱(Q)：體系和環(huán)境之間因溫度不同而傳 遞或交換的能量的形式。體系吸熱，Q為正值；體系放熱，Q為負值。功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。功體積功:體系體積變化反抗外力所做的功非體積功: 除體積功外的功，如電功環(huán)境對體系做功，W為正值；體系對環(huán)境做功，W為負值。注意 功和熱不是狀態(tài)函數(shù) 單位

4、均為J、kJ1.4.1基本概念和術(shù)語功和熱 熱力學(xué)能(U) 體系內(nèi)部能量的總和包括體系內(nèi)分子的內(nèi)動能、分子間相互作用能、分子內(nèi)部能量，但不包括體系整體運動的動能和在外力場中的位能。由于體系內(nèi)部質(zhì)點的運動及相互作用很復(fù)雜，所以體系熱力學(xué)能的絕對值無法測知。單位J、kJ是狀態(tài)函數(shù) U = U(終態(tài)) - U(始態(tài))1.4.1基本概念和術(shù)語熱力學(xué)能(內(nèi)能) (U) 能量守恒定律熱力學(xué)第一定律在任何變化過程中，能量不會自生自滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，能量總值不變。封閉體系：始態(tài)(1) 終態(tài)(2) U = U2 - U1 = Q + W熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上環(huán)境對體系所做的

5、功。1.4.1基本概念和術(shù)語 化學(xué)反應(yīng)時, 如果體系不做非體積功, 當(dāng)反應(yīng)終態(tài)的溫度恢復(fù)到始態(tài)的溫度時, 體系所吸收或放出的熱量, 稱為該反應(yīng)的反應(yīng)熱。 通常, 反應(yīng)熱的數(shù)值為反應(yīng)進度 = 1 mol (即發(fā)生1摩爾反應(yīng)) 時的反應(yīng)熱。2H2(g)+O2(g)2H2O(l) Qp=-571.66kJmol-1H2(g)+ O2(g)H2O(l) Qp=-285.83kJmol-1121.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變 等壓反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變等壓反應(yīng)熱: 化學(xué)反應(yīng)在等溫等壓條件下進行, 如果體系不做非體積功, 此時的反應(yīng)熱稱為該反應(yīng)的等壓反應(yīng)熱。有氣體參入的反應(yīng)：反應(yīng)始態(tài)(1) 反應(yīng)終態(tài)(2)U = Qp

6、 + W = Qp - pV等壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化1.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變 U = Qp + W = Qp - pV U2-U1=Qp - p (V2-V1) Qp=(U2+pV2) (U1+ pV1)H = H2 - H1 = Qp說明：（1）H 無明確物理意義 （2）H 是狀態(tài)函數(shù) （3）單位J、kJ （4）絕對值無法測知1.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)焓變 化學(xué)反應(yīng)在封閉體系中、等壓條件下進行，如果體系不做非體積功：H = H2 - H1 = Qp化學(xué)反應(yīng)的焓變等于等壓反應(yīng)熱吸熱反應(yīng)：Qp 0,H 0放熱反應(yīng)：Qp 0,H 0如：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

7、HQp=-571.66kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1121.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)焓變 熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式rHm = -241.82 kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(g) 298.15K100kPa如12表示在298.15K、100kPa下，當(dāng)反應(yīng)進度=1mol時(1mol H2(g)與 mol O2(g)反應(yīng)，生成1molH2O(g)時)，放出241.82kJ熱量。12rHm摩爾反應(yīng)焓變1.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變 注意： 1. 注明反應(yīng)的溫度、壓力等。2. 注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。3

8、. 同一反應(yīng), 反應(yīng)式系數(shù)不同, rHm不同 。rHm = -483.64 kJmol-12H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 4. 正、逆反應(yīng)的Qp的絕對值相同, 符號相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-1121.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變熱化學(xué)方程式 在等溫等壓或等溫等容條件下，體系不做非體積功, 則反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關(guān)。 即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關(guān)。C(s) + O2(g)

9、rHm CO(g) + O2(g)12H1H2CO2(g)rHm= H1+ H2H1 = rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53 kJmol-1應(yīng)用赫斯定律不僅可計算某些等壓反應(yīng)熱，而且可計算難以或無法用實驗測定的反應(yīng)熱。1.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變赫斯(Hess)定律1-4-3應(yīng)用標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應(yīng)焓變 標 準 態(tài)物質(zhì)標準態(tài)氣體標準壓力(p =100kPa)下純氣體液體固體標準壓力(p =100kPa)下純液體、純固體溶液中的溶質(zhì)標準壓力(p )下質(zhì)量摩爾濃度為1molkg-1(近似為1molL-1) 標準摩爾生成焓定義：標準態(tài)下, 由最穩(wěn)

10、定的純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的某物質(zhì)的焓變。 (即等壓反應(yīng)熱)。符號： fHm單位： kJmol-11.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)fHm=0, 如fHm(石墨)=0。注意：2. fHm代數(shù)值越小, 化合物越穩(wěn)定。3.必須注明溫度，若為298.15K時可省略。高溫時分解-157.3CuO(s)加熱不分解-635.09CaO(s)穩(wěn)定性fHm/(kJmol-1)物質(zhì) 標準摩爾反應(yīng)焓變的計算化學(xué)反應(yīng)的標準摩爾反應(yīng)焓變等于生成物的標準摩爾生成焓的總和減去反應(yīng)物的標準摩爾生成焓的總和。 計算時,注意系數(shù)和正負號化學(xué)反應(yīng)：cC + dD = yY + zZ(任一物質(zhì)均處于溫度T的標準態(tài))rHm = yfHm(Y) +

11、 zfHm(Z) - cfHm(C) + dfHm(D)rHm =ifHm (生成物)+ifHm (反應(yīng)物)例1計算等壓反應(yīng):4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)的rHm解：4NH3(g)+5O24NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1= -905.48kJmol-1計算時, 注意系數(shù)和正負號rHm = 4fHm(NO,g) + 6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g)rHm = 4fHm(NO,g) +

12、6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g) 計算fHm(CuO,s)。序號反應(yīng) rHm/kJmol-12Cu2O(s)+O2(g) 4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s) Cu2O(s)-11.3例2解:(2)式2=3式 2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)(rHm)3=2(rHm)2=-22.6 kJmol-1 (3)式+(1)式=4式 2Cu(s)+O2(g)2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1 =-314.6 kJmol-1 =-157.3kJmol-12 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 (rHm)4 -3

13、14.6 kJmol-1 2 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 fHm(CuO,s)= = 賣油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個小故事吧！學(xué)習(xí)目標1、復(fù)述故事，深入理解文章內(nèi)容，初步把握人物形象。2、學(xué)會利用文中關(guān)鍵詞句分析人物形象。3、體會文章所揭示的深刻道理。故事發(fā)生的時間、地點、人物、事件的起因、經(jīng)過和結(jié)果要復(fù)述清楚?？磮D復(fù)述課文內(nèi)容自學(xué)指導(dǎo)(一)1、作者運用哪幾種方法去刻畫人物的形象？從文中找出具體句子進行分析。并說說你是如何看待這兩個人物的。2、從這個故事中你懂得了什么道理？自學(xué)指導(dǎo)(二)陳堯咨（善射）賣油翁（善酌）動作神態(tài)語言睨之無他，但手熟爾以我酌油知之我亦無他，惟手熟爾汝亦知射乎吾射不亦精乎爾安敢輕吾射釋擔(dān)而立 但微頷之取 置 覆 酌 瀝性格:自矜（驕傲）謙虛對比道理:熟能生巧,即使有什么長處也不必驕傲自滿。忿然 笑而遣之笑而遣之1、聯(lián)系生活、學(xué)習(xí)，說說熟能生巧的事例。 2、你認為一個人應(yīng)該如何看待自己的長處？又如何看待他人的長處？課外延伸人外有人，天外有天。取人之長，補己之短。自滿人十事九空，虛心人萬事可成。謙受益，滿招損。三人行，必有我?guī)熝?。擇其善者而從之，其?/p>