章化學(xué)熱力學(xué)第一定律與函數(shù)市公開課獲獎?wù)n件

1、第 一 章化學(xué)熱力學(xué)基本定律與函數(shù) Concerned with the study of transformation of energy: Heat work1-3 熱化學(xué)化學(xué)反應(yīng)過程 U和 H第1頁第1頁1-3.1 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)1.熱效應(yīng)： 無有效功時(shí)，化學(xué)反應(yīng)等溫反應(yīng)過程熱(Q) ?；瘜W(xué)反應(yīng)過程是一個(gè)復(fù)雜過程，伴有狀態(tài)函數(shù)改變U、H，也有過程函數(shù)W、Q等。無有效功恒容過程：QV = U，記為rU無有效功恒容過程：Qp = H，記為rH將過程函數(shù)與體系容量性質(zhì)（狀態(tài)函數(shù)改變量）聯(lián)系在一起。第2頁第2頁影響熱效應(yīng)原因有：（1）反應(yīng)本性； （3）反應(yīng)物存在形態(tài)；（2）反應(yīng)溫度； （4）反應(yīng)

2、方程式寫法。2. 熱化學(xué)方程式反應(yīng)進(jìn)度為1摩爾（=1mol）時(shí)反應(yīng)熱效應(yīng)稱為摩爾反應(yīng)熱效應(yīng)，記為rHm、rUm。第3頁第3頁 C（石墨） + O2（g） CO2（g）要求：（1）完整化學(xué)計(jì)量方程式；（2）注明反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)(或體積)，如：（3）注明反應(yīng)體系中各物質(zhì)存在形態(tài)，包括 s，l，g，晶型等。注意上、下標(biāo)！第4頁第4頁3.恒壓熱效應(yīng)與恒容熱效應(yīng)關(guān)系作用物，T，p1，V1生成物，T，p2，V2 恒壓()rH=Qp生成物，T，p2，V1 恒容()rU=QV 恒溫() H ， UrH= rH+ HrH= rU+p2V1p1V1rH= rU+p1V2p2V1rH= rU+ U+p1（V 2V1）

3、第5頁第5頁產(chǎn)物是抱負(fù)氣體或凝聚態(tài)物質(zhì)都有：rU=0則：rH= rU+ p1（V 2V1）rH是恒壓熱效應(yīng)， rU是恒容熱效應(yīng)即：恒壓熱效應(yīng) = 恒容熱效應(yīng) +p V rH = rU +p V（1）對凝聚態(tài)反應(yīng)體系： V0則：恒壓熱效應(yīng) 恒容熱效應(yīng)， rH rU 或 rHm rUm第6頁第6頁（2）純氣相反應(yīng)或有氣體參與多相反應(yīng)其中氣體可視為抱負(fù)氣體， p V = RT n(g)即：rH = rU +p V = rU + RT n(g)或： rHm = rUm+氧彈（量熱計(jì)）或卡計(jì)第7頁第7頁A(始態(tài))B(末態(tài))恒壓,一步完畢 QpC(中間態(tài))Qp,1Q”p,1D(中間態(tài))E(中間態(tài))二步完畢

4、Qp,2Q”p,2Q”p,2三步完畢(中間態(tài))1(中間態(tài))i(中間態(tài))nn步完畢Qp,nQ(n+1)p,n 1-3.2 蓋斯定律 C(石墨) + 0.5O2(g) = CO(g) rHm = ? 第8頁第8頁 按蓋斯定律有:Qp = Qp,1 + Q”p,1 = Qp,2 + Q”p,2 + Q”p,2 = Qp,n + Q”p,n + + Q(n+1) p,n即，熱化學(xué)方程能夠進(jìn)行代數(shù)式同樣加減運(yùn)算,故，熱效應(yīng)也能夠進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算。在無有效功條件下，rH = Qp，因此，熱效應(yīng)代數(shù)和運(yùn)算就是狀態(tài)函數(shù)代數(shù)和運(yùn)算。第9頁第9頁 C(石墨) + O2(g) = CO2(g) rHm(1) 可測) C

5、O (g) + 0.5O2(g) = CO2(g) rHm(2) 可測 C(石墨) + 0.5O2(g) = CO(g) rHm = rHm(1) rHm(2) (1)涉及各反應(yīng)必須有完整熱化學(xué)方程；(2)各反應(yīng)條件完全相同；(3)無非體積功存在。蓋斯定律辦法可推廣到化學(xué)反應(yīng)其它狀態(tài)函數(shù)算。第10頁第10頁尤其提醒：(1) 單質(zhì)：非單質(zhì)間反應(yīng)不能構(gòu)成“生成反應(yīng)”。 CO(g) + 0.5O2(g) = CO2(g) 1-3.3 熱化學(xué)數(shù)據(jù)建立及應(yīng)用原則生成熱定義：在指定條件（p,T）下，由穩(wěn)定單質(zhì)元素反應(yīng)生成1mol化合物時(shí)熱效應(yīng)。記為：其中B代表所生成化合物。第11頁第11頁(2) 穩(wěn)定：在

6、給定條件下，最穩(wěn)定單質(zhì)形態(tài)。要求穩(wěn)定單質(zhì)原則生成熱 = 0(3) 1mol化合物：化合物計(jì)量系數(shù)必須為1。 2Al(s) + 1.5O2(g) = Al2O3(s)4Al(s) + 3O2(g) = 2Al2O3(s)原則生成熱第12頁第12頁利用原則生成熱計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)aA + dD + xX + yY + T，p各種相關(guān)穩(wěn)定單質(zhì)依據(jù)蓋斯定律可做下列推倒：第13頁第13頁+ + + 移項(xiàng)整理得：+ 2.原則燃燒熱定義：在指定條件（p,T）下， 1mol可燃物質(zhì)完全燃燒時(shí)熱效應(yīng)。記為：第14頁第14頁 尤其提醒：(1)可燃物：要分清是燃燒物還是助燃物。(2) 1mol可燃物：燃燒物計(jì)量系數(shù)

7、必須為1。 CO(g) + 0.5O2(g) = CO2(g) 2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)(3) 完全燃燒：通常指產(chǎn)物達(dá)到最高氧化態(tài)。如： C CO2，H H2O，等等。另外，N N2， Cl Cl2，。要求完全燃燒產(chǎn)物和不可燃物原則燃燒熱 = 0 。 2.原則燃燒熱第15頁第15頁aA + dD + xX + yY + T，p相關(guān)完全燃燒產(chǎn)物依據(jù)蓋斯定律可做下列推倒：第16頁第16頁+ + + + 移項(xiàng)整理得：燃燒是放熱過程，0第17頁第17頁（1）溶解熱：在指定條件（p,T）下， 1mol溶質(zhì)溶于一定量溶劑，形成指定濃度溶液時(shí)熱效應(yīng)。記為：solHm。 積分溶解熱（變

8、濃溶解熱）：將1mol溶質(zhì)溶于一定量溶劑（或溶液）之中，形成指定濃度溶液時(shí)熱效應(yīng)。 (試驗(yàn))如：1molLiCl(s) + 0.5kgH2O 2molkg-1溶液3. 溶解熱及稀釋熱第18頁第18頁 微分溶解熱（定濃溶解熱）：將1mol溶質(zhì)溶于大量溶液之中時(shí)熱效應(yīng)。（2）稀釋熱：在指定條件（p,T）下，將一定量溶劑加到含 1mol溶質(zhì)溶液之中，形成指定濃度溶液時(shí)熱效應(yīng)。記為：dilHm。（積分） c1(1mol溶質(zhì),n1kg溶劑) + (n2 n1) kg溶劑c2(1mol溶質(zhì),n2kg溶劑) + 0 kg溶劑dilHm1mol純?nèi)苜|(zhì)+ n2kg純?nèi)軇﹕olHm(c1)solHm(c2)微分溶

9、解熱第19頁第19頁凝聚體系中壓強(qiáng)對反應(yīng)熱效應(yīng)影響能夠忽略計(jì)！基爾霍夫（Kirchhoff）定律 定積分式已知： 始態(tài)( T ) 末態(tài)( T ) 298.15K 298.15K1-3.4 反應(yīng)熱效應(yīng)與溫度關(guān)系第20頁第20頁1、基爾霍夫（Kirchhoff）定律第21頁第21頁令：則：若Cp= 0，則若Cp 0，即將Cp(T)代入上式積分即可若溫度改變不大，可取Cp = const則：第22頁第22頁普通式：忽略壓強(qiáng)影響： 微分式 對上式微分得：由上式知：化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)隨溫度而變是由于產(chǎn)物熱容和與作用物熱容和不相等(Cp0)所致。若Cp= 0, 則rHm是與溫度無關(guān)常數(shù)若Cp 0, 對吸熱反應(yīng)

10、(rHm 0), T, 吸熱量 對放熱反應(yīng)(rHm 0), T, 放熱量若Cp 0, 則情況與相反第23頁第23頁 不定積分式H0是積分常數(shù)若則 積分溫度范圍內(nèi)有相變作用物發(fā)生相變?nèi)　?”，產(chǎn)物發(fā)生相變?nèi)　?”第24頁第24頁 絕熱反應(yīng)終態(tài)溫度計(jì)算aA+eE T1，p f F+hH T2，p絕 熱Qp=rHm= 0 aA+eE 298K，p f F+hH 298K ，prHm(298K)H1H2rHm= H1+ rHm(298K) +H2=02. 非定溫反應(yīng)第25頁第25頁例 298K，p下，分別有1molCO，H2，CH4，N2，CO2等氣體與理論量空氣混合燃燒，求反應(yīng)體系也許達(dá)到最高溫度值。解：可燃物有CO，H2，CH4三種共3mol，完全燃燒理論需要O2 氣3mol，則空氣量為 ，若視空氣中只有O2 氣和N2氣，則體系中N2氣量為12.29mol。CO+H2+CH4+3O2+12.29N2+CO2 298K，p3H2O(l)+3CO2 +12.29N2 298K，p3H2O(l)+3CO2 +12.29N2 T，p3H2O(g)+3CO2 +12.29N2 373K，p3H2O(l)+3CO2 +12.29N2 373K，p絕熱第26頁第26頁查表可得（1）第27頁第27頁代入式（1）后整理得：用試插法