《化學熱力學》課件

*第六章熱力學第一定律和熱化學6—1化學反應中的能量關(guān)系6—2熱力學第一定律6—3化學反應熱效應6—4 生成焓和燃燒焓*第六章熱力學第一定律和熱化學6—1化學反應中的能量*6-1-1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)──人們所選取的研究對象。環(huán)境──系統(tǒng)以外的但又與系統(tǒng)密切相關(guān)的物質(zhì)的全部如：

溶液中的化學反應。溶液是系統(tǒng)；而與溶液有關(guān)聯(lián)的其它部分（如燒杯、攪棒、溶液上方的空氣等）是環(huán)境。6—1化學反應中的能量關(guān)系*6-1-1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)──人們所選取的研究對象。6—1*按系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換情況的不同，可將體系分為：敞開系統(tǒng)──系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換,又有能量交換封閉系統(tǒng)──系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換,只有能量交換孤立系統(tǒng)──系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)和能量交換*按系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換情況的不敞開系統(tǒng)*6-1-2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)──指用來描述該體系的溫度、壓力、體積、質(zhì)量、組成等物理和化學性質(zhì)的物理量的總和。即：狀態(tài)是體系的一切客觀性質(zhì)的總和。狀態(tài)函數(shù)──能確定體系狀態(tài)性質(zhì)的物理量，只與體系所處的狀態(tài)有關(guān)。*6-1-2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)──指用來描述該體系的溫度*注意：

1、狀態(tài)函數(shù)的變化值只與體系變化的始末狀態(tài)

有關(guān)，而與變化途徑無關(guān)。ΔT=T2-T1=50-25=25℃*注意：ΔT=T2-T1=50-25=25℃*2、同一體系的狀態(tài)函數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)和相互制約的，如確定了其中的幾個，其它的也就隨之確定了。如氣體狀態(tài)方程式：PV=nRT*2、同一體系的狀態(tài)函數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)和相互制約的，如確定了*6-1-3熱和功熱量──體系和環(huán)境之間存在溫差時所發(fā)生的能量交換。如：反應熱、溶解熱等功──體系和環(huán)境之間除熱之外的其它能量交換。如：體積功，非體積功（電功、表面功等）熱和功都是能量的傳遞形式。熱量用q表示，功用w表示。*6-1-3熱和功熱量──體系和環(huán)境之間存在溫差時所發(fā)生的*規(guī)定：

1、系統(tǒng)吸熱q＞0，系統(tǒng)放熱q＜0。

2、系統(tǒng)對環(huán)境做功Ｗ＜0，環(huán)境對系統(tǒng)做功Ｗ＞0。

3、熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，因此其數(shù)值大小與變化途徑有關(guān)如：在外壓（p）恒定的條件下，體積功由系統(tǒng)體積的變化量（△V）來決定。 即W=-p△V4、熱和功的單位：J或kJ*規(guī)定：*6-1-4熱力學能１、熱力學能──系統(tǒng)中一切形式能量的總和，用Ｕ表示。２、熱力學能是狀態(tài)函數(shù)，其變化值與變化途徑無關(guān)。３、熱力學能的絕對值無法知道，但只要知道熱力學能的變化值（DU）就可以了。4、熱力學能的單位：J或kJ*6-1-4熱力學能１、熱力學能──系統(tǒng)中一切形式能量*6-2熱力學第一定律

──能量守恒定律

在任何過程中，能量不能消滅也不能創(chuàng)生，只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，從一個物體傳給另一個物體。*6-2熱力學第一定律

──能量守恒定律*如：在一封閉系統(tǒng)中

始態(tài)過程中終態(tài)

U1與環(huán)境交換熱和功U2q+W根據(jù)能量守恒定律：U2=U1+（q+W）或：△U=U2-U1=q+W

上式說明：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化過程，其熱力學能的改變（△U

）等于系統(tǒng)吸收的熱量和得到的功。*如：在一封閉系統(tǒng)中上式說明：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化*6—3化學反應熱效應

討論和計算化學反應熱量變化問題的學科，稱為熱化學。

在恒壓或恒容條件下而且不做其它功的條件下，當一個化學反應發(fā)生后若使反應的溫度回到反應物的起始溫度，這時系統(tǒng)放出或吸收的熱量稱為反應熱。(通過實驗測得的。)*6—3化學反應熱效應討論和計算化學反應熱量變化*6-3-1恒壓或恒容條件下的化學反應熱1.恒容條件下的化學反應熱若系統(tǒng)變化是恒容過程(體積不變)，即沒有體積功則W=0，U=Qv

Qv為恒容過程的熱量，此式表示在不做體積功的條件下系統(tǒng)在恒容過程中所吸收的熱量全部用來增加系統(tǒng)的熱力學能。*6-3-1恒壓或恒容條件下的化學反應熱1.恒容條件*

如果系統(tǒng)變化是恒壓過程即p為定值，V由V1變成V2，Qp表示恒壓過程的熱量(V2>V1時是系統(tǒng)對環(huán)境做功W為負)。

U=Qp+W=Qp-p(V2-V1)

U2-U1=Qp-p(V2-V1)=Qp-pV2+pV1

Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)

U、p、V都是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，它們的組合(U+pV)也是狀態(tài)函數(shù)在熱力學上將(U+pV)定義為新的狀態(tài)函數(shù)，叫做焓，用H來表示：H=U+pV

Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=H

2.恒壓條件下的化學反應熱*如果系統(tǒng)變化是恒壓過程即p為定值，V由V1變成V*1、因U的絕對值無法測，所以H的絕對值亦無法測，我們也只研究焓變(H)。2、規(guī)定：放熱反應時，DH＜0

吸熱反應時：DH＞0∴對吸熱反應：H生成物＞H反應物對放熱反應：H生成物＜H反應物3、DH的單位：kJ·mol-1*1、因U的絕對值無法測，所以H的絕對值亦無法測，我*6-3-2熱化學反應方程式此反應為放熱反應。此反應是吸熱反應。熱化學反應方程式書寫時應注意：１、要注明反應條件。若不注明者則認為是標準狀態(tài)。２、要注明物質(zhì)聚集狀態(tài)（S、l、g、aq）*6-3-2熱化學反應方程式此反應為放熱反應。此反應是吸*6-3-3蓋斯定律１、蓋斯定律──在恒壓或恒容條件下，一個化學反應不論是一步完成或分幾步完成，其熱效應總是相同的。如：H2(g)+0.5O2(g)===H2O(l)

rH=-285.8kJ·mol-1

若分步:

①H2(g)===2H(g) rH1=+431.8kJ·mol-1

②0.5O2(g)===O(g) rH2=+244.3kJ·mol-1

③2H(g)+O(g)==H2O(g) rH3=-917.9kJ·mol-1

④H2O(g)===H2O(l) rH4=-44.0kJ·mol-1

───────────────────總:H2(g)+0.5O2(g)===H2O(l)rH總=-285.8kJ·mol-1*6-3-3蓋斯定律１、蓋斯定律──在恒壓或恒容條件下，*

蓋斯定律是熱化學的基礎(chǔ)，它能使熱化學方程式像普通代數(shù)方程式那樣進行計算，從而可以使我們從易測的熱效應來求算難于測量或不能測量的熱效應。一個分一步，一個分四步。因焓為狀態(tài)函數(shù)所以與途徑無關(guān)H2(g)+0.5O2(g)──→H2O(l)+O(g)──→H2O(g)rH3rH4rH2rH12H(g)*蓋斯定律是熱化學的基礎(chǔ)，它能使熱化學方程式像普通代*

例1：求C(石墨)+0.5O2(g)===CO(g)的rH=？因為產(chǎn)物的純度不好控制，可能在生成CO的同時也有少量CO2的生成。下列兩個反應的熱效應容易測。C(石墨)+O2(g)===CO2(g)

rH2=-393.5kJ·mol-1CO(g)+0.5O2(g)===CO2(g)

rH3=-283.０kJ·mol-1C石墨+O2(g)CO2(g)CO(g)+0.5O2(g)rH2rH3始態(tài)終態(tài)rH1rH2=rH1+rH3解得rH1=-110.5kJ·mol-1*例1：求C(石墨)+0.5O2(g)===CO(g)的*6-4生成焓和燃燒焓6-4-1熱力學標準狀態(tài)6-4-2生成焓(△Hf)

在恒定溫度和壓力下，由穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時，體系的焓變稱為該化合物的生成焓（或稱為生成熱），以△Hf表示。氣體物質(zhì)——壓力為100kPa（P）溶液中溶質(zhì)——其濃度為1.0mol?dm-3(c)

液體和固體——P壓力下的液態(tài)和固態(tài)純物質(zhì)溫度可以任選，通常選298.15K。*6-4生成焓和燃燒焓6-4-1熱力學標準狀態(tài)*6-4-3標準生成焓在一定溫度、標準狀態(tài)下,由穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時，系統(tǒng)的焓變稱為該化合物的標準生成焓，以△Hf

表示。部分物質(zhì)的標準生成焓△Hf可以從有關(guān)表中查得。生成焓和標準生成焓的單位是：kJ·mol-1顯然，穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)的標準生成焓為0。*6-4-3標準生成焓部分物質(zhì)的標準生成焓△Hf可以從*6-4-4由標準生成焓計算化學反應熱

單質(zhì)*6-4-4由標準生成焓計算化學反應熱單質(zhì)*即：標準反應熱△Ho等于生成物標準生成焓之和與反應物標準生成焓之和的差。*即：標準反應熱△Ho等于生成物標準生成焓之和與反應物標準生*[例2]

計算下列反應的標準反應熱解：查表得*[例2]計算下列反應的標準反應熱解：查表得*[例3]

已知：*[例3]已知：*解：設計的反應途徑如下根據(jù)蓋斯定律：

=(-393.5×3)+(-285.8×4)+(+2219.9)=-103.8kJ·mol-1*解：設計的反應途徑如下根據(jù)蓋斯定律：*6-4-4標準燃燒焓在一定溫度和標準狀態(tài)下1mol有機物質(zhì)完全燃燒時的焓變，稱為該物質(zhì)的摩爾燃燒焓，用符號△Hc表示。通常指定物質(zhì)中的C燃燒后變?yōu)镃O2(g),H變?yōu)镠2O(l),S變?yōu)镾O2(g),N變?yōu)镹2(g),金屬如銀等都變?yōu)橛坞x狀態(tài)。*6-4-4標準燃燒焓在一定溫度和標準狀態(tài)下1m28可編輯感謝下載28可編輯感謝下載29可編輯感謝下載29可編輯感謝下載*第六章熱力學第一定律和熱化學6—1化學反應中的能量關(guān)系6—2熱力學第一定律6—3化學反應熱效應6—4 生成焓和燃燒焓*第六章熱力學第一定律和熱化學6—1化學反應中的能量*6-1-1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)──人們所選取的研究對象。環(huán)境──系統(tǒng)以外的但又與系統(tǒng)密切相關(guān)的物質(zhì)的全部如：

溶液中的化學反應。溶液是系統(tǒng)；而與溶液有關(guān)聯(lián)的其它部分（如燒杯、攪棒、溶液上方的空氣等）是環(huán)境。6—1化學反應中的能量關(guān)系*6-1-1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)──人們所選取的研究對象。6—1*按系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換情況的不同，可將體系分為：敞開系統(tǒng)──系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換,又有能量交換封閉系統(tǒng)──系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換,只有能量交換孤立系統(tǒng)──系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)和能量交換*按系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換情況的不敞開系統(tǒng)*6-1-2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)──指用來描述該體系的溫度、壓力、體積、質(zhì)量、組成等物理和化學性質(zhì)的物理量的總和。即：狀態(tài)是體系的一切客觀性質(zhì)的總和。狀態(tài)函數(shù)──能確定體系狀態(tài)性質(zhì)的物理量，只與體系所處的狀態(tài)有關(guān)。*6-1-2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)──指用來描述該體系的溫度*注意：

1、狀態(tài)函數(shù)的變化值只與體系變化的始末狀態(tài)

有關(guān)，而與變化途徑無關(guān)。ΔT=T2-T1=50-25=25℃*注意：ΔT=T2-T1=50-25=25℃*2、同一體系的狀態(tài)函數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)和相互制約的，如確定了其中的幾個，其它的也就隨之確定了。如氣體狀態(tài)方程式：PV=nRT*2、同一體系的狀態(tài)函數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)和相互制約的，如確定了*6-1-3熱和功熱量──體系和環(huán)境之間存在溫差時所發(fā)生的能量交換。如：反應熱、溶解熱等功──體系和環(huán)境之間除熱之外的其它能量交換。如：體積功，非體積功（電功、表面功等）熱和功都是能量的傳遞形式。熱量用q表示，功用w表示。*6-1-3熱和功熱量──體系和環(huán)境之間存在溫差時所發(fā)生的*規(guī)定：

1、系統(tǒng)吸熱q＞0，系統(tǒng)放熱q＜0。

2、系統(tǒng)對環(huán)境做功Ｗ＜0，環(huán)境對系統(tǒng)做功Ｗ＞0。

3、熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，因此其數(shù)值大小與變化途徑有關(guān)如：在外壓（p）恒定的條件下，體積功由系統(tǒng)體積的變化量（△V）來決定。 即W=-p△V4、熱和功的單位：J或kJ*規(guī)定：*6-1-4熱力學能１、熱力學能──系統(tǒng)中一切形式能量的總和，用Ｕ表示。２、熱力學能是狀態(tài)函數(shù)，其變化值與變化途徑無關(guān)。３、熱力學能的絕對值無法知道，但只要知道熱力學能的變化值（DU）就可以了。4、熱力學能的單位：J或kJ*6-1-4熱力學能１、熱力學能──系統(tǒng)中一切形式能量*6-2熱力學第一定律

──能量守恒定律

在任何過程中，能量不能消滅也不能創(chuàng)生，只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，從一個物體傳給另一個物體。*6-2熱力學第一定律

──能量守恒定律*如：在一封閉系統(tǒng)中

始態(tài)過程中終態(tài)

U1與環(huán)境交換熱和功U2q+W根據(jù)能量守恒定律：U2=U1+（q+W）或：△U=U2-U1=q+W

上式說明：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化過程，其熱力學能的改變（△U

）等于系統(tǒng)吸收的熱量和得到的功。*如：在一封閉系統(tǒng)中上式說明：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化*6—3化學反應熱效應

討論和計算化學反應熱量變化問題的學科，稱為熱化學。

在恒壓或恒容條件下而且不做其它功的條件下，當一個化學反應發(fā)生后若使反應的溫度回到反應物的起始溫度，這時系統(tǒng)放出或吸收的熱量稱為反應熱。(通過實驗測得的。)*6—3化學反應熱效應討論和計算化學反應熱量變化*6-3-1恒壓或恒容條件下的化學反應熱1.恒容條件下的化學反應熱若系統(tǒng)變化是恒容過程(體積不變)，即沒有體積功則W=0，U=Qv

Qv為恒容過程的熱量，此式表示在不做體積功的條件下系統(tǒng)在恒容過程中所吸收的熱量全部用來增加系統(tǒng)的熱力學能。*6-3-1恒壓或恒容條件下的化學反應熱1.恒容條件*

如果系統(tǒng)變化是恒壓過程即p為定值，V由V1變成V2，Qp表示恒壓過程的熱量(V2>V1時是系統(tǒng)對環(huán)境做功W為負)。

U=Qp+W=Qp-p(V2-V1)

U2-U1=Qp-p(V2-V1)=Qp-pV2+pV1

Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)

U、p、V都是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，它們的組合(U+pV)也是狀態(tài)函數(shù)在熱力學上將(U+pV)定義為新的狀態(tài)函數(shù)，叫做焓，用H來表示：H=U+pV

Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=H

2.恒壓條件下的化學反應熱*如果系統(tǒng)變化是恒壓過程即p為定值，V由V1變成V*1、因U的絕對值無法測，所以H的絕對值亦無法測，我們也只研究焓變(H)。2、規(guī)定：放熱反應時，DH＜0

吸熱反應時：DH＞0∴對吸熱反應：H生成物＞H反應物對放熱反應：H生成物＜H反應物3、DH的單位：kJ·mol-1*1、因U的絕對值無法測，所以H的絕對值亦無法測，我*6-3-2熱化學反應方程式此反應為放熱反應。此反應是吸熱反應。熱化學反應方程式書寫時應注意：１、要注明反應條件。若不注明者則認為是標準狀態(tài)。２、要注明物質(zhì)聚集狀態(tài)（S、l、g、aq）*6-3-2熱化學反應方程式此反應為放熱反應。此反應是吸*6-3-3蓋斯定律１、蓋斯定律──在恒壓或恒容條件下，一個化學反應不論是一步完成或分幾步完成，其熱效應總是相同的。如：H2(g)+0.5O2(g)===H2O(l)

rH=-285.8kJ·mol-1

若分步:

①H2(g)===2H(g) rH1=+431.8kJ·mol-1

②0.5O2(g)===O(g) rH2=+244.3kJ·mol-1

③2H(g)+O(g)==H2O(g) rH3=-917.9kJ·mol-1

④H2O(g)===H2O(l) rH4=-44.0kJ·mol-1

───────────────────總:H2(g)+0.5O2(g)===H2O(l)rH總=-285.8kJ·mol-1*6-3-3蓋斯定律１、蓋斯定律──在恒壓或恒容條件下，*

蓋斯定律是熱化學的基礎(chǔ)，它能使熱化學方程式像普通代數(shù)方程式那樣進行計算，從而可以使我們從易測的熱效應來求算難于測量或不能測量的熱效應。一個分一步，一個分四步。因焓為狀態(tài)函數(shù)所以與途徑無關(guān)H2(g)+0.5O2(g)──→H2O(l)+O(g)──→H2O(g)rH3rH4rH2rH12H(g)*蓋斯定律是熱化學的基礎(chǔ)，它能使熱化學方程式像普通代*

例1：求C(石墨)+0.5O2(g)===CO(g)的rH=？因為產(chǎn)物的純度不好控制，可能在生成CO的同時也有少量CO2的生成。下列兩個反應的熱效應容易測。C(石墨)+O2(g)===CO2(g)

rH2=-393.5kJ·mol-1CO(g)+0.5O2(g)===CO2(g)

rH3=-283.０kJ·mol-1C石墨+O2(g)CO2(g)CO(g)+0.5O2(g)rH2rH3始態(tài)終態(tài)rH1rH2=rH1+rH3解得rH1=-110.5kJ·mol-1*例1：求C(石墨)+0.5O2(g)===CO(g)的*6-4生成焓和燃燒焓6-4-1熱力學標準狀態(tài)6-4-2生成焓(△Hf