第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量和能量關(guān)系

第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量和能量關(guān)系第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月用于計量指定的微觀基本單元，如分子、原子、離子、電子等微觀粒子或其特定組合的一個物理量（符號為n），其單位名稱為摩爾（mol）。m—某物質(zhì)的質(zhì)量n—該物質(zhì)的物質(zhì)的量相對分子質(zhì)量（Mr）：物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與12C原子質(zhì)量的1/12之比，以前被稱為分子量，如：Mr(H2O)=18.0148≈18.01。1、相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量2、物質(zhì)的量（AmountofSubstance）3、摩爾質(zhì)量和摩爾體積（1）摩爾質(zhì)量(M)相對原子質(zhì)量（Ar）：元素的平均原子質(zhì)量與12C原子質(zhì)量的1/12之比，以往被稱為原子量，如：Ar(H)=1.0079。第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月nB—混合物中某物質(zhì)B的物質(zhì)的量V——混合物的體積（1）理想氣體狀態(tài)方程p—氣體的壓力，Pa;V—氣體的體積，m3n—氣體的物質(zhì)的量，molT—氣體的熱力學(xué)溫度，KR—摩爾氣體常數(shù),8.314J.mol-1.K-1(適用條件：當(dāng)氣體壓力不太高、溫度不太低的情況下,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。)（2）摩爾體積V—某氣體物質(zhì)的體積n—該氣體物質(zhì)的量4、物質(zhì)的量濃度5、氣體的計量第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）理想氣體分壓定律（道爾頓分壓定律）

混合氣體中任一組分的分壓pi等于該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與總壓之積?；旌蠚怏w的總壓（p總）等于各組分氣體分壓pi之和。即：p總=∑pi——該式為分壓定律的一種表示式第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)方程式的計算利用配平的化學(xué)反應(yīng)方程式，從已知反應(yīng)物的量，計算生成物的理論產(chǎn)量，或從所需產(chǎn)量計算反應(yīng)物的量。例：氯堿工業(yè)用電解法制取氯氣，若每投入9.0×102kg

NaCl，制得的氯氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下只有150m3，試計算其產(chǎn)率。解：2NaCl+2H2O

2NaOH+H2+Cl22.0mol22.4×10－3m3n(NaCl)χn(NaCl)＝m(NaCl)M(NaCl)＝9.0×102×103g（22.99+35.45)g.mol＝1.5×104mol＝2.0mol＝1.5×104mol×22.4×10－3m3χ1.7×102m3產(chǎn)率＝實際產(chǎn)量理論產(chǎn)量×100％＝150m31.7×102m3×100％＝88％第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2化學(xué)計量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度1、化學(xué)計量數(shù)()cC+dD=yY+zZ0=-cC-dD+yY+zZ

令：－c＝

c，－d＝

D，y＝

Y，z＝

Z

0=

CC+

DD+

YY+

ZZ化學(xué)計量式通式：B

包含在反應(yīng)中的分子、原子、離子

B

化學(xué)計量數(shù)例如N2+3H2

2NH3

0=-N2-3H2+2NH3=(N2)N2+(H2)H2+(NH3)NH3(N2)=-1(H2)=-3(NH3)=2規(guī)定：反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)為負(fù)，產(chǎn)物的化學(xué)計量數(shù)為正。第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2、反應(yīng)進(jìn)度我國國標(biāo)規(guī)定用為

表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度。nB

B的物質(zhì)的量

B

B

的化學(xué)計量數(shù)對于化學(xué)計量式對同一反應(yīng)方程式，

值與選擇的組分無關(guān)。反應(yīng)進(jìn)行到某程度，用反應(yīng)物或產(chǎn)物表示反應(yīng)進(jìn)度，

值相同。但對同一反應(yīng)，

值與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)。

=1mol時，(1)式表示生成1molH2O；(2)式表示生成2molH2OH2與O2反應(yīng)生成0.5molH2O時，(1)式

=0.5mol;(2)式

=0.25mol第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1基本概念和術(shù)語1.體系與環(huán)境體系（system):被研究對象。環(huán)境（surrounding):與體系相聯(lián)系的客觀物質(zhì)世界。敞開體系:與環(huán)境間既有能量交換又有物質(zhì)交換。封閉體系:與環(huán)境間只有能量交換而沒有物質(zhì)交換。孤立體系:與環(huán)境間既沒有能量交換又沒有物質(zhì)交換。第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月ΔV=V2-V1=（4.48-22.4）L=-17.9L特點：①狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。②狀態(tài)變化,狀態(tài)函數(shù)也隨之而變,且狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān),而與變化途徑無關(guān)。例如：1molP1=101325PaT1=273KV1=22.4L1molP2=1013250PaT2=546KV2=4.48LΔT=T2-T1=（546-273）K=273KΔP=P2-P1=（1013250-101325）Pa=911925Pa2、狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)（state):體系宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn).狀態(tài)函數(shù)（statefunction):

描述體系狀態(tài)的物理量，如：溫度、壓強、體積等。狀態(tài)函數(shù)的改變量第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月體積功：由于體系體積變化而與環(huán)境交換的功,如膨脹功等。非體積功：除體積功之外的功就是非體積功，如電功等。3、功和熱熱不是狀態(tài)函數(shù)。規(guī)定：體系吸熱：

Q>0；體系放熱：Q<0。功不是狀態(tài)函數(shù)。規(guī)定：體系得功：

W>0；體系失功：W<0。熱(heat)：體系與環(huán)境間因溫差而傳遞的能量,以Q表示.功(work)：體系與環(huán)境之間除熱之外以其它形式傳遞的能量,以W表示.按做功的形式第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)能以符合U表示，為狀態(tài)函數(shù)，具有能量單位。內(nèi)能(internalenergy)：即熱力學(xué)能（thermodynamicenergy)是系統(tǒng)內(nèi)所有粒子除整體勢能及整體動能外全部能量的總和。包括：分子平動能、分子轉(zhuǎn)動能、分子振動能、分子間勢能、原子間鍵能、電子運動能、核內(nèi)基本粒子間核能。能量守恒定律（lawofconservationofenergy）：即熱力學(xué)第一定律（thefirstlawofthermodynamic），在任何變化過程中，能量不會自生自滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，能量的總值不變。4、內(nèi)能（熱力學(xué)能）5.能量守衡第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月U1U2QW根據(jù)能量守恒定律：U2=U1+Q+W

U=Q+W例在353K和1.01×105Pa下，1g液態(tài)乙醇（C2H5OH）蒸發(fā)變成同溫、同壓下的氣體吸熱853J，因氣體膨脹而做功63J，求系統(tǒng)內(nèi)能的變化。解：

U系統(tǒng)=Q+W=853J-63J=790J

U環(huán)境=-853J+63J=-790J

U系統(tǒng)+

U環(huán)境=0（系統(tǒng)+環(huán)境）的總能量變化為零規(guī)定：1、系統(tǒng)對環(huán)境做功W為負(fù)值，反之,W為正值。2、系統(tǒng)吸收熱量Q為正值,反之,Q為負(fù)值。第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2反應(yīng)熱與反應(yīng)焓變恒溫恒壓條件下，體系不做非體積功，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱Qp。Qp=△U+p△V△U=Qp+W△U=Qp－p△V=pS△

l=p(V1-V2)W=F△

l環(huán)境做功W=－p△VpS△lp△V=ΔnRT1、恒壓反應(yīng)熱通常,反應(yīng)熱的數(shù)值為反應(yīng)進(jìn)度

=1mol(即發(fā)生1摩爾反應(yīng))時的反應(yīng)熱。=－p△V化學(xué)反應(yīng)熱：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，體系不做非體積功，反應(yīng)終態(tài)溫度恢復(fù)到反應(yīng)始態(tài)溫度時，體系吸收或放出的熱量。有氣體參加或生成的反應(yīng)，設(shè)氣體為理想氣體。第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例在298.15K，101325Pa時，ΔU=3165.74kJ.mol-1，求Qp。解：Qp=△U+(△n)RT2、反應(yīng)焓變Qp=△U+p△V=U2－U1+pV2－pV1第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月H為狀態(tài)函數(shù)，焓變ΔH只取決于體系變化的狀態(tài)，而與變化途徑無關(guān)。如果一個反應(yīng)分幾步進(jìn)行，則反應(yīng)總過程的焓變等于各步焓變之和。=(U2+pV2)－(U1+pV1)令H=U+pV，H定義為焓（enthalpy）。Qp=H2–H1=△H=△U+p△V恒壓條件下，Qp在數(shù)值上等于體系的△H。ΔH<0放熱反應(yīng)；ΔH>0吸熱反應(yīng)ΔH=ΔH1+ΔH2+……ΔHn第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月熱化學(xué)方程式：表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的式子。注明反應(yīng)條件（溫度、壓力等）298.15K101325Pa2、熱化學(xué)方程式標(biāo)聚集態(tài)Q具有容量性質(zhì)正逆Q絕對值相同，符號相反298.15K101325Pa298.15K101325Pa298.15K101325Pa298.15K101325Pa第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月赫斯定律（G.H.Hesslaw)：反應(yīng)的熱效應(yīng)只與反應(yīng)的始態(tài)與終態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān)。例

計算298.15K和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,的熱效應(yīng)Qp。已知：(1)Qp,1=–393.5kJ.mol-1(2)Qp,2=–283.0kJ.mol-14、赫斯定律應(yīng)用赫斯定律不僅可計算某些恒壓反應(yīng)熱，而且可計算難以或無法用實驗測定的反應(yīng)熱。第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月解:Qp,2QpQp,1Qp,1=Qp+Qp,2Qp=Qp,1–Qp,2=–393.5kJ.mol-1–(–283.0kJ.mol-1)=–110.5kJ.mol-1

石墨不完全燃燒放出的熱量只有完全燃燒放出熱量的1/4。第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例求下列反應(yīng)的熱效應(yīng)已知:(1)Qp,1=–32.64kJ.mol-1(2)Qp,2=–285.83kJ.mol-1(3)Qp,3=–20.60kJ.mol-1解:(3)2-(1)2-(2)2即為所求反應(yīng)式的熱效應(yīng)Q=2Qp,3–2Qp,2–2Qp,1=2

(–20.60kJ.mol-1)–2

(–285.83kJ.mol-1)–2

(–32.64kJ.mol-1)=595.7464kJ.mol-1第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1標(biāo)準(zhǔn)生成焓1、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件：壓力為標(biāo)準(zhǔn)壓力（氣體混合物中，各氣態(tài)物質(zhì)的分壓均為標(biāo)準(zhǔn)壓力），溶液中溶質(zhì)的濃度均為標(biāo)準(zhǔn)濃度。物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力(p=100kPa)下純氣體液體固體標(biāo)準(zhǔn)壓力(p=100kPa)下純液體、純固體、溶液中的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力(p=100kPa

)下摩爾濃度為1mol·L-1

第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓△H

=△Hf

(H2O,l)=-285.8kJ.mol-1標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓：恒定的溫度和標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由指定的最穩(wěn)定的單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)的焓變。以表示，單位為kJ.mol-1。

△fHm△Hf

，可簡寫為

ΔH

=ΔHf

(CO,g)=-110.54kJ.mol-1

如：Na2OAg2OΔHf

/kJ.mol-1-414.2-31.0根據(jù)ΔHf

值可判斷同類型化合物的相對穩(wěn)定性，ΔHf

代數(shù)值越小，化合物越穩(wěn)定。Na2O的穩(wěn)定性比Ag2O的熱穩(wěn)定性要好。C（graphite，s）+O2(g)=CO(g)第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的計算及反應(yīng)熱ΔH

(298.15K)=｛gΔHf

(G,298.15K)+dΔHf

(D,298.15K)｝+｛-aΔHf

(A,298.15K)-bΔHf

(B,298.15K)｝ΔH

=∑

i

ΔHf

(生成物)＋∑

i

ΔHf

(反應(yīng)物)3鍵焓鍵焓：在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，氣態(tài)物質(zhì)平均每斷開單位物質(zhì)的量的化學(xué)鍵成生成態(tài)原子或原子團時的焓變。以符號ΔHb表示，單位kJ.mol-1。

標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，反應(yīng)或過程的摩爾焓變，以ΔrH

表示，可簡寫為ΔH

，單位為kJ.mol-1。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例：已知恒壓反應(yīng):CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2（s）計算此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱。ΔH3

=ΔHf

(Ca(OH)2.s)=-986.17kJ·mol-1解：ΔH

ΔH3

CaO(S)+H2O(1)Ca(OH)2(s)+ΔH2

ΔH1

ΔH1

+

ΔH2

+ΔH

=ΔH3

ΔH

=ΔH3

-(ΔH1

+

ΔH2

)ΔH1

=ΔHf

(CaO,s)=-635.13kJ·mol-1ΔH2

=ΔHf

（H2O,1）=-285.83kJ·mol-1反應(yīng)物生成物ΔH

=ΔHf

(Ca(OH)2,s)－ΔHf

(CaO,s)－ΔHf

(H2O,1)＋=-65.21kJ·mol-1

第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月ΔH

(298.15K)=｛ΔHf

(Al2O3,s)+2ΔHf

(Fe,s)｝＋｛－2ΔHf

(Al,s)－ΔHf

(Fe2O3,s)｝=｛－1675.7+2×0-2×0–(-824.2)｝kJ.mol-1=-851.5kJ.mol-1解：ΔHf

/kJ.mol-10-824.2-1675.70例

計算鋁粉和三氧化二鐵反應(yīng)的ΔH

(298.15K)已知：ΔH

=∑

iΔHf

(生成物)＋∑

i

ΔHf

(反應(yīng)物)作業(yè)p22~23：1，6，8，9，13，15第24頁，課件共26頁，創(chuàng)