第一章-熱化學(xué)與能量轉(zhuǎn)化省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第一章熱化學(xué)與能源1/881研究化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常碰到問(wèn)題1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2.反應(yīng)進(jìn)行速率有多大？3.反應(yīng)進(jìn)行極限(化學(xué)平衡)。4.反應(yīng)中能量改變(熱化學(xué))。5.反應(yīng)是怎樣進(jìn)行(反應(yīng)機(jī)理)？2/882第一章熱化學(xué)與能源基本內(nèi)容3.說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。1.闡述化學(xué)中計(jì)量，以鞏固高中化學(xué)中相關(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;3/883會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)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4/884第一章熱化學(xué)與能源1-1反應(yīng)熱測(cè)量1-2反應(yīng)熱理論計(jì)算目錄1-3能源及其有效與清潔利用5/885第一節(jié)反應(yīng)熱測(cè)量6/8861-1-1基本概念1、系統(tǒng)與環(huán)境1、定義系統(tǒng):所需研究那部分物質(zhì)或空間。環(huán)境:體系之外與體系有一定聯(lián)絡(luò)其它物質(zhì)或空間。體系環(huán)境物質(zhì)能量7/8872、分類

依據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間聯(lián)絡(luò)，把系統(tǒng)分為三種類型：

①敞開(kāi)系統(tǒng)——系統(tǒng)與環(huán)境之間，現(xiàn)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。8/888封閉系統(tǒng)

三種熱力學(xué)系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)

孤立系統(tǒng)是一個(gè)科學(xué)抽象,對(duì)于科學(xué)研究有主要意義.敞開(kāi)系統(tǒng)9/8892、聚集體和相自然界中物質(zhì)展現(xiàn)聚集狀態(tài)，熟知有氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)，另外還有等離子體態(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)均勻部分稱為相。

比如，有兩種氣體組成混合物，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)體系卻只有一個(gè)聚集態(tài)——?dú)鈶B(tài)。10/8810又如，不形成固溶體三種不一樣物質(zhì)固體混合物，體系只存在一個(gè)聚集態(tài)——固態(tài)，但不論將他們研磨怎樣細(xì)微，混合怎樣均勻，依然是三相混合物。所以處于同一相中物質(zhì)一定處于同一聚集態(tài)，而處于同一聚集態(tài)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，有幾個(gè)固體為幾相。11/8811思索：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)中相數(shù)為多少。2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并到達(dá)平衡系統(tǒng)中相數(shù)。12/88121.狀態(tài)：表征體系性質(zhì)物理量所確定體系存在形式。

由

p、V、T、n

等物理量所確定下來(lái)體系存在形式稱為體系狀態(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)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)各種性質(zhì)也必都有確定值。13/88132.狀態(tài)函數(shù)：

確定體系狀態(tài)宏觀性質(zhì)物理量稱為狀態(tài)函數(shù)如物質(zhì)量、壓力、體積、溫度3.狀態(tài)函數(shù)特點(diǎn)：(1)體系狀態(tài)一確定，各狀態(tài)函數(shù)都有確定值。(2)體系狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),各狀態(tài)函數(shù)改變量，只與始態(tài)和終態(tài)相關(guān),與改變路徑無(wú)關(guān)。14/8814(3)描述體系所處狀態(tài)各狀態(tài)函數(shù)之間是有聯(lián)絡(luò)。理想氣體T=280K理想氣體T=300K理想氣體T=350K△T=350K-300K=50K15/8815P3=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理想氣體兩種不一樣改變過(guò)程即：

X

=X2-X116/8816廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質(zhì)：其量值含有加和性，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不含有加和性，如溫度、壓力等。思索：力和面積是什么性質(zhì)物理量？它們商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)物理量。由此能夠得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)量)是什么性質(zhì)物理量？力和面積都是廣度性質(zhì)物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)物理量商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)物理量。17/88174、過(guò)程與路徑1.過(guò)程:

體系狀態(tài)改變過(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.路徑：完成過(guò)程詳細(xì)步驟稱為路徑狀態(tài)1→狀態(tài)2：路徑不一樣，狀態(tài)函數(shù)改變量相同；18/8818298K，101.3kPa298K，506.5kPa375K，101.3kPa375K，506.5kPa恒溫過(guò)程路徑(II)恒壓過(guò)程路徑(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)程不一樣路徑19/8819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)化寫出化學(xué)計(jì)量式通式：得0=νCC+νDD+νYY+νZZB——表示反應(yīng)中物質(zhì)化學(xué)式，νB——是B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20/8820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)方程式寫法相關(guān)。比如，合成氨反應(yīng)寫成：

要求，反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)，產(chǎn)物化學(xué)計(jì)量數(shù)為正。21/8821N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3

=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3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22/8822若寫作：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）=－223/8823反應(yīng)進(jìn)度0＝∑BBνB對(duì)于化學(xué)計(jì)量方程式dξ=νB-1dnBnB——B物質(zhì)量ξ單位為molνB——為B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)量改變(△nB)與該物質(zhì)計(jì)量系數(shù)(νB)商就是反應(yīng)進(jìn)度(ξ)。24/8824反應(yīng)進(jìn)度對(duì)于有限改變，改寫為

△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=νBξ25/8825例反應(yīng)：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3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N2和H2、n(NH3)＝0依據(jù)、ξ＝

nB/νB

n(N2)/mol

n(H2)/mol

n(NH3)/molξ/mol0000

-

-1

-1-321-2-64212123226/8826

n(N2)/mol

n(H2)/mol

n(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)值與選取反應(yīng)式中何種物質(zhì)量改變進(jìn)行計(jì)算無(wú)關(guān)。例反應(yīng)：N2+3H2=2NH31227/8827注意:同一化學(xué)反應(yīng)假如化學(xué)反應(yīng)方程式寫法不一樣（亦即νB不一樣），相同反應(yīng)進(jìn)度時(shí)對(duì)應(yīng)各物質(zhì)量改變會(huì)有區(qū)分。比如：當(dāng)ξ=1mol時(shí)反應(yīng)方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3

n(N2)/mol--1

n(H2)/mol--3

n(NH3)/mol121212323228/88281-1-2反應(yīng)熱測(cè)量(heatingeffectmeasurement)1熱效應(yīng)測(cè)量原理29/8829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)30/883031/88313.測(cè)量方法與步驟：●準(zhǔn)確稱量反應(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)加入足夠已知質(zhì)量水，使鋼彈淹沒(méi)，鋼彈與環(huán)境絕熱;●準(zhǔn)確測(cè)定系統(tǒng)起始溫度(T1);●電火花引發(fā)反應(yīng)，測(cè)量系統(tǒng)(包含鋼彈及內(nèi)部物質(zhì)、水和金屬容器等)終態(tài)溫度(T2)。32/8832

∑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.(比如盛水g彈式熱量計(jì)常數(shù)為10.1kJ·K-1)4.計(jì)算：

q＝-{q(H2O)+qb}

＝-{C(H2O)△T+Cb△T}

＝-∑C·△T33/8833例1:將0.500gN2H4(l)在盛有1210gH2O彈式量熱計(jì)鋼彈內(nèi)完全燃燒盡。系統(tǒng)溫度由293.18K升至294.82K。已知鋼彈組件在試驗(yàn)溫度時(shí)總熱容為848J·K-1。計(jì)算此條件下聯(lián)氨完全燃燒所放出熱量。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)物質(zhì)量相關(guān)，-9690J是對(duì)0.500gN2H4(l)而言，若以1molN2H4(l)計(jì)，則可乘以N2H4摩爾質(zhì)量，即：Q=-9690/0.500×32=-60J·mol-134/8834第二節(jié)反應(yīng)熱理論計(jì)算35/88351-2-1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，也不能毀滅，只能從一個(gè)形式轉(zhuǎn)化為另一個(gè)形式?！被靖拍睿簾崃W(xué)能、熱和功。36/8836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。包含分子平動(dòng)能、分子振動(dòng)能、分子轉(zhuǎn)動(dòng)能、電子運(yùn)動(dòng)能、核能等即內(nèi)能—系統(tǒng)內(nèi)部能量總和。熱力學(xué)能(以往稱內(nèi)能)37/8837

熱(Q)：體系和環(huán)境之間因溫度不一樣而傳遞或交換能量形式。功和熱是體系狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，體系和環(huán)境傳遞或交換能量?jī)煞N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38/8838功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換能量形式。功體積功:體系體積改變反抗外力所做功非體積功:除體積功外功，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′。39/8839Q>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)能改變等于體系從環(huán)境吸收熱量加上體系對(duì)環(huán)境所做功：熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表示式40/88401-2-2化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物分子中舊鍵減弱、斷裂和產(chǎn)物分子新鍵形成過(guò)程。前者需要吸收能量,后者則會(huì)釋放能量。所以，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程往往伴隨有能量吸收或釋放。41/8841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。42/8842化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換主要形式是熱稱反應(yīng)熱或熱效應(yīng)。通常把只做體積功，且始態(tài)和終態(tài)含有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出熱量叫做該反應(yīng)反應(yīng)熱。依據(jù)反應(yīng)條件不一樣，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)境交換熱。43/8843V2

=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)恒容過(guò)程，非體積功為零條件下，系統(tǒng)與環(huán)境交換熱等于內(nèi)能改變。

ΔU=QV44/8844定義：化學(xué)反應(yīng)若在恒壓過(guò)程中完成，且只做體積功不做非體積功，稱為恒壓反應(yīng)，其熱效應(yīng)稱為恒壓反應(yīng)熱，通慣用符號(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)能改變45/8845上式可化為：

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

H=U+PV

稱：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46/8846

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，假如體系不做非體積功：化學(xué)反應(yīng)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-11247/8847定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱關(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，ΔUp

ΔUV，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)于有凝聚相參加理想氣體反應(yīng)，因?yàn)槟巯嘞鄬?duì)氣相來(lái)說(shuō)，體積能夠忽略，所以在上式中，只需考慮氣體物質(zhì)量。ΔH–ΔU=Qp–

QV=p(V2–V1)48/8848思索：若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

Qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)QV,m

為多少？該反應(yīng)Δn(g)=0，QV=Qp所以 對(duì)于沒(méi)有氣態(tài)物質(zhì)參加反應(yīng)或Δn(g)=0反應(yīng)，QV

Qp對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參加反應(yīng)，且Δn(g)0反應(yīng)，QV

Qp49/8849表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系方程式

rHm——摩爾反應(yīng)焓變

rHm=-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50/8850

熱化學(xué)方程式注意：1.注明反應(yīng)溫度、壓力等。2.注明各物質(zhì)聚集狀態(tài)。3.注明反應(yīng)熱效應(yīng)。如

rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa1251/8851注明各物質(zhì)聚集狀態(tài)，聚集狀態(tài)不一樣，熱效應(yīng)不一樣。52/88525.正、逆反應(yīng)Qp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)不一樣,

rHm不一樣

。

rHm

=

-483.64kJ·mol-12H2(g)+O2(g)→2H2O(g)

rHm=-241.82kJ·mol-1

H2(g)+

O2(g)

H2O(g)298.15K100kPa1253/8853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)始態(tài)和終態(tài)，而與改變過(guò)程詳細(xì)路徑無(wú)關(guān)。即化學(xué)反應(yīng)焓變只取決于反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)，而與改變過(guò)程詳細(xì)路徑無(wú)關(guān)。QV=ΔU=U2-U15

蓋斯(Hess)定律54/8854C(s)+O2(g)

rHmCO(g)+O2(g)12

H1

H2CO2(g)

rHm=

H1+

H2應(yīng)用蓋斯定律不但可計(jì)算一些恒壓反應(yīng)熱，而且可計(jì)算難以或無(wú)法用試驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)熱。

H1=

rHm-

H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-1依據(jù)蓋斯定律，若化學(xué)反應(yīng)能夠加和，則其反應(yīng)熱也能夠加和。55/8855推理：任一化學(xué)反應(yīng)能夠分解為若干最基本反應(yīng)（生成反應(yīng)），這些生成反應(yīng)反應(yīng)熱之和就是該反應(yīng)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△rHi56/8856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-1ΔHm1ΔHm2ΔHm3ΔHm3

57/88571-2-3反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(狀)態(tài)（1）氣體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是在標(biāo)準(zhǔn)壓力(P

=100.00kPa)時(shí)(假想)理想氣體狀態(tài);（2）溶液中溶質(zhì)B標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:在標(biāo)準(zhǔn)壓力p

時(shí)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量摩爾濃度b

=1.0mol.kg-1(近似為1mol·L-1)時(shí)理想溶液;（3）液體或固體標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:在標(biāo)準(zhǔn)壓力p

時(shí)純液體或純固體。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)對(duì)溫度沒(méi)有要求，不一樣溫度下有不一樣標(biāo)準(zhǔn)態(tài)58/8858在指定溫度T及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)量某物質(zhì)時(shí)反應(yīng)焓變(即恒壓反應(yīng)熱)稱為該物質(zhì)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ΔfHmθ59/8859

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)

60/8860因?yàn)镼P=ΔH,所以恒溫恒壓條件下反應(yīng)熱可表示為反應(yīng)焓變:ΔrH(T);

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

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下摩爾焓變稱反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:ΔrHm(T)

反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?chǔ)Hm(T)

61/8861比如:C(石)+O2(g)→CO2(g)ΔrHm其中,C(石)為碳參考態(tài)元素,O2(g)為氧參考態(tài)元素,此反應(yīng)是生成反應(yīng)。所以此反應(yīng)焓變即是CO2（g）生成焓：ΔrHm(T)

(T)=ΔfHm

(CO2,g,T)

*參考態(tài)元素通常指在所討論溫度和壓力下最穩(wěn)定狀態(tài)單質(zhì)。也有例外.如:石墨(C),白磷(P)。62/8862標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變計(jì)算,以乙炔完全燃燒反應(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)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變計(jì)算63/8863H2(g)+O2(g)→H2O(l)ΔrHm4

(T)=ΔfHm

(H2O,l,T)依據(jù)蓋斯定律：ΔrHm

(T)=ΣiΔfHmi

(T)有:ΔrHm

=2ΔfHm3

+ΔfHm4

-ΔfHm1

-ΔfHm2

通式：ΔrHm

(T)=ΣBνBΔfHmB

(T)64/8864例3用生成焓計(jì)算反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓?！窘狻恳罁?jù)蓋斯定律，設(shè)計(jì)以下路徑：65/8865解：利用蓋斯定律，先設(shè)計(jì)該反應(yīng)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)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱（即標(biāo)準(zhǔn)焓變）ΔHθ166/8866結(jié)論：對(duì)普通反應(yīng)67/8867

標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變等于生成物標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓總和減去反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓總和。

化學(xué)反應(yīng)：cC+dD=yY+zZ(任一物質(zhì)均處于溫度T標(biāo)準(zhǔn)態(tài))

rHm=[y

fHm(Y)+z

fHm(Z)]

-[c

fHm(C)+d

fHm(D)]

rHm=i

fHm(生成物)+

i

fHm(反應(yīng)物)計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)68/8868

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)

rHm例5解：4NH3(g)+5O2→4NO+6H2O(g)

fHm/kJ·mol-1-46.11

090.25-241.82

rHm=[4

fHm(NO,g)+6

fHm(H2O,g)]

-[4

fHm(NH3,g)+5

fHm(O2,g)]={[4(90.25)+6(-241.82)]-[4(-46.11)]}kJ·mol-1=-905.48kJ·mol-169/8869

(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-1

fHm(CuO,s)===-157.3kJ·mol-170/8870例7.計(jì)算聯(lián)氨(N2H4)在空氣中完全燃燒時(shí)反應(yīng)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：71/8871例8：計(jì)算反應(yīng)Zn(S)+Cu2+(aq)＝Zn2+(aq)+Cu(S)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-172/8872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)元素標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。如：ΔfHm

(O2,g)=0

4因?yàn)棣HmB

與nB成正比，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)B化學(xué)計(jì)量數(shù)νB不可忽略。73/8873討論：ΔfHmθ與

ΔrHmθ區(qū)分與聯(lián)絡(luò)ΔfHmθΔrHmθΔfHmθΔrHmθ74/8874

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)壓力下穩(wěn)定單質(zhì)生成標(biāo)準(zhǔn)壓力下1mol純物質(zhì)反應(yīng)焓叫做物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。

反應(yīng)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)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變公式為75/8875課堂練習(xí)：P43，1、2、P44，

3、P45，8、9作業(yè)：P44，4、5P45，11，13，1576/8876例1：已知298.15K時(shí)以下各反應(yīng)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)算以下反應(yīng)焓變。

3C（石墨）+4H2(g)→C3H8(g)；ΔH=？

提醒：ΔH=（ΔH1?3）+（ΔH2?

4）+（-ΔH3）

77/8877(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

78/8878例2：已知恒壓反應(yīng)：2Al(s)+Fe2O3(s)→Al2O3(s)+2Fe(s)，求此反應(yīng)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.