化學反應中的質(zhì)量守恒0832

化學反應中的質(zhì)量守恒08322024/3/25化學反應中的質(zhì)量守恒0832一、化學反應的質(zhì)量守恒定律在化學反應中，物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的。即參加反應的全部物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成物的質(zhì)量總和。2化學反應中的質(zhì)量守恒08321、熱力學能（內(nèi)能）熱力學能（內(nèi)能）——體系內(nèi)部能量的總和。構(gòu)成：分子的平動能、轉(zhuǎn)動能，分子間勢能、電子運動能、核能等。是一種熱力學狀態(tài)函數(shù)無法知道他的絕對值，但過程中的變化值卻是可以測量的。二、能量守恒——熱力學第一定律3化學反應中的質(zhì)量守恒08322、熱力學第一定律——能量守恒定律

表述：能量只可能在不同形式之間轉(zhuǎn)換，但不能自生自滅。狀態(tài)1（U1）狀態(tài)2（U2）吸收熱量Q對體系做功WU=U2-U1=Q+W熱力學第一定律有稱能量守恒定律。它是人們從生產(chǎn)實踐中歸納總結(jié)出的規(guī)律，是自然界中普遍存在的基本規(guī)律。4化學反應中的質(zhì)量守恒08321、恒容熱效應與熱力學能變?nèi)绻w系的變化是在恒容的條件下，且不做其他非膨脹功（W’=0，則：W=We+W’=0）此時：ΔU=Q+W=QV即：熱力學能變等于恒容熱效應。或說：在恒容的條件下，體系的熱效應等于熱力學能的變化。

*在彈式量熱計中,通過測定恒容反應熱的辦法，可獲得熱力學能變ΔU的數(shù)值.三、化學反應的熱效應5化學反應中的質(zhì)量守恒08322、恒壓熱效應與焓變在我們的實際生產(chǎn)中，很多的化學反應都是在大氣層中（一個大氣壓，103kpa）條件下進行的，這是一個體積有變化，但壓力恒定的過程（恒壓過程）。為了方便地研究恒壓過程中的問題，我們需要引入另一個重要的熱力學狀態(tài)函數(shù)——焓。6化學反應中的質(zhì)量守恒0832

焓變——化學反應的恒壓熱效應現(xiàn)設體系的變化是在恒壓、只做膨脹功（不做其他功，如電功等）的條件下進行的狀態(tài)1狀態(tài)2（T1,V1,U1,p）（T2,V2,U2,p）吸收熱量Q對外做功W在此恒壓過程中：*體系吸收的熱量記作Qp*體系對環(huán)境所做的功p(V)=p(V2-V1)因此，環(huán)境對體系所做的功：W=-p(V)=-p(V2-V1)7化學反應中的質(zhì)量守恒0832于是根據(jù)熱力學第一定律，有如下的關系：U2-U1=U=Q+W=Qp-p(V)=Qp-p(V2-V1)所以：Qp=(U2-U1)+p(V2-V1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)定義熱力學狀態(tài)函數(shù)焓，以H表示H=U+pV則：Qp=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=H8化學反應中的質(zhì)量守恒0832重點理解焓H是一種狀態(tài)函數(shù)，只與體系的起始狀態(tài)有關。與過程路徑無關。焓變值H等于體系在恒壓過程中的熱效應Qp。在其他類型的變化過程中，焓變值H不等于熱效應，但并非說，焓變值H為零。焓代表了恒壓條件下體系所包含的與熱有關的能量，具有能量量綱，單位是J或kJ。因為經(jīng)常遇到的化學反應都是在大氣層這樣一個恒壓環(huán)境中發(fā)生的，所以焓是一個極其重要的狀態(tài)函數(shù)。焓與與熱力學能一樣，其絕對值無法確定。但狀態(tài)變化時體系的焓變ΔH卻是確定的，而且是可求的。焓是體系的廣度性質(zhì)，它的量值與物質(zhì)的量有關，具有加和性。9化學反應中的質(zhì)量守恒0832(1)對于一定量的某物質(zhì)而言，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)都必須吸熱，所以有:H(g)>H(l)>H(s)(2)當某一過程或反應逆向進行時，其ΔH要改變符號即：ΔH（正）=-ΔH（逆）(3)對于任何化學反應而言，其恒壓反應熱Qp可由下式求出：Qp=ΔH=H生成物-H反應物

（在化學反應中，可把反應物看作始態(tài)，而把生成物看作終態(tài)）

ΔH>0為吸熱反應，ΔH<0為放熱反應。由于大多數(shù)化學反應是在恒壓條件下進行的，其ΔH=Qp，即為恒壓反應熱。所以焓變比熱力學能變更具有實用價值，用得更廣泛、更普遍。過程與焓10化學反應中的質(zhì)量守恒08323．恒壓反應熱與恒容反應熱的關系由焓的定義：H=U+pV則：ΔH=ΔU+Δ(pV)

i)對于恒壓、只作體積功的化學反應，有：ΔH=ΔU+pΔV即：Qp=Qv+pΔVii)對于固相和液相反應，由于反應前后體積變化不大，故有：Qp≈Qviii)對于氣相反應，如果將氣體作為理想氣體處理，則有：Qp=Qv+Δn（RT）式中Δn為生成物的量與反應物的量之差。11化學反應中的質(zhì)量守恒0832四、蓋斯定律與反應熱的計算1．反應進度和熱化學方程式i)什么是“化學反應的進度”？——描述化學反應的進行程度的物理量。在反應的某一階段中，某反應物量（摩爾數(shù)）的改變值與其化學計量數(shù)的商。單位：mol用希臘字母ξ表示。

12化學反應中的質(zhì)量守恒0832對于任一化學反應，有質(zhì)量守恒定律：0＝

BB，例如下列給定反應：

dD+eE=gG+hH

通式為：

式中nB()和nB(0)分別表示反應進度為

和0時，B物質(zhì)的量(mol)。注意：反應物的計量系數(shù)取負值，生成物的計量系數(shù)取正值。13化學反應中的質(zhì)量守恒0832舉例說明：3H2(g)+N2(g)=2NH3(g)t=0s(mol)3.01.00.0t=0.1s(mol)1.50.51.0以H2計算反應進度

=

nH2/

H2=(1.5-3.0)mol/-3=0.5mol以N2計算反應進度

=

nN2/

N2=(0.5-1.0)mol/-1=0.5mol以NH3計算反應進度

=

nNH3/

NH3=(1.0-0.0)mol/2=0.5mol14化學反應中的質(zhì)量守恒0832ii)熱力學標準態(tài)對于以上所說的“焓變等于恒壓熱效應”，“恒壓”恒在什么壓力之下，其反應的熱效應是不一樣的，因為不同的壓力之下，體系所做的膨脹功不同，因而恒壓熱效應——焓變值也有所不同。因此熱力學在處理化學反應體系時，必須選定某一狀態(tài)作為“計算、比較的標準”，這一標準即稱做熱力學標準狀態(tài)。15化學反應中的質(zhì)量守恒0832IUPAC規(guī)定：100kPa為標準壓力，以p

表示之，處于標準壓力之下的體系，稱為體系的標準狀態(tài)。各種體系的標準狀態(tài)規(guī)定如下：純固體、液體，當該物質(zhì)處于外壓為標準壓力之下。純氣體（理想氣體）：p=p

=100kPa混合氣體：pi=p

=100kPa(pi某組分氣體的分壓力)理想溶液：p=p

=100kPa，c=c

=1.0mol/dm3(c標準濃度)16化學反應中的質(zhì)量守恒0832注意事項：上述標準狀態(tài)并未指定溫度，即：H2（100kpa,298K）是標準狀態(tài)，H2（100kpa,200K）也是標準狀態(tài)。IUPAC推薦298.15K作為溫度的一般參比標準，如不注明，則指的是298.15K，其他溫度則須指明，用（T）表示。17化學反應中的質(zhì)量守恒0832iii)化學反應的標準焓變、標準摩爾焓變和熱化學方程式在特定的溫度之下（如不特別指明，則為298K）如果參加化學反應的各物質(zhì)（包括反應物和產(chǎn)物）都處于熱力學標準狀態(tài)（p=p

=100kpa），此時在化學反應的過程中產(chǎn)生的焓變即稱作：標準焓變，以符號ΔrH

表示之。例如：1.5H2(g)+0.5N2(g)=NH3(g)ΔrH

=-46.11kJ18化學反應中的質(zhì)量守恒0832但是：化學反應的焓變，不僅與溫度、壓力等有關，還與反應中物質(zhì)的量有關。規(guī)定：化學反應進度ξ=1時化學反應的焓變?yōu)榛瘜W反應的標準摩爾焓變。以符號ΔrHm

表示之。標準摩爾焓變的意義是：單位化學反應進度ξ化學反應的標準焓變。

ΔrHm

=ΔrH

/ξ例如：3H2+N2=2NH3(氣體)ΔrHm

=—92.22KJ/mol注意：如果將3molH2和1molN2反應時，其Qp是否是此數(shù)值？不是！19化學反應中的質(zhì)量守恒0832熱化學方程式

表示出了化學反應過程中熱效應的化學反應計量方程式稱為熱化學方程式(thermodynamicequation)。例如，在298.15K時有：1)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)

rH

m=-285.8kJmol-12)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

rH

m=-571.6kJmol-13)C(石墨)+O2(g)=CO2(g)

rH

m=-393.5kJmol-120化學反應中的質(zhì)量守恒08322、物質(zhì)的標準摩爾生成焓定義：在標準狀態(tài)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某種物質(zhì)的反應的標準焓變，叫做該物質(zhì)的標準摩爾生成焓，以符號ΔrHm

表示之。注意要點：最穩(wěn)定單質(zhì)的標準摩爾生成焓為零。什么是最穩(wěn)定單質(zhì)？舉例說明：C（石墨）、I2（固體）是指生成1mol物質(zhì)，不是生成反應的標準摩爾焓變。21化學反應中的質(zhì)量守恒08323、蓋斯定律

俄國化學家G.H.Hess對化學反應的數(shù)據(jù)進行總結(jié)（1840）指出：不管化學反應是一步完成，還是分幾步完成，其化學反應的熱效應是相同的。例如：CCO2

COO2

O2

O2

rH1

rH2

rH

rH

=rH1+rH222化學反應中的質(zhì)量守恒0832蓋斯定律是熱力學定律的必然結(jié)果由于焓是狀態(tài)函數(shù)，所以只要始態(tài)和終態(tài)相同，焓變必然相同。今天我們看來非常簡單，但卻有重要的使用意義。因為可以用它來確定不易測量的一些化學反應的標準焓變。23化學反應中的質(zhì)量守