第一章++++化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系

第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1.1物質(zhì)的聚集態(tài)1物質(zhì)三態(tài)氣態(tài)---液態(tài)----固態(tài)氣態(tài)、液態(tài)屬流態(tài)液態(tài)、固態(tài)屬凝聚態(tài)在一定條件下三態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化2等離子態(tài)在足夠高的溫度或輝光放電條件下，氣體分子會部分或全部解離成原子并進(jìn)一步電離為氣態(tài)陽離子和電子，此時的氣體性質(zhì)（如導(dǎo)電性、粒子間作用力、化學(xué)反應(yīng)的活性等）不同于原來未電離時的，呈現(xiàn)為一種有別于氣、液、固三態(tài)的新物態(tài)在茫茫無際的宇宙空間里，等離子態(tài)是一種普遍存在的狀態(tài)，常被看作物質(zhì)的第四態(tài)太陽及其它許多恒星是極熾熱的星球，它們就是等離子體。宇宙內(nèi)大部分物質(zhì)都是等離子體

地球上也有等離子體高空的電離層、閃電、極光、流星等等。日光燈、水銀燈里的電離氣體則是人造的等離子體性質(zhì)等離子體是可以導(dǎo)電的等離子體中的帶電粒子之間存在庫侖力等離子體的運動行為會受到電磁場的影響和支配

等離子體應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)研究的核心部分在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，常伴隨有質(zhì)量和能量的變化24.3g鎂在空氣中燃燒生成了40.3g的氧化鎂→質(zhì)量變化發(fā)出了耀眼的白光→能量變化鎂帶的燃燒1.2化學(xué)中的計量

1.2.1相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量原子：是在化學(xué)反應(yīng)中保持其物質(zhì)特性不變的微觀粒子，是物質(zhì)的基本構(gòu)造單位。隧道掃描電子顯微鏡下單質(zhì)硅的原子形貌核素：具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的一類單核粒子單核：一個核，現(xiàn)遇到的粒子均為單核例：核素1H，核素2H，核素3H，核素12C元素：具有相同質(zhì)子數(shù)的一類單核粒子的總稱例：氫元素11H(氕，H)21H（氘，D）

31H（氚，T）同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的原子例：氫的三種同位素HDT

碳的二種同位素126C136C原子的質(zhì)量很小如核素12C=0.00000000000000000000001993克

核素16O=0.00000000000000000000002657克

選擇一種核素作為標(biāo)準(zhǔn)，將其它核素與之比較，求出各種核素的相對質(zhì)量?，F(xiàn)以核素12C=12.0000作為標(biāo)準(zhǔn)求出核素16O=16.0000例：錸有兩種天然同位素185

Re和187

Re,求原子量(相對原子質(zhì)量)?核素185

Re、187

Re的質(zhì)量（通過測量而得）核素185

Re的質(zhì)量/核素12C的質(zhì)量的1/12(實際就是核素185

Re的相對質(zhì)量)

核素187

Re的質(zhì)量/核素12C的質(zhì)量的1/12

185

Re和187

Re的相對存在量(同位素豐度)分別為：37.298%,62.702%錸相對原子質(zhì)量=核素185

Re的相對質(zhì)量×0.37298+核素187

Re的相對質(zhì)量

×0.62702

錸相對原子質(zhì)量=核素185

Re的相對質(zhì)量×0.37298+

核素187

Re的相對質(zhì)量

×0.62702={核素185

Re的質(zhì)量/核素12C的質(zhì)量的1/12}×0.37298+(核素187

Re的質(zhì)量/核素12C的質(zhì)量的1/12)×0.62702=(核素185

Re質(zhì)量×0.37298+核素187

Re質(zhì)量×0.62702)/核素12C質(zhì)量的1/12=錸元素的平均原子質(zhì)量/核素12C質(zhì)量的1/12=186.02相對原子質(zhì)量：國際單位制（SI）中規(guī)定，元素的平均原子質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的1/12之比稱為相對原子質(zhì)量，以符號Ar表示。該量是無量綱的相對分子質(zhì)量（以前稱為分子量）某物質(zhì)的一個分子中的所有原子的相對原子質(zhì)量之和，以符號Mr表示。例水（H2O）相對分子質(zhì)量計算方法如下

查元素周期表知：元素H的相對原子質(zhì)量為1.008元素O的相對原子質(zhì)量為16.00

所以，H2O的相對分子質(zhì)量為2個H，1個O的相對原子質(zhì)量之和：

Mr（H2O）＝2×1.008+1×16.00＝18.021.2.2物質(zhì)的量物質(zhì)的量(n)：用于計量指定的微觀基本單元如分子、原子、離子、電子等微觀粒子的一個物理量。當(dāng)某物質(zhì)系統(tǒng)中所含的基本單元的數(shù)目與0.012kg12C的原子數(shù)相等,即為6.022×1023

(阿伏加德羅常數(shù))個時，就稱該物質(zhì)系統(tǒng)的“物質(zhì)的量”為1mol.

1.2.3摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量(M)某物質(zhì)的質(zhì)量(m)除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)M=m/n摩爾體積(Vm)某氣體物質(zhì)的體積(V)除以該氣體物質(zhì)的量(n)Vm=V/n

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（273.15K,101.325kPa），任何理想氣體的摩爾體積為22.4L·mol-11.2.4溶液濃度表示方法1)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(m/m)

物質(zhì)B的質(zhì)量與混合物總的質(zhì)量之比ppm(百萬分之一)，ppb(億萬分之一)

飲水中的砷含量不得超過0.05ppm(=0.05mg/1LH2O)2)物質(zhì)的量濃度(cB)

混合物中某物質(zhì)B的物質(zhì)的量(nB)除以混合物的體積(V)簡稱濃度(以前稱為摩爾濃度)

cB=nB/V3)質(zhì)量摩爾濃度(m)：1000g溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量

m=n溶質(zhì)/1000g溶劑，單位為mol/kg4)摩爾分?jǐn)?shù)(

xB)：物質(zhì)B的物質(zhì)的量與混合物總的物質(zhì)的量之比,它是無量綱

xB=nB/(n1+n2+……)1.2.5氣體的計量理想氣體方程：pV=nRT（壓力不太高，溫度不太低，氣體分子間的距離大，分子本身的體積和分子間的作用力均可忽略時）理想氣體分壓定律：在密閉容器中，若混合氣體的總壓力為p，各組分氣體的分壓力為p(A)、p(B)、……；混合氣體的總物質(zhì)的量為n，各組分氣體的物質(zhì)的量為n(A)、n(B)……,則1.2.6化學(xué)計量化合物分子式：表明分子型物質(zhì)中一個分子所包含的各種元素原子的數(shù)目?；瘜W(xué)式：表明組成化學(xué)物質(zhì)的各元素原子數(shù)目之間最簡單的整數(shù)比關(guān)系，又稱最簡式。例：分子型物質(zhì)氣態(tài)氯化鋁

分子式：Al2Cl6

化學(xué)式：AlCl3水的分子式：H2O化學(xué)式：H2O

非分子型物質(zhì)，無分子式，只能用化學(xué)式(最簡式)表示，如離子型物質(zhì)氯化鈉為NaCl化學(xué)計量化合物(又稱整比化合物)具有確定組成而且各種元素的原子互成簡單整數(shù)比的化合物。例：水中H：O=2：1非化學(xué)計量化合物(又稱非整比化合物)指其組成可在一個較小范圍內(nèi)變動，而又保持基本結(jié)構(gòu)不變的化合物。例：方鐵礦在900℃時組成為FeO1+x(0.09<x<0.19)1.3化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系C(石墨)+O2(g)=CO2(g)化學(xué)反應(yīng)方程式是根據(jù)質(zhì)量守恒定律,用元素符號和化學(xué)式表示化學(xué)變化中的質(zhì)和量關(guān)系的式子.

利用化學(xué)反應(yīng)方程式可進(jìn)行一些計算,見書p8～p9

B--反應(yīng)式中物質(zhì)的化學(xué)式

nB

---反應(yīng)式中物質(zhì)B的化學(xué)計量數(shù)，是無量綱的純數(shù)當(dāng)B是生成物時，其值取正值B為反應(yīng)物時，其值取負(fù)值

如

N2

+3H2=2NH3

n

(NH3)=+2,n(N2)=-1,n(H2)=-30=

反應(yīng)通式

通常將其化學(xué)反應(yīng)計量方程式寫為：

N2

+3H2=2NH3

上式也可以改寫為：

0=2NH3-N2

-3H2化學(xué)反應(yīng)計量方程式可表示為如下通式：反應(yīng)進(jìn)度（了解）：用來描述任一時刻反應(yīng)進(jìn)展程度的量稱為反應(yīng)進(jìn)度，可用符號(讀音克賽)表示對于反應(yīng)

0=

d=dnB/n

B

式中：nB為B的物質(zhì)的量，n

B為物質(zhì)B的化學(xué)計量數(shù)dnB=n

B

d積分：從0=0到

nB()-nB(0)=n

B(-0)則ΔnB=n

B

=ΔnB/n

B

可見，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)進(jìn)度

與物質(zhì)B的物質(zhì)的量的改變量（ΔnB

）及各自的化學(xué)計量數(shù)(n

B

)有關(guān)

例題合成氨反應(yīng)：

N2

+3H2=2NH3

n(N2)=-1

n

(H2)=-3

n(NH3)=+2

當(dāng)0=0時若系統(tǒng)中有1molN2與3molH2反應(yīng)生成2molNH3時

則其反應(yīng)進(jìn)度為：(=ΔnB/n

B

)

對N2

=Δn(N2)/n(N2)=-1mol/-1=1mol

對H2

=Δn(H2)/n(H2)=-3mol/-3=1mol

對NH3

=Δn(NH3)/n(NH3)=2mol/2=1mol從上看出:

1對同一反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)度值與選用何種物質(zhì)B無關(guān)

2對同一反應(yīng),若方程式書寫不同，則反應(yīng)進(jìn)度不同當(dāng)

=1mol，就說進(jìn)行了1mol化學(xué)反應(yīng)或稱摩爾反應(yīng)

1.4化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系在化學(xué)反應(yīng)的過程中一般伴隨有能量(熱、電、光能等)的變化煤燃燒時要放熱

碳酸鈣分解時要吸熱

原電池反應(yīng)可產(chǎn)生電能

電解食鹽水時要消耗電能

鎂條燃燒時會放出刺眼的光

葉綠素在光的作用下可使CO2和H2O轉(zhuǎn)化為糖類大飛機大功率運載火箭液氫氧發(fā)動機大功率→高能燃料（熱能轉(zhuǎn)化為動能）

→反應(yīng)放出熱量（越多越好）→如何獲得反應(yīng)熱（測量或計算）問H2+1/2O2→H2O能放出多少熱？1.4.1基本概念和術(shù)語系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)是指被研究的對象環(huán)境是指系統(tǒng)以外的周圍物質(zhì)研究結(jié)晶硫酸銅的溶解過程時，可將結(jié)晶硫酸銅和水溶液作為系統(tǒng)，環(huán)境就是三角瓶及瓶外的周圍物質(zhì)系統(tǒng)與環(huán)境之間關(guān)系系統(tǒng)與環(huán)境間既有物質(zhì)交換，也有能量交換

→敞開系統(tǒng)

系統(tǒng)與環(huán)境間僅有能量交換，沒有物質(zhì)交換→封閉系統(tǒng)

系統(tǒng)與環(huán)境間既無物質(zhì)交換，也無能量交換→孤立系統(tǒng)（又稱封閉且絕熱系統(tǒng)）根據(jù)系統(tǒng)和環(huán)境之間進(jìn)行的物質(zhì)和能量交換的不同，可把系統(tǒng)分為敞開系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)三類

注意

系統(tǒng)與環(huán)境的劃分是人為的可選取硫酸銅晶體作研究對象(系統(tǒng))，則水、三角瓶及瓶外物質(zhì)均為環(huán)境；也可選取盛有硫酸銅溶液的整個三角瓶內(nèi)的物質(zhì)為研究對象(系統(tǒng))，則只有三角瓶及瓶外物質(zhì)才是環(huán)境。反應(yīng)熱效應(yīng)

定義：化學(xué)反應(yīng)時系統(tǒng)所放出或吸收的熱量----反應(yīng)熱效應(yīng)，簡稱熱效應(yīng)或反應(yīng)熱。以符號q表示，單位為焦耳(J)

熱效應(yīng)數(shù)值與具體途徑有關(guān)特殊的兩種：定容(或等容)熱效應(yīng)定壓(或等壓)熱效應(yīng)定容熱效應(yīng)--等溫、等容過程發(fā)生的熱效應(yīng)以符號qV表示定壓熱效應(yīng)--等溫、等壓過程發(fā)生的熱效應(yīng)以符號qP表示

熱效應(yīng)的測量

可用彈式量熱計測量定容熱效應(yīng)

問題

C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)不能直接用實驗測量的反應(yīng)--為什么？如何去知道反應(yīng)的熱效應(yīng)呢？1.4.2反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計算在100kPa和298.15K下，1molC(石墨)與O2(g)完全燃燒生成CO2(g)有如下兩條途徑：兩條途徑之間熱效應(yīng)的關(guān)系？1840年由瑞士籍俄國化學(xué)家蓋斯在分析定壓下反應(yīng)熱效應(yīng)的大量實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上總結(jié)出的一條重要定律：蓋斯定律

蓋斯定律在定壓或定容條件下，總反應(yīng)的熱效應(yīng)只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)(包括溫度、反應(yīng)物和生成物的量及聚集狀態(tài)等)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān)。這兩條途徑的熱效應(yīng)應(yīng)該相等qp1(298.15K)

=qp2(298.15K)+qp3(298.15K)

qp2(298.15K)=qp1(298.15K)-qp3(298.15K)

=-110.5kJ·mol-1

C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)

qp(298.15K)=-110.5kJ·mol-1每摩爾石墨不完全燃燒時，放出的能量為110.5kJ完全燃燒時--qp

=-393.5kJ

能量----1/4多環(huán)境-----CO有毒

---------石墨應(yīng)該完全燃燒這是一個熱化學(xué)方程式--化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)的關(guān)系熱效應(yīng)與溫度、壓力等狀態(tài)有關(guān)----要把狀態(tài)寫上上式表明：在實驗溫度298.15K和定壓100kPa條件下，石墨不完全燃燒時每摩爾[C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)

]放出110.5kJ的熱問題1如果反應(yīng)C(石墨)+1/2O2(g)=CO(g)的系數(shù)均乘以2，則qp是否也改變？qp的意義：是按此反應(yīng)物的量的比例反應(yīng)時，放出的熱量。也即每mol的含義。2蓋斯定律有什么用？3反應(yīng)C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)的熱效應(yīng)的得到運用了什么科學(xué)方法？

能量守恒定律狀態(tài)---要描述CO2氣體的狀態(tài)，通常可用壓力P、體積V、物質(zhì)的量n和溫度T來描述。當(dāng)這些物理量(即性質(zhì))都確定后，CO2氣體的狀態(tài)也就被確定了，也即系統(tǒng)就處于一定的狀態(tài)

狀態(tài)函數(shù)---

當(dāng)這些量中的某個性質(zhì)如壓力P發(fā)生變化時，CO2氣體的狀態(tài)也就隨之發(fā)生改變。由此可見，對氣體來說，氣體的壓力P、體積V、物質(zhì)的量n和溫度T等都是狀態(tài)函數(shù)。這些用以確定系統(tǒng)狀態(tài)的性質(zhì)的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)

狀態(tài)函數(shù)的特性

狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)就具有確定的值狀態(tài)發(fā)生改變時，狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值改變量僅與狀態(tài)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)

例子非狀態(tài)函數(shù)定義：數(shù)值大小與途徑有關(guān)問題：熱q和功W是不是狀態(tài)函數(shù)？例：燒杯中盛有1000g的水，在101325Pa壓力下使溫度由293K上升到294K。途徑一:加熱途徑二:攪拌熱力學(xué)能(以前稱為內(nèi)能)定義：是系統(tǒng)內(nèi)部各種能量的總和，包括系統(tǒng)中分子、原子或離子等微觀粒子的動能、勢能以及核能等等，用符號U表示。性質(zhì)：熱力學(xué)能的絕對數(shù)量是無法測量的（即不可知的）,我們只關(guān)心熱力學(xué)能的變化量,只能得到相對值，用符號ΔU熱力學(xué)能是系統(tǒng)的一種性質(zhì)，所以它只取決于狀態(tài)，即熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)，具有狀態(tài)函數(shù)的特性

問題

為什么U是狀態(tài)函數(shù)？反證法：假設(shè)U不是狀態(tài)函數(shù)途徑1ΔU1途徑2ΔU2如果U與途徑有關(guān)，ΔU1≠ΔU2設(shè)ΔU1>ΔU2設(shè)計循環(huán)A?1?B?2?A，則每循環(huán)一次，就有多余能量產(chǎn)生，ΔU1-ΔU2>0往復(fù)循環(huán)就憑空不斷創(chuàng)造了新能量，這是違背能量守恒定律的能量守恒定律

定義：在任何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，從一個物體傳遞給另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和傳遞過程中能量的總數(shù)量是保持不變的。能量守恒定律，也稱為熱力學(xué)第一定律。實例在火箭推進(jìn)器中燃料燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化為火箭運動的動能水力發(fā)電站中將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式

ΔU=q+W注意熱力學(xué)中規(guī)定系統(tǒng)從環(huán)境吸熱，q取正；系統(tǒng)向環(huán)境放熱，q取負(fù)環(huán)境向系統(tǒng)作功，W取正；系統(tǒng)向環(huán)境作功，W取負(fù)？系統(tǒng)在狀態(tài)1時的內(nèi)能為U1，如果該系統(tǒng)吸收熱量500J后又對環(huán)境作功200J，變到內(nèi)能為U2的狀態(tài)2

，則該系統(tǒng)的內(nèi)能變化為

ΔU=q+W=500J-200J=300J討論熱力學(xué)第一定律（1）定容只作體積功的反應(yīng)或過程

ΔV=0ΔU=q+WΔU=qV+（-PΔV）∵ΔV=0∴ΔU=qV在只作體積功的反應(yīng)中系統(tǒng)內(nèi)能的變化在數(shù)值上等于定容熱效應(yīng)qV說明：功分為體積功和非體積功體積功--氣體膨脹或壓縮非體積功--有用功，如

機械功W=Fdx電功W=EQ一般化學(xué)反應(yīng)只作體積功問題為何W=-PΔV？設(shè)用一熱源加熱氣缸里的氣體，由V1

膨脹到V2

，活塞移動距離

l，系統(tǒng)反抗恒定的外力F而作了體積功W。（2）定壓只作體積功ΔP=0

ΔU=q+W

U2-U1

=qP-PΔV=qP

-P(V2-V1)

(U2

+PV2)-(U1+PV1)=qP

若令

H≡U+PV

（H為焓）

則

H2

-H1=qP

ΔH=qP

在只作體積功的反應(yīng)或過程中，反應(yīng)的焓變在數(shù)值上等于定壓熱效應(yīng)qP焓（H≡U+PV）的性質(zhì)焓H和內(nèi)能U一樣，其絕對值是無法測量的。對于一個反應(yīng)或過程來說ΔH＜0，為系統(tǒng)放熱ΔH＞0，為系統(tǒng)吸熱正逆反應(yīng)或過程的熱效應(yīng)數(shù)值相等，符號相反，即ΔH正＝-ΔH逆

因為U、P、V都是狀態(tài)函數(shù)，所以焓H也是狀態(tài)函數(shù)。其變化ΔH只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān)。焓沒有確切的物理意義，它的定義是由式子

H≡U+PV所規(guī)定的

不能把它誤解為是“體系中所含的熱量”

我們定義新函數(shù)Ｈ，完全是因為它在實用中很重要。有了它，在處理熱化學(xué)問題時就方便多了．雖然體系的焓的絕對值目前還無法知道，但在一定條件下我們可以從體系和環(huán)境之間的熱量的傳遞來衡量體系的焓的變化值．在只作體積功的條件下，體系在等壓過程中所吸收的熱量全部用于使焓增加．由于一般的化學(xué)反應(yīng)大都在等壓下進(jìn)行，所以焓更有實用價值。（3）qV

與qP

的關(guān)系

H=U+PVΔH=Δ

U+Δ（PV）對于有氣體參與的反應(yīng)，且氣體為理想氣體，則在定溫定壓下：

Δ（PV）=PΔV=Δng

RT=

Δνg

RT

=1molΔ（PV）=

Δνg

RT（Δνg為反應(yīng)式中各氣體物質(zhì)化學(xué)計量數(shù)總和）qp=qv+Δνg

RT？反應(yīng)aA(g)+bB(g)=gG(g)+dD(g)在什么情況下

qV

=qP

例題在373.15K和101.325kPa下，若1molH2O(l)汽化變成1molH2O(g)的過程中ΔH=40.63kJ·mol-1，試問該汽化過程的ΔU

為多少？解：汽化過程

H2O(l)=H2O(g)

定溫、定壓、只作體積功下

ΔU

=ΔH-ΔνgRT

=[40.63-(1-0)×8.314×373.15×10-3]kJ·mol-1

=37.53kJ·mol-1答：此汽化過程的ΔU

為37.53kJ·mol-1

說明：在通常情況下，體積功的絕對值（ΔνgRT）小于5

kJ·mol-1，比起ΔH

或ΔU來說較小所以，ΔH≈ΔU或

qP≈

qV思考題問H2+1/2O2→H2O能放出多少熱？1）無法回答！沒有始態(tài)(反應(yīng)物)和終態(tài)(生成物)的T、V、和P等2)若始、終態(tài)T均是298.15K(等溫)，能回答嗎？3）若再給定始、終態(tài)的V不變（等溫等容）則反應(yīng)熱能進(jìn)行測量或理論計算

qV=ΔU=-240.580kJ·mol-14）如果給定條件是等溫等壓反應(yīng)后一方面恢復(fù)到反應(yīng)前的T（等溫），另一方面需要維持原先的P，即需減少系統(tǒng)內(nèi)的V，需要作體積功

等溫等壓qP=-241.818kJ·mol-1qV與qP的差值就是體積功qP=qV

+Δνg

RT1.4.3標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變

標(biāo)準(zhǔn)條件

化學(xué)熱力學(xué)中規(guī)定：對氣體，氣體壓力為標(biāo)準(zhǔn)壓力P?

(對氣體混合物，是指各氣態(tài)物質(zhì)的分壓均為標(biāo)準(zhǔn)壓力P?

)時；對溶液，溶質(zhì)的濃度為標(biāo)準(zhǔn)濃度c?

時，稱為標(biāo)準(zhǔn)條件。說明：上標(biāo)“?

”表示“標(biāo)準(zhǔn)”,“?

”應(yīng)寫為“”標(biāo)準(zhǔn)壓力P?和標(biāo)準(zhǔn)濃度c?

按國標(biāo)GB3102-93,標(biāo)準(zhǔn)壓力P?

選擇為100kPa。但以前定的是P?

為101.325kPa,因此有些書上標(biāo)準(zhǔn)壓力P?

仍取101.325kPa

標(biāo)準(zhǔn)濃度：c?

=1mol·dm-3(嚴(yán)格講是1mol·kg-1)求下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變

SO2(g)+NO2(g)=SO3(g)+NO(g)

設(shè)想如下圖所示的循環(huán)

任何反應(yīng)物和生成物都涉及到化合物的化學(xué)反應(yīng)所以,可以設(shè)想成反應(yīng)物中所有化合物首先分解成單質(zhì),后者再化合成生成物中的化合物.

這樣,千變?nèi)f化的化學(xué)反應(yīng)便可歸咎于同一類總數(shù)十分有限的反應(yīng)---單質(zhì)化合成化合物的反應(yīng)(及其逆反應(yīng))的組合無限反應(yīng)--------有限反應(yīng)(關(guān)鍵)如CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)Ca(s)+C(s)+1.5O2(g)假定所有反應(yīng)均在標(biāo)準(zhǔn)條件和298.15K下進(jìn)行H

是狀態(tài)函數(shù)----其數(shù)值大小僅與始、終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。

則

ΔH

?

=ΔH1?

+ΔH2?

+ΔH3?

+ΔH4?

ΔH1?

、ΔH2?

、ΔH3?

、ΔH4?

，具有共同點，都與穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)有聯(lián)系假如我們能給ΔH1?

、ΔH2?

、ΔH3?

、ΔH4?一個定義，那么，ΔH

?也能求出來。標(biāo)準(zhǔn)生成焓的定義：在標(biāo)準(zhǔn)條件下，由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)時反應(yīng)的焓變稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。通常選定溫度為298.15K，以符號ΔfHm?

(298.15K)表示。下標(biāo)“f”代表“生成”，上標(biāo)“?

”代表“標(biāo)準(zhǔn)”。習(xí)慣簡寫為標(biāo)準(zhǔn)生成焓，符號為ΔfH

?

(298.15K)

=SO3的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，可寫為ΔfH

?

(SO3,g,298.15K)

同樣

ΔH4

?

=ΔfH

?

(NO,g,298.15K)

ΔH1

?

=-ΔfH

?

(SO2,g,298.15K)

ΔH2

?

=-ΔfH

?

(NO2,g,298.15K)ΔH

?

(298.15K)=ΔfH

?

(SO3,g,298.15K)+ΔfH

?

(NO,g,298.15K)-ΔfH

?

(SO2,g,298.15K)-ΔfH

?

(NO2,g,298.15K)

ΔH3?根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的定義：歸納總結(jié)對任一反應(yīng)aA+bB=gG+dD在298.15K時反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變?yōu)棣

?

(298.15K)={gΔfH

?

(G,298.15K)+dΔfH

?

(D,298.15K)}

-{aΔfH

?

(A,298.15K)+bΔfH

?

(B,298.15K)}

={ΔfH

?

(298.15K)}生成物-{ΔfH

?

(298.15K)}反應(yīng)物

可將上式縮寫成標(biāo)準(zhǔn)生成焓的科學(xué)價值從上面推導(dǎo)可知，利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓的數(shù)據(jù)和蓋斯定律，可計算出許多化學(xué)反應(yīng)的焓變→用少量的實驗數(shù)據(jù)，便可以獲得大量化學(xué)反應(yīng)的焓變值常見的見附錄反應(yīng)SO2(g)+NO2(g)=SO3(g)+NO(g)標(biāo)準(zhǔn)焓變ΔH?

(298.15K)={[(-395.72)+90.25]-[(-296.83)+33.18]}kJ·mol-1

=-41.82kJ·mol-1反應(yīng)是放熱的分析：若將反應(yīng)各系數(shù)擴大一倍則ΔH?

(298.15K)=-2×41.82kJ·mol-1

kJ·mol-1的含義是指按系數(shù)的量進(jìn)行一遍，是廣義上的所以ΔH?的數(shù)值與反應(yīng)方程式的書寫有關(guān)乙酸(l)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓如何得到？乙酸(l)的生成反應(yīng)

2

C(石墨)+2H2(g))+O2(g)=

CH3COOH(l)(1)

是一個不可能實現(xiàn)的反應(yīng)分析：利用蓋斯定律，設(shè)計一個循環(huán)得到所需反應(yīng)方程如下幾個反應(yīng)的焓變可通過實際測量獲得CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)

)+2H2O(l)(2)C(石墨)+O2(g)=

CO2(g)(3)H2(g))+1/2O2(g)=

H2O(l)(4)(1)={(3)+(4)}×2-(2)

ΔfH?

[CH3COOH(l)]

={ΔfH

?

[CO2(g)]+ΔfH?[H2O(l)]}×2–ΔH2

?思考題如果系統(tǒng)溫度不是298.15K，則反應(yīng)的ΔH?值會有些變化，但一般變化不大。在近似計算時可以認(rèn)為

ΔH?(T)≈ΔH?

(298.15K)例如：反應(yīng)

CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)

ΔH?

(298.15K)=-283.0kJ·mol-1

ΔH?

(398.15K)=-283.7kJ·mol-1

ΔH?

(398.15K)≈ΔH?

(298.15K)。近似條件反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)在T~298.15K之間不發(fā)生改變討論標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的定義標(biāo)準(zhǔn)條件指定單質(zhì)：指的是在熱力學(xué)上穩(wěn)定的單質(zhì)例：石墨在熱力學(xué)上比金剛石穩(wěn)定，所以C的指定單質(zhì)是石墨而不是金剛石。例外的是P，P的指定單質(zhì)是白磷而非紅磷，但P在熱力學(xué)上穩(wěn)定的單質(zhì)是紅磷而非白磷。所以定義中不用“穩(wěn)定單質(zhì)”。單位物質(zhì)的量：指生成物的計量系數(shù)為1。純物質(zhì)：指生成物只有一種。生成焓的負(fù)值越大----表明該物質(zhì)鍵能越大,對熱越穩(wěn)定思考題任何指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為多少？石墨和金剛石，哪一個的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零？

標(biāo)準(zhǔn)條件下，哪個反應(yīng)的焓變?yōu)镠Br(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓？

A.

H2(g)

+

Br2(g)=

2HBr(g)