熱化學(xué)與能量轉(zhuǎn)化課件

1研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問(wèn)題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2.反應(yīng)進(jìn)行的速率有多大？3.反應(yīng)進(jìn)行的極限(化學(xué)平衡)。4.反應(yīng)中的能量變化(熱化學(xué))。5.反應(yīng)是如何進(jìn)行的(反應(yīng)機(jī)理)？1研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問(wèn)題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2第一章熱化學(xué)與能源基本內(nèi)容3.闡明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。1.闡述化學(xué)中的計(jì)量，以鞏固高中化學(xué)中的有關(guān)概念;2.引入化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)進(jìn)度，狀態(tài)函數(shù),標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和反應(yīng)焓變等重要概念;2第一章熱化學(xué)與能源基本內(nèi)容3.闡明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量3

會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。

基本要求第一章熱化學(xué)與能源3會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反4第一章熱化學(xué)與能源1-1反應(yīng)熱的測(cè)量1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算目錄1-3能源及其有效與清潔利用4第一章熱化學(xué)與能源1-1反應(yīng)熱的測(cè)量1-2反應(yīng)熱的第一節(jié)反應(yīng)熱的測(cè)量第一節(jié)61-1-1基本概念1、系統(tǒng)與環(huán)境1、定義系統(tǒng):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61-1-1基本概念1、系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng):所需研究的那部分2、分類(lèi)

根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間聯(lián)系，把系統(tǒng)分為三種類(lèi)型：

①敞開(kāi)系統(tǒng)——系統(tǒng)與環(huán)境之間，既有物質(zhì)傳遞又有能量交換。

②封閉系統(tǒng)——系統(tǒng)與環(huán)境之間，沒(méi)有物質(zhì)傳遞而只有能量交換。

③隔離系統(tǒng)(孤立系統(tǒng))——系統(tǒng)與環(huán)境之間，既沒(méi)有物質(zhì)傳遞也沒(méi)有能量傳遞。2、分類(lèi)8封閉系統(tǒng)

三種熱力學(xué)系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)敞開(kāi)系統(tǒng)8封閉系統(tǒng)三種熱力學(xué)系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)敞開(kāi)系統(tǒng)92、聚集體和相自然界中物質(zhì)呈現(xiàn)的聚集狀態(tài)，熟知的有氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)，此外還有等離子體態(tài)，超高溫下地殼內(nèi)部狀態(tài)等。任一聚集狀態(tài)內(nèi)部物理及化學(xué)性質(zhì)的均勻部分稱(chēng)為相。

例如，有兩種氣體組成的混合物，在低壓及中壓下只有一個(gè)相，但在高壓下，氣體可能分層，有界面，且該界面兩邊氣體的性質(zhì)發(fā)生突變，實(shí)為兩個(gè)相，但這個(gè)體系卻只有一種聚集態(tài)——?dú)鈶B(tài)。92、聚集體和相10又如，不形成固溶體的三種不同物質(zhì)的固體混合物，體系只存在一種聚集態(tài)——固態(tài)，但無(wú)論將他們研磨的如何細(xì)微，混合的如何均勻，仍然是三相混合物。所以處于同一相中的物質(zhì)一定處于同一聚集態(tài)，而處于同一聚集態(tài)的物質(zhì)不一定是處于同一相中。液體，不分層為一相，分幾層為幾相；固體，有幾種固體為幾相。10又如，不形成固溶體的三種不同物質(zhì)的固體混合物，體11思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。11思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C121.狀態(tài)：表征體系性質(zhì)的物理量所確定的體系存在形式。

由

p、V、T、n

等物理量所確定下來(lái)的體系存在的形式稱(chēng)為體系的狀態(tài)3、狀態(tài)及狀態(tài)函數(shù)對(duì)一系統(tǒng)，各種性質(zhì)都有確定數(shù)值，該系統(tǒng)的狀態(tài)便被確定；反之，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)已確定時(shí)，該系統(tǒng)的各種性質(zhì)也必都有確定的值。121.狀態(tài)：表征體系性質(zhì)的物理量所確定的體系存在形式。3、132.狀態(tài)函數(shù)：

確定體系狀態(tài)的宏觀性質(zhì)的物理量稱(chēng)為狀態(tài)函數(shù)如物質(zhì)的量、壓力、體積、溫度3.狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)：(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(shí),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(wú)關(guān)。132.狀態(tài)函數(shù)：確定體系狀態(tài)的宏觀性質(zhì)的物理量稱(chēng)為狀態(tài)14(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間是有聯(lián)系的。理想氣體T=280K理想氣體T=300K理想氣體T=350K△T=350K-300K=50K14(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間是有聯(lián)系的。理想氣15P3=303.9kPaT3=473KV3=0.845m3p1=101.3kPaT1=373KV1=2m3p1=202.6kPaT1=373KV1=1m3

（I）加壓（II）加壓、升溫減壓、降溫始

態(tài)終態(tài)圖1-1理想氣體兩種不同變化過(guò)程即：

X

=X2-X115P3=303.9kPap1=101.3kPap1=2016廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類(lèi)：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。思考：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱(chēng)為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。16廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類(lèi)：廣度性質(zhì)：其量值具174、過(guò)程與途徑1.過(guò)程:

體系狀態(tài)變化的過(guò)程T一定ΔT=0(等溫過(guò)程)p一定Δp=0(恒壓過(guò)程)V一定ΔV=0(恒容過(guò)程)體系與環(huán)境間無(wú)熱交換Q＝0(絕熱過(guò)程)2.途徑：完成過(guò)程的具體步驟稱(chēng)為途徑狀態(tài)1→狀態(tài)2：途徑不同，狀態(tài)函數(shù)改變量相同；174、過(guò)程與途徑18298K，101.3kPa298K，506.5kPa375K，101.3kPa375K，506.5kPa恒溫過(guò)程途徑(II)恒壓過(guò)程途徑(I)恒溫過(guò)程(I)恒壓過(guò)程(II)實(shí)際過(guò)程圖1-2

實(shí)際過(guò)程與完成過(guò)程的不同途徑18298K，101.3kPa298K，506.5kP19化學(xué)反應(yīng)cC+dD=

yY+zZ移項(xiàng)0=-cC-dD+yY+zZ

令-c=νC、-d=νD、y=νY、z=νZ0＝∑BBνB可簡(jiǎn)化寫(xiě)出化學(xué)計(jì)量式的通式：得0=νCC+νDD+νYY+νZZB——表示反應(yīng)中物質(zhì)的化學(xué)式，νB——是B的化學(xué)計(jì)量數(shù)?；瘜W(xué)計(jì)量數(shù)(ν)5、化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)進(jìn)度19化學(xué)反應(yīng)cC+dD=yY+zZ0＝20對(duì)于同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)方程式的寫(xiě)法有關(guān)。例如，合成氨反應(yīng)寫(xiě)成：

規(guī)定，反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)，產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為正。20對(duì)于同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)方程式的21N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3

=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)

ν(N2)=

-1、ν(H2)=

-3、ν(NH3)=2表明反應(yīng)中每消耗1molN2和3molH2

生成2molNH3例21N2+3H2=2NH30=-N2-3H22若寫(xiě)作：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)則v（N2）=－1/2，v（H2）=－3/2，v（NH3)=1而對(duì)其逆反應(yīng)：2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)則v（N2）=1，v（H2）=3，v（NH3）=－222若寫(xiě)作：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH23反應(yīng)進(jìn)度0＝∑BBνB對(duì)于化學(xué)計(jì)量方程式dξ=νB-1dnBnB——B的物質(zhì)的量ξ的單位為molνB——為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)即反應(yīng)系統(tǒng)中任一反應(yīng)物或生成物在反應(yīng)過(guò)程中物質(zhì)的量的變化(△nB)與該物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)(νB)的商就是反應(yīng)進(jìn)度(ξ)。23反應(yīng)進(jìn)度0＝∑BBνB對(duì)于化學(xué)計(jì)量方程式nB——B24反應(yīng)進(jìn)度對(duì)于有限的變化，改寫(xiě)為

△ξ

=νB-1

△

nB開(kāi)始時(shí)ξ0=0、nB(ξ0)，積分到ξ時(shí)、nB(ξ)得：(ξ-ξ0)=[nB(ξ)-nB(ξ0)]／

νB則

ξ

=

[

nB(ξ)-nB(ξ0)]

／νB△nB=νBξ24反應(yīng)進(jìn)度對(duì)于有限的變化，改寫(xiě)為開(kāi)始時(shí)ξ0=0、n25例反應(yīng)：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)

ν(N2)=

-1、ν(H2)=

-3、ν(NH3)=2當(dāng)ξ0＝0時(shí),若有足夠量的N2和H2、n(NH3)＝0根據(jù)、ξ＝nB/νBn(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/molξ/mol0000

-

-1

-1-321-2-64212123225例反應(yīng)：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH326n(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/molξ/mol0000

-

-1

-1-321-2-6421232對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)進(jìn)度(ξ)的值與選用反應(yīng)式中何種物質(zhì)的量的變化進(jìn)行計(jì)算無(wú)關(guān)。例反應(yīng)：N2+3H2=2NH31226n(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/27注意:同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫(xiě)法不同（亦即νB不同），相同反應(yīng)進(jìn)度時(shí)對(duì)應(yīng)各物質(zhì)的量的變化會(huì)有區(qū)別。例如：當(dāng)ξ=1mol時(shí)反應(yīng)方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3n(N2)/mol--1n(H2)/mol--3n(NH3)/mol121212323227注意:例如：當(dāng)ξ=1mol時(shí)反應(yīng)方程式N2+1-1-2反應(yīng)熱的測(cè)量(heatingeffectmeasurement)1熱效應(yīng)測(cè)量原理1-1-2反應(yīng)熱的測(cè)量(heatingeffectm29計(jì)算公式：q＝－csms(T2-T1)＝－csms△T=－CS△T2

測(cè)量裝置氧彈式量熱計(jì)(calorimeter)29計(jì)算公式：2

測(cè)量裝置3030313.測(cè)量方法與步驟：●準(zhǔn)確稱(chēng)量反應(yīng)物(固態(tài)或液態(tài)）裝入鋼彈內(nèi)，通入氧氣，密封;●將鋼彈安放在一鋼質(zhì)容器中，向容器內(nèi)加入足夠的已知質(zhì)量的水，使鋼彈淹沒(méi)，鋼彈與環(huán)境絕熱;●精確測(cè)定系統(tǒng)的起始溫度(T1);●電火花引發(fā)反應(yīng)，測(cè)量系統(tǒng)(包括鋼彈及內(nèi)部物質(zhì)、水和金屬容器等)的終態(tài)溫度(T2)。313.測(cè)量方法與步驟：32

∑C叫做量熱計(jì)常數(shù)（calorimeterconstant）為彈液(如水)和熱量計(jì)部件(如杯體，鋼彈,溫度計(jì),攪拌棒和引燃絲等)熱容之和.(例如盛水2000g的彈式熱量計(jì)的常數(shù)為10.1kJ·K-1)4.計(jì)算：

q＝-{q(H2O)+qb}

＝-{C(H2O)△T+Cb△T}

＝-∑C·△T32∑C叫做量熱計(jì)常數(shù)（calorimeterco33例1:將0.500gN2H4(l)在盛有1210gH2O的彈式量熱計(jì)的鋼彈內(nèi)完全燃燒盡。系統(tǒng)溫度由293.18K升至294.82K。已知鋼彈組件在實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)的總熱容為848J·K-1。計(jì)算此條件下聯(lián)氨完全燃燒所放出的熱量。解：Q=-(CH2O+Cb)·△T=-(4.18×1210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)

顯然，此熱量與所用反應(yīng)物的質(zhì)量有關(guān)，-9690J是對(duì)0.500gN2H4(l)而言的，若以1molN2H4(l)計(jì)，則可乘以N2H4的摩爾質(zhì)量，即：Q=-9690/0.500×32=-620160J·mol-133例1:將0.500gN2H4(l)在盛有1210gH34第二節(jié)反應(yīng)熱的理論計(jì)算34第二節(jié)1-2-1熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）

“在任何過(guò)程中，能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。”基本概念：熱力學(xué)能、熱和功。1-2-1熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）36符號(hào)：U

，單位：kJ

、J

。

U

是狀態(tài)函數(shù)；無(wú)絕對(duì)數(shù)值；

U=U(終態(tài))–U(始態(tài))

其值與n

成正比。即內(nèi)能—系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和。熱力學(xué)能(以往稱(chēng)內(nèi)能)36符號(hào)：U，即內(nèi)能—系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和。熱力學(xué)能(以往稱(chēng)37

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。功和熱是體系的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，體系和環(huán)境傳遞或交換能量的兩種形式。符號(hào)：Q

，[注意]熱不是狀態(tài)函數(shù)單位為J、kJ體系吸熱，Q>0；體系放熱，Q<0。吸熱為正值，放熱為負(fù)值。熱和功37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38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(duì)體系做功，W為正值；體系對(duì)環(huán)境做功，W為負(fù)值。[注意]功不是狀態(tài)函數(shù)單位為J、kJ體積功W(W=-PΔV)；非體積功W′。38功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。功體積功:39Q>0W<0ΔU=Q+W

一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收熱Q，對(duì)環(huán)境做功W，變到狀態(tài)2，熱力學(xué)能U2，則熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上體系對(duì)環(huán)境所做的功：熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式39Q>0W<0ΔU=Q+W熱力學(xué)第一401-2-2化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱化學(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(guò)程。前者需要吸收能量,后者則會(huì)釋放能量。因此，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程往往伴隨有能量的吸收或釋放。401-2-2化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物分子41如：煤燃燒時(shí)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；葉綠素在光作用下使二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)。41如：煤燃燒時(shí)放熱；42化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的主要形式是熱稱(chēng)反應(yīng)熱或熱效應(yīng)。通常把只做體積功，且始態(tài)和終態(tài)具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做該反應(yīng)的反應(yīng)熱。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為：1恒容過(guò)程反應(yīng)熱QV

恒容熱QV——系統(tǒng)進(jìn)行恒容、且非體積功為零過(guò)程中與環(huán)境交換的熱。42化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的主要形式是熱稱(chēng)反43V2

=V1

△V=0

∵△U=Q

+W∴△U=Q

-P△V=Q

V由熱力學(xué)第一定律，在封閉系統(tǒng)的恒容過(guò)程，非體積功為零條件下，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱等于內(nèi)能的變化。

ΔU=QV43V2=V1△V=0∵△U=Q+44定義：化學(xué)反應(yīng)若在恒壓過(guò)程中完成的，且只做體積功不做非體積功，稱(chēng)為恒壓反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱(chēng)為恒壓反應(yīng)熱，通常用符號(hào)（Qp）表示。由熱力學(xué)第一定律，在恒壓條件下：ΔU=Qp+W體恒壓過(guò)程的體積功W體：2

恒壓過(guò)程反應(yīng)熱

QP

P2

=P1

=P∵△U=QP-P△V∴QP=△U+P△V恒壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化44定義：化學(xué)反應(yīng)若在恒壓過(guò)程中完成的，且只做體積功45上式可化為：

QP=（U2-U1）+P（V2-V1）即：QP=（U2+P2V2）-（U1+P1V1）令：

H=U+PV

稱(chēng)：焓說(shuō)明：（1）H無(wú)明確物理意義（2）H是狀態(tài)函數(shù)（3）單位J、kJ

（4）絕對(duì)值無(wú)法測(cè)知QP=（U2+P2V2）-（U1+P1V1）=H2-H13

焓45上式可化為：3焓46

反應(yīng)焓變H=H2-H1=Qp化學(xué)反應(yīng)在封閉體系中、恒壓條件下進(jìn)行，如果體系不做非體積功：化學(xué)反應(yīng)的焓變等于恒壓反應(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)

H＝Qp=-571.66kJ·mol-1

H2(g)

+

O2(g)

→

H2O(l)

H＝

Qp=-285.83kJ·mol-11246反應(yīng)焓變H=H2-H1=Qp化學(xué)反應(yīng)在47定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知 定容反應(yīng)熱：QV=ΔU；

定壓反應(yīng)熱：Qp=ΔUp+p(V2–V1)

等溫過(guò)程，ΔUpΔUV，則：Qp–

QV=n2(g)RT

–

n1(g)RT=Δn(g)RT對(duì)于理想氣體反應(yīng)，有：對(duì)于有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)，由于凝聚相相對(duì)氣相來(lái)說(shuō)，體積可以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體的物質(zhì)的量。ΔH–ΔU=Qp–

QV=p(V2–V1)47定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知 定容反應(yīng)熱：QV=48思考：若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的Qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)的QV,m

為多少？該反應(yīng)的Δn(g)=0，QV=Qp所以 對(duì)于沒(méi)有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)=0的反應(yīng)，QVQp對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且Δn(g)0的反應(yīng)，QVQp48思考：若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO249表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式rHm——摩爾反應(yīng)焓變r(jià)Hm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa如12表示在298.15K、100kPa下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度=1mol時(shí)(1molH2(g)與molO2(g)反應(yīng)，生成1molH2O(g)時(shí))，放出241.82kJ熱量。124熱化學(xué)方程式49表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式rHm——摩爾反應(yīng)焓變50

熱化學(xué)方程式注意：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.注明反應(yīng)的熱效應(yīng)。如rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa1250熱化學(xué)方程式注意：2.注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。如rH51注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)，聚集狀態(tài)不同，熱效應(yīng)不同。51注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)，聚集狀態(tài)不同，熱效5.正、逆反應(yīng)的Qp的絕對(duì)值相同,符號(hào)相反。HgO(s)→Hg(l)+O2(g)rHm

=90.83kJ·mol-112Hg(l)+O2(g)→HgO(s)rHm

=-90.83kJ·mol-1124.同一反應(yīng),反應(yīng)式系數(shù)不同,rHm不同

。rHm

=

-483.64kJ·mol-12H2(g)+O2(g)→2H2O(g)

rHm=-241.82kJ·mol-1

H2(g)+

O2(g)

H2O(g)298.15K100kPa125.正、逆反應(yīng)的Qp的絕對(duì)值相同,符號(hào)相反。HgO(s)53在恒溫恒壓或恒溫恒容條件下，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(guò)程的具體途徑無(wú)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(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。QV=ΔU=U2-U15

蓋斯(Hess)定律53在恒溫恒壓或恒溫恒容條件下，體系不做非體54C(s)+O2(g)rHmCO(g)+O2(g)12H1H2CO2(g)rHm=H1+H2應(yīng)用蓋斯定律不僅可計(jì)算某些恒壓反應(yīng)熱，而且可計(jì)算難以或無(wú)法用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的反應(yīng)熱。H1=rHm-H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-1根據(jù)蓋斯定律，若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反應(yīng)熱也可以加和。54C(s)+O2(g)rHmCO(g)+55推理：任一化學(xué)反應(yīng)可以分解為若干最基本的反應(yīng)（生成反應(yīng)），這些生成反應(yīng)的反應(yīng)熱之和就是該反應(yīng)的反應(yīng)熱。如：AB+CD==AC+BDΔHA+B

=

ABΔH1;

C+D

=

CDΔH2;A+C

=

AC

ΔH3;

B+D

=

BD

ΔH4。則：ΔH

=ΔH4+ΔH3-ΔH1-ΔH2即:△rH=∑i△rHi55推理：任一化學(xué)反應(yīng)可以分解為若干最基本的反應(yīng)（生成反應(yīng)）56例2：已知：C（s）+O2（g）→CO2（g）=-393.5kJ.mol-1CO(g)+O2(g)→CO2(g)=-283.0kJ.mol-1問(wèn):C(s)+O2(g)→CO(g)=?解:按蓋斯定律={(-393.5)-(-283.0)}kJ.mol-1

=

-110.5kJ.mol-1ΔHm1ΔHm2ΔHm3ΔHm356例2：=-393.5kJ.mol-1CO(g)+O2(g571-2-3反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(狀)態(tài)（1）氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是在標(biāo)準(zhǔn)壓力(P=100.00kPa)時(shí)的(假想的)理想氣體狀態(tài);（2）溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:在標(biāo)準(zhǔn)壓力p時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量摩爾濃度b=1.0mol.kg-1(近似為1mol·L-1)時(shí)的理想溶液;（3）液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:在標(biāo)準(zhǔn)壓力p時(shí)的純液體或純固體。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)對(duì)溫度沒(méi)有規(guī)定，不同溫度下有不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)571-2-3反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(狀)態(tài)（1）氣體物58在指定溫度T及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量某物質(zhì)時(shí)反應(yīng)的焓變(即恒壓反應(yīng)熱)稱(chēng)為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓符號(hào)：ΔfHm(B，T)，單位:kJ·mol-1

。

ΔfHmθ<0，放熱；

ΔfHmθ>0，吸熱。標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓ΔfHmθ58在指定溫度T及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成59

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓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(shí)可省略。1.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)fHm=0,如fHm(石墨)=0。注意：高溫時(shí)分解-157.3CuO(s)加熱不分解-635.09CaO(s)穩(wěn)定性fHm/(kJ·mol-1)物質(zhì)59標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓2.fHm代數(shù)值越小,化合物越穩(wěn)60因?yàn)镼P=ΔH,所以恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱可表示為反應(yīng)的焓變:ΔrH(T);

反應(yīng)系統(tǒng)的nB確定為1mol時(shí),反應(yīng)熱稱(chēng)為反應(yīng)的摩爾焓變:ΔrHm(T)；

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾焓變稱(chēng)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:ΔrHm(T)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?chǔ)Hm(T)60因?yàn)镼P=ΔH,所以恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱可表示為反61例如:C(石)+O2(g)→CO2(g)ΔrHm其中,C(石)為碳的參考態(tài)元素,O2(g)為氧的參考態(tài)元素,此反應(yīng)是生成反應(yīng)。所以此反應(yīng)的焓變即是CO2（g）的生成焓：ΔrHm(T)(T)=ΔfHm(CO2,g,T)*參考態(tài)元素通常指在所討論的溫度和壓力下最穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)。也有例外.如:石墨(C),白磷(P)。61例如:C(石)+O2(g)→CO2(g)ΔrH62標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算,以乙炔的完全燃燒反應(yīng)為例:

C2H2（g）+5/2O2（g）→2CO2（g）+H2O（l）可將此反應(yīng)分解為四個(gè)生成反應(yīng)：2C+H2（g）→C2H2（g)ΔrHm1(T)=ΔfHm(C2H2,T)O2(g)→O2（g）ΔrHm2(T)=ΔfHm(O2,T)C(S)+O2（g）→CO2（g)2ΔrHm3(T)=2ΔfHm(CO2,T)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算62標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算,以乙炔的完全燃燒反應(yīng)為例: C2H63H2(g)+O2(g)→H2O(l)ΔrHm4(T)=ΔfHm(H2O,l,T)根據(jù)蓋斯定律：ΔrHm(T)=ΣiΔfHmi(T)有:ΔrHm=2ΔfHm3+ΔfHm4-ΔfHm1-ΔfHm2通式：ΔrHm(T)=ΣBνBΔfHmB(T)63H2(g)+O2(g)→H2O(l)ΔrHm4(64例3用生成焓計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓?！窘狻扛鶕?jù)蓋斯定律，設(shè)計(jì)如下途徑：64例3用生成焓計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓?！窘狻扛鶕?jù)65解：利用蓋斯定律，先設(shè)計(jì)該反應(yīng)的熱化學(xué)循環(huán)過(guò)程：

CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(s)ΔHθ3

ΔHθ2+Ca(s)+1/2O2(g)H2(g)+1/2O2(g)ΔHθ298.15+ΔHθ1+ΔHθ2=ΔHθ3

ΔHθ298.15ΔHθ298.15=ΔHθ3–[ΔHθ1+ΔHθ2]=ΔHθf(wàn)(Ca(OH)2,s)-[ΔHθf(wàn)(CaO,s)+ΔHθf(wàn)(H2O,l)]=(-986.17)-[(-635.13)+(-285.83)]=-65.21kJ.mol-1

例4：已知恒壓反應(yīng)CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(s)，求此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱（即標(biāo)準(zhǔn)焓變）ΔHθ165解：利用蓋斯定律，先設(shè)計(jì)該反應(yīng)的熱化學(xué)循環(huán)過(guò)程：CaO66結(jié)論：對(duì)一般反應(yīng)66結(jié)論：對(duì)一般反應(yīng)67

標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變等于生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和減去反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和。

化學(xué)反應(yīng)：cC+dD=yY+zZ(任一物質(zhì)均處于溫度T的標(biāo)準(zhǔn)態(tài))rHm=[yfHm(Y)+zfHm(Z)]

-[cfHm(C)+dfHm(D)]rHm=ifHm(生成物)+ifHm(反應(yīng)物)計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)67標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變等于68

計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)計(jì)算恒壓反應(yīng):4NH3(g)+5O2(g)

→4NO(g)+6H2O(g)的rHm例5解：4NH3(g)+5O2→4NO+6H2O(g)fHm/kJ·mol-1-46.11

090.25-241.82rHm=[4fHm(NO,g)+6fHm(H2O,g)]

-[4fHm(NH3,g)+5fHm(O2,g)]={[4(90.25)+6(-241.82)]-[4(-46.11)]}kJ·mol-1=-905.48kJ·mol-168計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)69

(rHm)3=2(rHm)2=-22.6kJ·mol-1反應(yīng)rHm/kJ·mol-1序號(hào)2Cu2O(s)+O2(g)

→4CuO(s)-292１CuO(s)+Cu(s)

→Cu2O(s)-11.3２計(jì)算fHm(CuO,s)。例6解:(2)式×2=3式2CuO(s)+2Cu(s)→2Cu2O(s)(3)式+(1)式=4式2Cu(s)+O2(g)→2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1=-314.6kJ·mol-1

22(rHm)4-314.6kJ·mol-1fHm(CuO,s)===-157.3kJ·mol-169(rHm)3=2(rHm)2=-22.6kJ·70例7.計(jì)算聯(lián)氨(N2H4)在空氣中完全燃燒時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變△rHm（298.15K)。

={0+2×(-285.83)-50.63-0}kJ.mol-1=-622.3kJ.mol-1解：70例7.計(jì)算聯(lián)氨(N2H4)在空氣中完全燃燒時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)71例8：計(jì)算反應(yīng)Zn(S)+Cu2+(aq)＝Zn2+(aq)+Cu(S)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。解：Zn(S)+Cu2+(aq)＝Zn2+(aq)+Cu(S)△fHm/kJ.mol-1064.77-153.890

＝{(-153.89)+0-0-64.77}kJ.mol-1

＝-218.66kJ.mol-171例8：計(jì)算反應(yīng)Zn(S)+Cu2+(aq)＝Zn2+(72注意

1ΔfHmB(298.15K)是熱力學(xué)基本數(shù)據(jù)，可查表。單位：kJ.mol-1

2ΔrHm(T)≈ΔrHm(298.15K)；

3C（石）、H2（g）、O2（g）皆為參考態(tài)元素。參考態(tài)元素的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。如：ΔfHm(O2,g)=0

4由于ΔfHmB與nB成正比，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)B的化學(xué)計(jì)量數(shù)νB不可忽略。72注意1ΔfHmB(298.15K)是熱力學(xué)基本73討論：ΔfHmθ與

ΔrHmθ的區(qū)別與聯(lián)系ΔfHmθΔrHmθΔfHmθΔrHmθ73討論：ΔfHmθ與ΔrHmθ的區(qū)別與聯(lián)系ΔfHm74

小結(jié)：△U=q+w(封閉系統(tǒng))△U=qv

（定容，w′＝0）△H=qp（定壓，w′＝0)

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓△fHm

處于標(biāo)準(zhǔn)壓力下的穩(wěn)定單質(zhì)生成標(biāo)準(zhǔn)壓力下1mol純物質(zhì)的反應(yīng)焓叫做物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。

反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變△rHm

由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變公式為74小結(jié)：△U=q+w(封閉系統(tǒng))75課堂練習(xí)：P43，1、2、P44，

3、P45，8、9作業(yè)：P44，4、5P45，11，13，1575課堂練習(xí)：P43，1、2、P44，3、P476例1：已知298.15K時(shí)以下各反應(yīng)的焓變值：C（石墨）+O2（g）→CO2(g)ΔH1=-393.5kJ.mol-1

H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)ΔH2=-285.83kJ.mol-1C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l)ΔH3=-2220.07kJ.mol-1，計(jì)算下列反應(yīng)的焓變。

3C（石墨）+4H2(g)→C3H8(g)；ΔH=？

提示：ΔH=（ΔH1?3）+（ΔH2?

4）+（-ΔH3）

76例1：已知298.15K時(shí)以下各反應(yīng)的焓變值：提示：ΔH77(1)C（石墨）+O2（g）→CO2(g)×3

(2)H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)×4

(3)C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l)×-1

3C（石墨）+4H2(g)→C3H8(g)；

+ΔH=（ΔH1?3）+（ΔH2?

4）+（-ΔH3）

=（-393.5）×3+(-285.83)×4+[-(-2220.07)]=-103.8kJ.mol-1

77(1)C（石墨）+O2（g）→CO2(g)78例2：已知恒壓反應(yīng)：2Al(s)+Fe2O3(s)→Al2O3(s)+2Fe(s)，求此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱（即標(biāo)準(zhǔn)焓變），并判斷此反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)。解：2Al(s)+Fe2O3(s)→Al2O3(s)+2Fe(s)ΔHθf(wàn)0-824.3-16750/（kJ.mol-1）ΔHθ298.15=[ΔHθf(wàn)(Al2O3,s)+2ΔHθf(wàn)(Fe,s)]-[ΔHθf(wàn)(Fe2O3,s)+2ΔHθf(wàn)(Al,s)]=[(-1675)+2*0]kJ.mol-1-[(-824.3)+2*0]kJ.mol-1=-850.7kJ.mol-1<0，故可判斷此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

78例2：已知恒壓反應(yīng)：2Al(s)+Fe2O3(s)→79例3：根據(jù)下列反應(yīng)的反應(yīng)熱，求298.15K時(shí)AgCl的生成焓ΔHθf(wàn)(AgCl,s)Ag2O(s)+2HCl(g)=2AgCl(s)+H2O(l)ΔHθ1=-324.9kJ.mol-1(2)2Ag(s)+1/2O2(g)=Ag2O(s)ΔHθ2=-30.57kJ.mol-1(3)1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)ΔHθ3=-92.31kJ.mol-1（4）H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔHθ4=-285.84kJ.mol-1

79例3：根據(jù)下列反應(yīng)的反應(yīng)熱，求298.15K時(shí)AgCl的80解：AgCl的生成反應(yīng)：Ag(s)+1/2Cl2(g)=AgCl(s)該反應(yīng)式等于：1/2（1）+1/2（2）+（3）-1/2（4）故：ΔHθf(wàn)(AgCl,s)=1/2ΔHθ1+1/2ΔHθ2+ΔHθ3-1/2ΔHθ4=[1/2(-324.9)+1/2(-30.57)+(-92.31)-1/2(-285.84)]kJ.mol-1=-127.1kJ.mol-1

80解：AgCl的生成反應(yīng)：Ag(s)+1/2Cl2(g)=81第三節(jié)能源及其有效與清潔利用81第三節(jié)能源及其有效與清潔利用82

能源是指能提供能量的源泉或資源。人類(lèi)的文明始于火的使用，燃燒現(xiàn)象是人類(lèi)最早的化學(xué)實(shí)踐之一，燃燒把化學(xué)與能源緊密地聯(lián)系在一起。人類(lèi)巧妙地利用化學(xué)變化過(guò)程中所伴隨的能量變化，創(chuàng)造了五光十色的物質(zhì)文明?，F(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活離不開(kāi)能源。能源既是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)賴以生存的物質(zhì)條件之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源供需之間將會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越尖銳的矛盾。因此，如何節(jié)約能源，研究和發(fā)展利用新能源，就引起了世界范圍內(nèi)極大的關(guān)注。82能源是指能提供能量的源泉或資源。人類(lèi)的文明始于火83一.能源的分類(lèi)及消費(fèi)情況83一.能源的分類(lèi)及消費(fèi)情況84能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及其變化情況：84能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及其變化情況：85二.煤、石油和天然氣三.能源開(kāi)發(fā)——

新能源

2.氫能：是一種理想的最有前途的二次能源，特點(diǎn)是熱值高（為煤的6倍左右）；原料是水，資源用之不盡；無(wú)污染。煤、石油和天然氣是當(dāng)今人類(lèi)利用得最為普遍，最為廣泛的能源，因而也是與我們目前生活、生產(chǎn)關(guān)系最為密切，影響最大的能源。△rHm＝-286kJ.mol-1最理想的制取氫氣的方法是用太陽(yáng)能分解水，核心是尋找適合紫外光分解水的催化劑，21世紀(jì)可能會(huì)有重大突破。目前用過(guò)渡金屬化合物儲(chǔ)氫，尋找更有效的儲(chǔ)氫方法是氫能成功利用的重要課題。1.能源開(kāi)發(fā)與可持續(xù)發(fā)展85二.煤、石油和天然氣三.能源開(kāi)發(fā)——新能源863.太陽(yáng)能太陽(yáng)能是指太陽(yáng)輻射能，是地球上最根本、最豐富的能源。煤、石油中的化學(xué)能是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而成的，風(fēng)能、生物能、海洋能等其實(shí)也都來(lái)自太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是非常巨大的。太陽(yáng)能利用的難題是能量密度較低，太陽(yáng)能的收集與轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵課題。

光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ㄍㄟ^(guò)集熱器進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換）；光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽ㄍㄟ^(guò)太陽(yáng)能電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換）；光轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能（光解制氫與氧）。此外，核能、地?zé)崮堋⑸锬?、潮汐能、風(fēng)能等也是目前清潔的新能源開(kāi)發(fā)研究領(lǐng)域。目前利用方式有三種：863.太陽(yáng)能太陽(yáng)能是指太陽(yáng)輻射能，是地球上最根本、87氫能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能是目前重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新能源。太陽(yáng)能光解制氫及高性能儲(chǔ)氫合金的研究是目前的焦點(diǎn)與熱點(diǎn)。4.新能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)與熱點(diǎn)87氫能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能是目前重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新能88研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問(wèn)題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2.反應(yīng)進(jìn)行的速率有多大？3.反應(yīng)進(jìn)行的極限(化學(xué)平衡)。4.反應(yīng)中的能量變化(熱化學(xué))。5.反應(yīng)是如何進(jìn)行的(反應(yīng)機(jī)理)？1研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常遇到的問(wèn)題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？89第一章熱化學(xué)與能源基本內(nèi)容3.闡明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。1.闡述化學(xué)中的計(jì)量，以鞏固高中化學(xué)中的有關(guān)概念;2.引入化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)進(jìn)度，狀態(tài)函數(shù),標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和反應(yīng)焓變等重要概念;2第一章熱化學(xué)與能源基本內(nèi)容3.闡明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量90

會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。

基本要求第一章熱化學(xué)與能源3會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反91第一章熱化學(xué)與能源1-1反應(yīng)熱的測(cè)量1-2反應(yīng)熱的理論計(jì)算目錄1-3能源及其有效與清潔利用4第一章熱化學(xué)與能源1-1反應(yīng)熱的測(cè)量1-2反應(yīng)熱的第一節(jié)反應(yīng)熱的測(cè)量第一節(jié)931-1-1基本概念1、系統(tǒng)與環(huán)境1、定義系統(tǒng):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61-1-1基本概念1、系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng):所需研究的那部分2、分類(lèi)

根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間聯(lián)系，把系統(tǒng)分為三種類(lèi)型：

①敞開(kāi)系統(tǒng)——系統(tǒng)與環(huán)境之間，既有物質(zhì)傳遞又有能量交換。

②封閉系統(tǒng)——系統(tǒng)與環(huán)境之間，沒(méi)有物質(zhì)傳遞而只有能量交換。

③隔離系統(tǒng)(孤立系統(tǒng))——系統(tǒng)與環(huán)境之間，既沒(méi)有物質(zhì)傳遞也沒(méi)有能量傳遞。2、分類(lèi)95封閉系統(tǒng)

三種熱力學(xué)系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)敞開(kāi)系統(tǒng)8封閉系統(tǒng)三種熱力學(xué)系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)敞開(kāi)系統(tǒng)962、聚集體和相自然界中物質(zhì)呈現(xiàn)的聚集狀態(tài)，熟知的有氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)，此外還有等離子體態(tài)，超高溫下地殼內(nèi)部狀態(tài)等。任一聚集狀態(tài)內(nèi)部物理及化學(xué)性質(zhì)的均勻部分稱(chēng)為相。

例如，有兩種氣體組成的混合物，在低壓及中壓下只有一個(gè)相，但在高壓下，氣體可能分層，有界面，且該界面兩邊氣體的性質(zhì)發(fā)生突變，實(shí)為兩個(gè)相，但這個(gè)體系卻只有一種聚集態(tài)——?dú)鈶B(tài)。92、聚集體和相97又如，不形成固溶體的三種不同物質(zhì)的固體混合物，體系只存在一種聚集態(tài)——固態(tài)，但無(wú)論將他們研磨的如何細(xì)微，混合的如何均勻，仍然是三相混合物。所以處于同一相中的物質(zhì)一定處于同一聚集態(tài)，而處于同一聚集態(tài)的物質(zhì)不一定是處于同一相中。液體，不分層為一相，分幾層為幾相；固體，有幾種固體為幾相。10又如，不形成固溶體的三種不同物質(zhì)的固體混合物，體98思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。11思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C991.狀態(tài)：表征體系性質(zhì)的物理量所確定的體系存在形式。

由

p、V、T、n

等物理量所確定下來(lái)的體系存在的形式稱(chēng)為體系的狀態(tài)3、狀態(tài)及狀態(tài)函數(shù)對(duì)一系統(tǒng)，各種性質(zhì)都有確定數(shù)值，該系統(tǒng)的狀態(tài)便被確定；反之，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)已確定時(shí)，該系統(tǒng)的各種性質(zhì)也必都有確定的值。121.狀態(tài)：表征體系性質(zhì)的物理量所確定的體系存在形式。3、1002.狀態(tài)函數(shù)：

確定體系狀態(tài)的宏觀性質(zhì)的物理量稱(chēng)為狀態(tài)函數(shù)如物質(zhì)的量、壓力、體積、溫度3.狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)：(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(shí),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(wú)關(guān)。132.狀態(tài)函數(shù)：確定體系狀態(tài)的宏觀性質(zhì)的物理量稱(chēng)為狀態(tài)101(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間是有聯(lián)系的。理想氣體T=280K理想氣體T=300K理想氣體T=350K△T=350K-300K=50K14(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間是有聯(lián)系的。理想氣102P3=303.9kPaT3=473KV3=0.845m3p1=101.3kPaT1=373KV1=2m3p1=202.6kPaT1=373KV1=1m3

（I）加壓（II）加壓、升溫減壓、降溫始

態(tài)終態(tài)圖1-1理想氣體兩種不同變化過(guò)程即：

X

=X2-X115P3=303.9kPap1=101.3kPap1=20103廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類(lèi)：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。思考：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱(chēng)為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。16廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類(lèi)：廣度性質(zhì)：其量值具1044、過(guò)程與途徑1.過(guò)程:

體系狀態(tài)變化的過(guò)程T一定ΔT=0(等溫過(guò)程)p一定Δp=0(恒壓過(guò)程)V一定ΔV=0(恒容過(guò)程)體系與環(huán)境間無(wú)熱交換Q＝0(絕熱過(guò)程)2.途徑：完成過(guò)程的具體步驟稱(chēng)為途徑狀態(tài)1→狀態(tài)2：途徑不同，狀態(tài)函數(shù)改變量相同；174、過(guò)程與途徑105298K，101.3kPa298K，506.5kPa375K，101.3kPa375K，506.5kPa恒溫過(guò)程途徑(II)恒壓過(guò)程途徑(I)恒溫過(guò)程(I)恒壓過(guò)程(II)實(shí)際過(guò)程圖1-2

實(shí)際過(guò)程與完成過(guò)程的不同途徑18298K，101.3kPa298K，506.5kP106化學(xué)反應(yīng)cC+dD=

yY+zZ移項(xiàng)0=-cC-dD+yY+zZ

令-c=νC、-d=νD、y=νY、z=νZ0＝∑BBνB可簡(jiǎn)化寫(xiě)出化學(xué)計(jì)量式的通式：得0=νCC+νDD+νYY+νZZB——表示反應(yīng)中物質(zhì)的化學(xué)式，νB——是B的化學(xué)計(jì)量數(shù)?；瘜W(xué)計(jì)量數(shù)(ν)5、化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)進(jìn)度19化學(xué)反應(yīng)cC+dD=yY+zZ0＝107對(duì)于同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)方程式的寫(xiě)法有關(guān)。例如，合成氨反應(yīng)寫(xiě)成：

規(guī)定，反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)，產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為正。20對(duì)于同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)方程式的108N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3

=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)

ν(N2)=

-1、ν(H2)=

-3、ν(NH3)=2表明反應(yīng)中每消耗1molN2和3molH2

生成2molNH3例21N2+3H2=2NH30=-N2-3H109若寫(xiě)作：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)則v（N2）=－1/2，v（H2）=－3/2，v（NH3)=1而對(duì)其逆反應(yīng)：2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)則v（N2）=1，v（H2）=3，v（NH3）=－222若寫(xiě)作：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH110反應(yīng)進(jìn)度0＝∑BBνB對(duì)于化學(xué)計(jì)量方程式dξ=νB-1dnBnB——B的物質(zhì)的量ξ的單位為molνB——為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)即反應(yīng)系統(tǒng)中任一反應(yīng)物或生成物在反應(yīng)過(guò)程中物質(zhì)的量的變化(△nB)與該物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)(νB)的商就是反應(yīng)進(jìn)度(ξ)。23反應(yīng)進(jìn)度0＝∑BBνB對(duì)于化學(xué)計(jì)量方程式nB——B111反應(yīng)進(jìn)度對(duì)于有限的變化，改寫(xiě)為

△ξ

=νB-1

△

nB開(kāi)始時(shí)ξ0=0、nB(ξ0)，積分到ξ時(shí)、nB(ξ)得：(ξ-ξ0)=[nB(ξ)-nB(ξ0)]／

νB則

ξ

=

[

nB(ξ)-nB(ξ0)]

／νB△nB=νBξ24反應(yīng)進(jìn)度對(duì)于有限的變化，改寫(xiě)為開(kāi)始時(shí)ξ0=0、n112例反應(yīng)：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)

ν(N2)=

-1、ν(H2)=

-3、ν(NH3)=2當(dāng)ξ0＝0時(shí),若有足夠量的N2和H2、n(NH3)＝0根據(jù)、ξ＝nB/νBn(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/molξ/mol0000

-

-1

-1-321-2-64212123225例反應(yīng)：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3113n(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/molξ/mol0000

-

-1

-1-321-2-6421232對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)進(jìn)度(ξ)的值與選用反應(yīng)式中何種物質(zhì)的量的變化進(jìn)行計(jì)算無(wú)關(guān)。例反應(yīng)：N2+3H2=2NH31226n(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/114注意:同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫(xiě)法不同（亦即νB不同），相同反應(yīng)進(jìn)度時(shí)對(duì)應(yīng)各物質(zhì)的量的變化會(huì)有區(qū)別。例如：當(dāng)ξ=1mol時(shí)反應(yīng)方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3n(N2)/mol--1n(H2)/mol--3n(NH3)/mol121212323227注意:例如：當(dāng)ξ=1mol時(shí)反應(yīng)方程式N2+1-1-2反應(yīng)熱的測(cè)量(heatingeffectmeasurement)1熱效應(yīng)測(cè)量原理1-1-2反應(yīng)熱的測(cè)量(heatingeffectm116計(jì)算公式：q＝－csms(T2-T1)＝－csms△T=－CS△T2

測(cè)量裝置氧彈式量熱計(jì)(calorimeter)29計(jì)算公式：2

測(cè)量裝置117301183.測(cè)量方法與步驟：●準(zhǔn)確稱(chēng)量反應(yīng)物(固態(tài)或液態(tài)）裝入鋼彈內(nèi)，通入氧氣，密封;●將鋼彈安放在一鋼質(zhì)容器中，向容器內(nèi)加入足夠的已知質(zhì)量的水，使鋼彈淹沒(méi)，鋼彈與環(huán)境絕熱;●精確測(cè)定系統(tǒng)的起始溫度(T1);●電火花引發(fā)反應(yīng)，測(cè)量系統(tǒng)(包括鋼彈及內(nèi)部物質(zhì)、水和金屬容器等)的終態(tài)溫度(T2)。313.測(cè)量方法與步驟：119

∑C叫做量熱計(jì)常數(shù)（calorimeterconstant）為彈液(如水)和熱量計(jì)部件(如杯體，鋼彈,溫度計(jì),攪拌棒和引燃絲等)熱容之和.(例如盛水2000g的彈式熱量計(jì)的常數(shù)為10.1kJ·K-1)4.計(jì)算：

q＝-{q(H2O)+qb}

＝-{C(H2O)△T+Cb△T}

＝-∑C·△T32∑C叫做量熱計(jì)常數(shù)（calorimeterco120例1:將0.500gN2H4(l)在盛有1210gH2O的彈式量熱計(jì)的鋼彈內(nèi)完全燃燒盡。系統(tǒng)溫度由293.18K升至294.82K。已知鋼彈組件在實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)的總熱容為848J·K-1。計(jì)算此條件下聯(lián)氨完全燃燒所放出的熱量。解：Q=-(CH2O+Cb)·△T=-(4.18×1210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)

顯然，此熱量與所用反應(yīng)物的質(zhì)量有關(guān)，-9690J是對(duì)0.500gN2H4(l)而言的，若以1molN2H4(l)計(jì)，則可乘以N2H4的摩爾質(zhì)量，即：Q=-9690/0.500×32=-620160J·mol-133例1:將0.500gN2H4(l)在盛有1210gH121第二節(jié)反應(yīng)熱的理論計(jì)算34第二節(jié)1-2-1熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）

“在任何過(guò)程中，能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式?！被靖拍睿簾崃W(xué)能、熱和功。1-2-1熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）123符號(hào)：U

，單位：kJ

、J

。

U

是狀態(tài)函數(shù)；無(wú)絕對(duì)數(shù)值；

U=U(終態(tài))–U(始態(tài))

其值與n

成正比。即內(nèi)能—系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和。熱力學(xué)能(以往稱(chēng)內(nèi)能)36符號(hào)：U，即內(nèi)能—系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和。熱力學(xué)能(以往稱(chēng)124

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。功和熱是體系的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，體系和環(huán)境傳遞或交換能量的兩種形式。符號(hào)：Q

，[注意]熱不是狀態(tài)函數(shù)單位為J、kJ體系吸熱，Q>0；體系放熱，Q<0。吸熱為正值，放熱為負(fù)值。熱和功37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125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(duì)體系做功，W為正值；體系對(duì)環(huán)境做功，W為負(fù)值。[注意]功不是狀態(tài)函數(shù)單位為J、kJ體積功W(W=-PΔV)；非體積功W′。38功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。功體積功:126Q>0W<0ΔU=Q+W

一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收熱Q，對(duì)環(huán)境做功W，變到狀態(tài)2，熱力學(xué)能U2，則熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上體系對(duì)環(huán)境所做的功：熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式39Q>0W<0ΔU=Q+W熱力學(xué)第一1271-2-2化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱化學(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(guò)程。前者需要吸收能量,后者則會(huì)釋放能量。因此，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程往往伴隨有能量的吸收或釋放。401-2-2化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物分子128如：煤燃燒時(shí)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；葉綠素在光作用下使二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)。41如：煤燃燒時(shí)放熱；129化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的主要形式是熱稱(chēng)反應(yīng)熱或熱效應(yīng)。通常把只做體積功，且始態(tài)和終態(tài)具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做該反應(yīng)的反應(yīng)熱。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為：1恒容過(guò)程反應(yīng)熱QV

恒容熱QV——系統(tǒng)進(jìn)行恒容、且非體積功為零過(guò)程中與環(huán)境交換的熱。42化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的主要形式是熱稱(chēng)反130V2

=V1

△V=0

∵△U=Q

+W∴△U=Q

-P△V=Q

V由熱力學(xué)第一定律，在封閉系統(tǒng)的恒容過(guò)程，非體積功為零條件下，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱等于內(nèi)能的變化。

ΔU=QV43V2=V1△V=0∵△U=Q+131定義：化學(xué)反應(yīng)若在恒壓過(guò)程中完成的，且只做體積功不做非體積功，稱(chēng)為恒壓反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱(chēng)為恒壓反應(yīng)熱，通常用符號(hào)（Qp）表示。由熱力學(xué)第一定律，在恒壓條件下：ΔU=Qp+W體恒壓過(guò)程的體積功W體：2

恒壓過(guò)程反應(yīng)熱

QP

P2

=P1

=P∵△U=QP-P△V∴QP=△U+P△V恒壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化44定義：化學(xué)反應(yīng)若在恒壓過(guò)程中完成的，且只做體積功132上式可化為：

QP=（U2-