大連理工大學無機化學課件：第2章 熱化學

1、第二章 熱化學2.1 熱力學術(shù)語和基本概念2.2 熱力學第一定律2.1 熱力學術(shù)語和基本概念2.1.1 系統(tǒng)和環(huán)境2.1.5 化學反應計量式和反應進度2.1.4 相2.1.3 過程2.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 2.1.1 系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)：被研究對象。環(huán)境：系統(tǒng)外與其密切相關(guān)的部分。敞開系統(tǒng)：與環(huán)境有物質(zhì)交換也有能量交換。封閉系統(tǒng)：與環(huán)境無物質(zhì)交換有能量交換。隔離系統(tǒng)：與環(huán)境無物質(zhì)、能量交換。2.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)性質(zhì)的物理量。(p,V,T)特點：狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。 狀態(tài)變化,狀態(tài)函數(shù)也隨之而變,且 狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、終態(tài) 有關(guān),

2、而與變化途徑無關(guān)。始態(tài)終態(tài)（）（）2.1.3 過程定溫過程：始態(tài)、終態(tài)溫度相等，并且過程中始終保持這個溫度。T1=T2定壓過程：始態(tài)、終態(tài)壓力相等，并且過程中始終保持這個壓力。p1=p2定容過程：始態(tài)、終態(tài)容積相等，并且過程中始終保持這個容積。V1=V22.1.4 相均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng))非均相系統(tǒng)(或多相系統(tǒng)) 系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學性質(zhì)完全相同的且與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分，叫做相。2.1.5 化學反應計量式和反應進度物質(zhì)B的化學計量數(shù)化學反應計量式：A=-a， B=-b， Y=y， Z=-z 。反應進度：單位是molt0時 nB/mol 3.0 10.0 0 0 t1時 n

3、B/mol 2.0 7.0 2.0 t2時 nB/mol 1.5 5.5 3.0 反應進度必須對應具體的反應方程式。2.0 7.0 2.0 (mol) 3.0 10.0 0 (mol)2.2 熱力學第一定律2.2.1 熱和功2.2.5 Hess定律2.2.4 焓變和熱化學方程式2.2.3 熱力學第一定律2.2.2 熱力學能2.2.1 熱和功 系統(tǒng)與環(huán)境之間由于存在溫差而傳遞的能量。1.熱( Q )熱不是狀態(tài)函數(shù)。規(guī)定：系統(tǒng)吸熱：Q 0； 系統(tǒng)放熱： Q 0。 系統(tǒng)與環(huán)境之間除熱之外以其它形式傳遞的能量 。 非體積功 功不是狀態(tài)函數(shù)pexV1體積功：系統(tǒng)對環(huán)境做功，W0（得功）2.功( W )規(guī)

4、定：2.2.2 熱力學能熱力學能(U)： 系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部 能量之和，也稱內(nèi)能。 U是狀態(tài)函數(shù)。 熱力學能變化只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與變化途徑無關(guān)。2.2.3 熱力學第一定律對于封閉系統(tǒng)熱力學第一定律為：熱力學定律的實質(zhì)是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。U1 U2QWU2 = U1 + Q + WU2 - U1 = Q + W2.2.4 焓變和熱化學方程式1.焓和焓變對于封閉系統(tǒng)，在定容過程中， V = 0，W = 0QV為定容反應熱。在定壓過程中，焓：焓變：Qp = H狀態(tài)函數(shù)反應的摩爾焓變 rHm2.熱化學方程式在一定條件下，化學反應反應的摩爾熱力學能變rUm熱化學方程式：標準狀態(tài)： 表示化學反

5、應及其反應熱(標準摩爾焓變)關(guān)系的化學反應方程式。2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)(298.15K) = -483.64kJmol-1稱為反應的標準摩爾焓變。氣體：T，p = p =100kPa液、固體：T，p 下，純物質(zhì)溶液：溶質(zhì)B，bB=b =1molkg-1cB=c =1molL-12H2(g)+O2(g) 2H2O(g)(298.15K) = -483.64kJmol-1 聚集狀態(tài)不同時， 不同。2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)(298.15K) = -571.66kJmol-1 化學計量數(shù)不同時， 不同。(298.15K) = -241.82kJmol-1H2(g)+

6、 O2(g) H2O(g)對于無氣體參加的反應，W = pex V=0有氣體參加的反應：3. rUm與rHm 的關(guān)系=pex V n(g)RT=RTB(g)=4. 標準摩爾生成焓 在溫度T下,由參考狀態(tài)單質(zhì)生成物質(zhì)B(B=+1)的標準摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標準摩爾生成焓。(B,相態(tài),T) ，單位是kJmol-1H2(g)+ O2(g) H2O(g)(H2O ,g,298.15K) = -241.82kJmol-1(參考態(tài)單質(zhì),T)=0 5. 標準摩爾燃燒焓 在溫度T下, 物質(zhì)B (B= -1)完全氧化成指定產(chǎn)物時的標準摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標準摩爾燃燒焓。)O(l2H(g)CO (g)OOH(

7、l)CH222233+(B,相態(tài),T) ，單位是kJmol-1(CH3OH ,l,298.15K) = -440.68kJmol-10),g,CO(2=T0),l,OH(2=T2.2.5 Hess定律始態(tài)終態(tài)中間態(tài) 化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱總是相同的。+=或=例：已知298.15K下，反應：計算298.15K下，CO的標準摩爾生成焓。應用：1.利用方程式組合計算)(gCO (g)OC(s)(1)22+(1) = -393.5kJmol-1(g)CO (g)OCO(g)(2)2221+(2) = -282.98kJmol-1解：利用Hess定律途徑1途徑2解法二：(1)(3)(2)=+(1)(2)(3)-=(1)(2)(3)= -110.53kJmol-1(g)CO(g)OC(s)22+222)(gCO(g)OCO(g)1+-1CO(g)(g)OC(s)22+(1)(2)(3)2. 由標準摩爾生成焓求反應的標準摩爾焓變=?(NO,g)4(H2O,g)6(NH3,g)4(O2,g)5(NO,g)+4(H2O,g)6(NH3,g)+-4(O2,g)5=490.25+6(-241.82) -4 (-46.11)-0kJmol-1=905.4 8kJmol-1結(jié)論： aA + bB yY + z