哈爾濱工程大學(xué) 普通化學(xué)第一章

材料科學(xué)與化學(xué)(huàxué)工程學(xué)院主講：殷金玲普通(pǔtōng)化學(xué)精品資料NO,CO?精品資料教學(xué)內(nèi)第一章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度(xiàndù)和速率第三章酸堿平衡、沉淀平衡及配位平衡第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第五章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第六章元素及其化合物第七章高分子化學(xué)簡介精品資料主要(zhǔyào)參考教材浙江大學(xué)普通化學(xué)教學(xué)組編，普通化學(xué)．高等教育出版社，2005.傅獻彩編，大學(xué)化學(xué)．高等教育出版社，2003.曲保中等編，新大學(xué)化學(xué)．高等教育出版社，2005.張密林主編，大學(xué)化學(xué)．哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005.華彤文等編，普通化學(xué)原理(yuánlǐ)．北京大學(xué)出版社，2005.段連運等譯，化學(xué)與社會，化學(xué)工業(yè)出版社．2000精品資料課時(kèshí)：40學(xué)時理論課32學(xué)時，實驗課8學(xué)時成績：期末考試占80％實驗成績占20％精品資料第一章化學(xué)(huàxué)熱力學(xué)基礎(chǔ)精品資料熱力學(xué):專門研究(yánjiū)能量相互轉(zhuǎn)變過程中所遵循的規(guī)律的一門科學(xué)?；瘜W(xué)熱力學(xué):用熱力學(xué)的理論和方法研究化學(xué)反應(yīng)方向(fāngxiàng)問題、化學(xué)反應(yīng)過程的能量變化問題以及化學(xué)反應(yīng)進行的程度問題。精品資料1.2化學(xué)反應(yīng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論計算1.1熱力學(xué)基本概念1.1.1體系和環(huán)境1.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

1.1.3過程和途徑

1.1.4熱力學(xué)能1.1.5熱和功

精品資料體系(tǐxì)之外并與體系(tǐxì)有密切聯(lián)系的那部分物質(zhì)或空間稱為環(huán)境。被劃分出來作為研究對象的那部分(bùfen)物質(zhì)或空間稱為體系(系統(tǒng)）。1.1.1體系和環(huán)境1.1熱力學(xué)基本概念精品資料敞開體系：體系與環(huán)境(huánjìng)之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換。體系分類：敞開體系封閉體系孤立體系依據(jù)：根據(jù)體系與環(huán)境之間有無(yǒuwú)物質(zhì)和能量交換。精品資料封閉體系:體系與環(huán)境之間只有能量交換，而沒有(méiyǒu)物質(zhì)交換。精品資料孤立體系：體系與環(huán)境(huánjìng)之間既沒有物質(zhì)交換也沒有能量交換。精品資料體系分類體系與環(huán)境交換物質(zhì)能量敞開體系√√封閉體系—√孤立體系——精品資料用來描述體系(tǐxì)狀態(tài)的物理量（p、T、V、H、U、S、G…）叫做狀態(tài)函數(shù)。由一系列表征體系性質(zhì)的物理量所確定下來(xiàlái)的體系的存在形式稱為體系的狀態(tài)。1.1.2狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)精品資料狀態(tài)(zhuàngtài)函數(shù)的特征體系狀態(tài)一定(yīdìng)，狀態(tài)函數(shù)值一定(yīdìng)精品資料p1=100kPaT1=373KV1=2L始態(tài)方式1，加壓終態(tài)p2=200kPaT2=373KV2=1L減壓降溫方式2加壓升溫p3=300kPaT3=473KV3=0.845L方式(fāngshì)1：Δp=p2-p1=100kPaΔV=V2-V1=-1LΔT=T2-T1=0K方式(fāngshì)2：Δp=(p3-p1)+(p2-p3)=100kPaΔV=(V3-V1)+(V2-V3)=-1LΔT=(T3-T1)+(T2-T3)=0K精品資料狀態(tài)(zhuàngtài)函數(shù)的特征體系(tǐxì)狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)值一定體系狀態(tài)變化時，狀態(tài)函數(shù)值的變化只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化途徑無關(guān)循環(huán)過程狀態(tài)函數(shù)的變化值為零精品資料動畫來源：紹興(shàoxīnɡ)文理學(xué)院無機及分析化學(xué)精品資料體系的狀態(tài)由于外界條件(tiáojiàn)的改變會發(fā)生變化，這種狀態(tài)變化稱為過程。變化過程可以采取多種不同的具體形式，我們把實現(xiàn)過程的每一種具體的形式稱為(chēnɡwéi)途徑。1.1.3過程和途徑精品資料根據(jù)過程發(fā)生時的條件不同，可分為(fēnwéi)以下幾類：恒溫過程：T1=T2=T外

恒壓過程：p1=p2=p外恒容過程：V1=V2絕熱過程：Q=0精品資料熱力學(xué)能(內(nèi)能):是體系內(nèi)各種(ɡèzhǒnɡ)形式的能量的總和，用符號U表示。單位:J或kJ熱力學(xué)能特點(tèdiǎn):狀態(tài)函數(shù);其絕對值不可測量;具有加和性1.1.4熱力學(xué)能精品資料定義:體系(tǐxì)與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱為熱，以符號Q表示。單位:J或kJ規(guī)定：若體系(tǐxì)吸熱，Q0

若體系(tǐxì)放熱，Q01.1.5熱和功1.熱精品資料規(guī)定(guīdìng)：若環(huán)境向體系做功，W0若體系向環(huán)境做功，W0定義:除熱之外，在體系和環(huán)境之間被傳遞的其它能量(néngliàng)，稱為功，以符號W表示。單位:J或kJ功和熱都與途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)2.功精品資料功的分類(fēnlèi)體積功外的所有其他形式(xíngshì)的功稱為非體積功。如電功、表面功等。由于體系體積變化而與環(huán)境交換的能量，稱為體積功。

體積功

非體積功

體系做功：W=－p外·ΔV精品資料5組基本概念1.體系(tǐxì)和環(huán)境2.狀態(tài)(zhuàngtài)和狀態(tài)(zhuàngtài)函數(shù)3.過程和途徑4.熱力學(xué)能U5.熱和功敞開、封閉、孤立狀態(tài)函數(shù)特征恒溫、恒壓、恒容、絕熱狀態(tài)函數(shù)、具有加和性、絕對值不可測過程函數(shù)，正負號規(guī)定，體積功精品資料1.2化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.3化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)熱效應(yīng)的理論計算1.1熱力學(xué)基本概念1.2.1熱力學(xué)第一定律1.2.2熱化學(xué)方程式與蓋斯定律

1.2.3化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)

精品資料1.2化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.2.1熱力學(xué)第一(dìyī)定律

熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式：

ΔU=Q+W精品資料自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化的過程中，能量的總值不變。熱力學(xué)第一定律(dìnglǜ)內(nèi)容（能量守恒和轉(zhuǎn)化定律(dìnglǜ)）：

精品資料體系環(huán)境(huánjìng)U

>0U

<0熱力學(xué)第一定律(dìnglǜ)的數(shù)學(xué)表達式：

ΔU=Q+WQ>0體系吸熱Q<0體系放熱W>0對體系做功W<0對環(huán)境做功精品資料例1.1起始狀態(tài)(zhuàngtài)為U1的體系，假設(shè)體系放出200J的熱量，環(huán)境對體系做了350J的功，計算體系的能量變化和終態(tài)U2。解:由題意可知：Q=－200J；W=+350JΔU=Q+W＝－200J+350J=150J因為(yīnwèi)U2－U1=ΔU所以U2=U1+ΔU=U1+150J精品資料定義：當(dāng)生成物與反應(yīng)物的溫度相同(xiānɡtónɡ)時，體系不做非體積功，化學(xué)反應(yīng)過程中體系所放出或吸收的熱量稱為該反應(yīng)的反應(yīng)熱效應(yīng)，簡稱熱效應(yīng)或反應(yīng)熱。分類(fēnlèi)：恒容熱效應(yīng)恒壓熱效應(yīng)1.2.2化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)精品資料恒容熱效應(yīng)QV在恒容過程中完成的化學(xué)反應(yīng)稱為(chēnɡwéi)恒容反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱為(chēnɡwéi)恒容熱效應(yīng)。體系ΔU=QvΔU=Q+WW=0精品資料點火線恒容反應(yīng)(fǎnyìng)熱效應(yīng)的測量彈式熱量計反應(yīng)熱Qv？精品資料恒壓熱效應(yīng)

Qp在恒壓過程中完成的化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)稱為恒壓反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱為恒壓熱效應(yīng)。體系精品資料恒壓熱效應(yīng)的計算(jìsuàn)ΔU=Qp–p外ΔV

W=－pΔV

U2-U1=Qp-（p2V2-p1V1）Qp=(U

2＋p2V2)–(U1+p1V1)如果體系(tǐxì)是在等壓，只做體積功下變化,即p1=p2=p外

U2-U1=Qp

–p外(V2-V1)

精品資料H:是一個新的熱力學(xué)函數(shù)(hánshù)，稱為焓；單位：J或kJ焓變：ΔH=Qp

令：

H=U+pV

焓的特點:焓是狀態(tài)函數(shù);絕對值無法測量(cèliáng);具有加和性精品資料問題？不能直接用實驗(shíyàn)測量的反應(yīng)，如何知道反應(yīng)的熱效應(yīng)呢？反應(yīng)：C(石墨)+1/2O2(g)=

CO(g)的反應(yīng)熱能不能直接用實驗(shíyàn)測量？精品資料一、選擇題（1）下列對于功和熱的描述中，正確的是（）A.都是過程函數(shù)，對應(yīng)于某一狀態(tài)有一確定值。B.都是過程函數(shù)，無確定的變化途徑就無確定的數(shù)值。C.都是狀態(tài)函數(shù)，變化量與途徑無關(guān)。D.都是狀態(tài)函數(shù)，始終態(tài)確定，其值也確定（2）敞開系統(tǒng)是指系統(tǒng)與環(huán)境之間（）A.既有物質(zhì)(wùzhì)交換，又有能量交換B.只有物質(zhì)(wùzhì)交換C.既沒有物質(zhì)(wùzhì)交換，也沒有物質(zhì)(wùzhì)交換D.只有能量交換課堂練習(xí)題：精品資料二、判斷題

（1）狀態(tài)函數(shù)的變化值只取決于體系的始終，而與變化的途徑(tújìng)無關(guān)。（）

（2）因為QP=ΔH，而ΔH與變化途徑(tújìng)無關(guān)，是狀態(tài)函數(shù)，所以QP也是狀態(tài)函數(shù)。（）課堂練習(xí)題：精品資料某溫度下一定量的理想氣體向環(huán)境吸收熱量100kJ，使得體系從p1=1.6×106Pa，V1=1dm3，在恒外壓p外=1.0×105Pa下恒溫膨脹(péngzhàng)至p2=1.0×105Pa，V2=16dm3，求過程中體系的熱力學(xué)能的變化值。課堂練習(xí)題：三、計算題精品資料1.熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)態(tài)氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力（p?=100kPa）下具有理想氣體性質(zhì)的氣體的狀態(tài)液體、固體標(biāo)準(zhǔn)壓力下最穩(wěn)定的純液體、純固體溶液中的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力下質(zhì)量摩爾濃度1mol·kg1的狀態(tài)1.2.3熱化學(xué)方程式與蓋斯定律(dìnglǜ)精品資料2.反應(yīng)進度對于化學(xué)反應(yīng)：dD+eE=gG+hH一般化學(xué)反應(yīng)式則有：dξ=B-1dnB對于有限的變化,有=nB/B當(dāng)反應(yīng)進度=1mol時，即按計量(jìliàng)方程式進行了一次完整的反應(yīng)時，稱為1mol的化學(xué)反應(yīng)或簡稱摩爾反應(yīng)。精品資料例如(lìrú):(1)O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)(2)1/2O2(g)+H2(g)═H2O(g)

=1mol時，(1)表示(biǎoshì)生成了2mol的H2O(2)表示(biǎoshì)生成了1mol的H2O精品資料化學(xué)(huàxué)計量方程與熱效應(yīng)都寫出的方程稱熱化學(xué)(huàxué)方程式。3.熱化學(xué)方程式2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時的焓變稱為該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變，用表示。變化值reaction反應(yīng)溫度ΔrHm(T)y標(biāo)準(zhǔn)態(tài)mole標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變精品資料應(yīng)注明反應(yīng)的溫度和壓力。如果是298.15K和100kPa，可省略。必須標(biāo)出物質(zhì)的聚集狀態(tài)。通常以g、l和s分別(fēnbié)表示氣、液和固態(tài)。書寫(shūxiě)熱化學(xué)方程式時注意下列幾點：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)=－483.6kJ.mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1精品資料必須注明固體(gùtǐ)物質(zhì)的晶型。碳有石墨、金剛石、無定形等晶型。同一反應(yīng)，反應(yīng)式系數(shù)不同，熱效應(yīng)值也不同。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=－571.6kJ.mol-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)=－285.8kJ.mol-1精品資料例1.2已知T=298.15K，p=100kPa時，反應(yīng)的

=－91.8kJ·mol1，計算在同樣條件下，下列反應(yīng)的。精品資料

解：精品資料4.蓋斯定律(dìnglǜ)蓋斯定律(dìnglǜ)的內(nèi)容：“不管化學(xué)過程是一步完成或分為數(shù)步完成，這個過程的熱效應(yīng)是相同的。”蓋斯定律的用途：利用實驗易測量的反應(yīng)熱效應(yīng)，來計算難以用實驗方法測得的反應(yīng)熱效應(yīng)。精品資料

(1)C(石墨)＋O2(g)=CO2

(2)C(金剛石)＋O2(g)=CO2

=－395.4kJ·mol-1(3)C(石墨)=C(金剛石)精品資料ΔrH＝ΔrH

+ΔrH

ΔrH

＝ΔrH

－ΔrH

=

393.51kJ·mol-1(

395.41kJ·mol1)

=1.90kJ·mol-1ΔrH精品資料例1.3在煤氣生產(chǎn)過程中，下列反應(yīng)C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)是很重要的。工廠設(shè)計或工藝改革時需要該反應(yīng)的熱效應(yīng)數(shù)值，由于單質(zhì)(dānzhì)碳與氧不能直接生成純粹的一氧化碳，總會有一些二氧化碳生成，因此實驗很難準(zhǔn)確測定該反應(yīng)的熱效應(yīng)數(shù)值。請根據(jù)所掌握的知識如何間接求得該反應(yīng)的熱效應(yīng)？精品資料已知反應(yīng)：C(石墨)＋O2(g)=CO2(g)

ΔrH

=－393.5kJ·mol-1

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

ΔrH

=－283kJ·mol-1

精品資料ΔrH,1＝ΔrH,2+ΔrH,3始態(tài)C(石墨(shímò))+O2(g)

終態(tài)CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)(1)(2)(3)ΔrH,2＝ΔrH,1-ΔrH,3精品資料例1.4已知25℃時，求反應(yīng)（3）Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)

在25℃時的反應(yīng)熱。（2）

3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)（1）2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)解：

=2×(–221.0)kJ·mol1–(–1118.4kJ.mol1)=676.4kJ·mol1（3）＝（1）×2－（2）精品資料已知：(1)4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l),

H1523kJmol-1

(2)H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(l),

H

287kJmol-1

試求反應(yīng)(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的H

。課堂練習(xí)題：精品資料1.2化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)的能量守恒與反應(yīng)熱效應(yīng)1.3化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)熱效應(yīng)的理論計算1.1熱力學(xué)基本概念1.3.1物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓1.3.2化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計算

精品資料變化值formationmoleΔfHm

(B，p，T

)y反應(yīng)溫度phase標(biāo)準(zhǔn)態(tài)1.3.1物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)摩爾生成焓在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時，由元素穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成1mol某純物質(zhì)B的焓變（即恒壓反應(yīng)熱），稱為該物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。符號為1.3化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的理論(lǐlùn)計算任何一種穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零。精品資料針對(zhēnduì)對象標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓一個(yīɡè)反應(yīng)一種物質(zhì)Bm的意義摩爾反應(yīng)1mol的物質(zhì)B標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變精品資料

C(石墨)＋O2(g)=CO2

C(金剛石)＋O2(g)=CO2

=－395.4kJ·mol-1精品資料精品資料例如(lìrú)：在298.15K時精品資料使用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成(shēnɡchénɡ)焓時注意：這是一個相對值，相對于穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾(móěr)生成焓等于零。注明摩爾生成焓的溫度，不寫就是指298.15K，該溫度下的數(shù)值可查熱力學(xué)數(shù)據(jù)表。注明B物質(zhì)的相態(tài)，同一物質(zhì)而不同相態(tài)，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的值不等。精品資料穩(wěn)定單質(zhì)(1)(2)(3)反應(yīng)物dD+eE生成物gG+hH用標(biāo)準(zhǔn)摩爾(móěr)生成焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾(móěr)反應(yīng)焓：1.3.2化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)焓變的計算精品資料ni和nj分別為化學(xué)(huàxué)方程式中生成物和反應(yīng)物的系數(shù)?D?DD=jjiiHnHnH）－）反應(yīng)物生成物((mfmfmryyyCaculation?Hofreaction?精品資料計算下列(xiàliè)反應(yīng)在298.15K時的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。

解：＝2×(285.8kJ·mol-1)+(393.5kJ·mol-1)(

74.6kJ·mol-1)=－890.5kJ·mol-1例1.574.60393.5285.874.60393.5285.874.60393.5285.8精品資料={(－1675.7kJ.mol-1)＋0kJ.mol-1}－{0kJ.mol-1+(－824.2kJ.mol-1)}=－851.5kJ.mol-1解根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生成焓的數(shù)據(jù)，計算鋁粉和三氧化二鐵反應(yīng)的焓變