大學化學ppt第一章課件

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,1,第一章 化學反應熱,1.1,幾個基本概念,1.1.1,系統(tǒng)和環(huán)境,1.1.2,狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù),1.2,熱力學第一定律,1.3,化學反應的熱效應,1.3.1,恒容反應熱,1.3.2,恒壓反應熱,1.3.3,熱力學標準態(tài),1.3.4,單質和化合物的標準摩爾生成焓,1.3.5,化學反應標準摩爾焓變的計算,1.3.6,反應進度,2,1.1,幾個基本概念,1.,系統(tǒng)與環(huán)境,人為地將一部分物質與其余物質分開作為研究的對象，被劃定的研究對象稱為,系統(tǒng),；,研究學生的上課狀態(tài),學生稱為系統(tǒng)；,教師、教室、書桌等稱為環(huán)

2、境,。,系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切相關，影響所能及的部分稱為,環(huán)境,。,例如,：,3,(1),孤立系統(tǒng),系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有任何物質和能量的交換。,(2),封閉系統(tǒng),系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質交換,只有能量交換,例如，任何化學反應。,(3),敞開系統(tǒng),系統(tǒng)和環(huán)境間既有物質交換又有能量交換,。,封閉絕緣,封閉,不絕緣,能量,H,2,SO,4,+Cu,三,種,系,統(tǒng),狀態(tài)函數(shù),:,狀態(tài)的單值函數(shù)。,狀態(tài)函數(shù)的特點,（,1,）狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)變量是相對的。,（,2,）,狀態(tài)函數(shù)的變化,與途徑無關，只決定于系統(tǒng)的始態(tài) 和終態(tài)。,4,3.,狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù),狀態(tài),:,系統(tǒng)固有宏觀性質的綜合表現(xiàn)（例如壓力、溫度、,體積、

3、能量、密度、組成、距離等）。,過程,:,狀態(tài)發(fā)生變化的經過,;,途徑,:,完成過程的具體步驟,。,2.,過程與途徑,1.1,幾個基本概念,5,1.2,熱力學第一定律,U,=,U,2,-,U,1,=,Q,+,W,將能量守恒定律應用于熱力學就是熱力學第一定律：,(,系統(tǒng)內能的增量等于系統(tǒng)所吸收的熱加上環(huán)境對系統(tǒng)所作的功,),表示封閉系統(tǒng)中的化學反應過程的能量變化規(guī)律。,U,1,為始態(tài)內能，,U,2,為終態(tài)內能，,Q,為系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量，,W,為環(huán)境對系統(tǒng)所做的功。,6,熱力學第一定律的幾點說明,(2),熱,(,Q,):,系統(tǒng)和環(huán)境間能量的交換形式,不是狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值與途徑有關。,規(guī)定,:,吸

4、熱,+,Q,，放熱,Q,(1),內能,(,U,),：,指系統(tǒng)內部分子的平動能、轉動能、振動能、分子 間勢能、原子鍵能、電子運動能、核內基本粒子間核能等能量的總和。內能是系統(tǒng)自身的性質，是狀態(tài)函數(shù)。,(3),功,(,W,):,系統(tǒng)和環(huán)境間能量的交換形式,不是狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值與,途徑有關。規(guī)定,:,系統(tǒng)對環(huán)境做功,-,W,環(huán)境對系統(tǒng)做功,+,W,;,W=,W,體,+W,有,W,體,:,熱力學系統(tǒng)體積變化時對環(huán)境所做的功稱為體積功。,P,一,定，,W,體,-,P,V,W,有,:,除體積功以外的功的統(tǒng)稱，如電功、表面功等?；瘜W反應如 要做有用功，則需特殊裝置。,U,=,Q,+,W,7,A boy on

5、 her way,-,W,-,W,+,W,system,system,system,environment,-,W,8,1.3,化學反應的熱效應,U,=,Q,+,W,(1),Q,V,:,等容反應熱。其數(shù)值的大小只與始末狀態(tài)有關，,與途徑無關。,1.3.1,等容反應熱,U,=,Q,V,(2),熱在特定的條件下,其數(shù)值的大小與某狀態(tài)函數(shù)的變化相同,且體現(xiàn)狀態(tài)函數(shù)變化的性質,(,只與始末狀態(tài)有關，與途徑無關,),。,(,條件,：,T,=0,V,=0,W,有,+,W,體,=0,),=,Q,+,p,V=Q,9,1.3,化學反應的熱效應,條件：,T,=0,p=,0,W,有,0,體,-,p,V,-,p,(,

6、V,-V,1,),(1),H,是狀態(tài)函數(shù),U,、,p,、,V,的組合，所以,H,也是狀態(tài)函數(shù)。,1.3.2,等壓反應熱,Q,p,+,體,-,1,Q,p,-p,(,V,-V,1,),H,U+pV,Q,p,(,U,+pV,2,)-(,U,1,+pV,1,),Q,p,：,恒壓反應熱，,H,：焓,。,H,2,-H,1,H,(3),Q,V,和,Q,p,都與途徑無關，所以可以通過易測的反應熱,來求算難測的反應。,(2),大部分反應是在恒壓下進行的，其反應熱是,Q,p,，剛,好與焓變數(shù)值相同。因此就用,H,表示,Q,p,Q,p,H,10,1.3,化學反應的熱效應,始態(tài),C(s)+O,2,(g),例,1.1,

7、T,=0,、,p=,0,，,W,有,的條件下，碳完全燃燒生成,CO,2,可有 兩條途徑，如下圖所示：,終態(tài),CO,2,(g),1.3.2,等壓熱反應,r,H,m,1,一個總反應的,r,H,m,等于其所有分步反應,r,H,m,i,的總和。,r,H,m,r,H,m,1,+,r,H,m,2,+,+,r,H,m,n,r,H,m,2,r,H,m,3,CO(g)+1/2O,2,(g),(3),(2),(1),蓋斯定律,:,1840,年,r,H,m,1,r,H,m,2,+,r,H,m,3,使用蓋斯定律要注意：,1,、蓋斯定律只適用于等溫等壓過程，各步反應的溫度應相同；,2,、熱效應與參與反應的各物質的本性、

8、聚集狀態(tài)、完成反應的物質數(shù)量，反應進行的方式、溫度、壓力等因素均有關，這就要求涉及的各個反應式必須是嚴格完整的熱化學反應方程式。,3,、各步反應均不做非體積功。,4,、各個涉及的同一物質應具有相同的聚集狀態(tài)。,5,、化學反應的反應熱,(,H,),只與反應體系的始態(tài)或終態(tài)有關,而與反應途徑無關。,蓋斯定律的本質：,方程式按一定系數(shù)比加和時其反應熱也按該系數(shù)比加和。,蓋斯定律的意義：,有些反應的反應熱通過實驗測定有困難，可以用蓋斯定律間接計算出來。,12,試求在相同溫度下，反應,（,4,）,Fe,2,O,3,（,s,）,+3CO,（,g,）,=2Fe,（,s,）,+3CO,2,（,g,）,的化學反

9、應熱,(4),？,蓋斯定律的練習,例,1.2,已知下列反應在,600,，,100 kPa,時的 為,（,1,）,3Fe,2,O,3,（,s,）,+,CO,（,g,）,=2Fe,3,O,4,（,s,）,+CO,2,（,g,）,（,2,）,Fe,3,O,4,（,s,）,+CO,（,g,）,=3FeO,（,s,）,+CO,2,（,g,）,(2)=22.57kJmol,-,1,(3)=,-,13.37kJmol,-,1,(1),=,-,6.27kJmol,-,1,（,3,）,FeO,（,s,）,+CO,（,g,）,=Fe,（,s,）,+CO,2,（,g,）,13,1.3,化學反應的熱效應,標準態(tài),:,

10、在溫度,T,和壓力,p,(100 kPa),下,該物質的,狀態(tài)。,純理想氣體的標準態(tài)：該氣體處于標準壓力,p,下的狀態(tài)。,1.3.3,熱力學標準態(tài),純固體和液體：壓力為,p,的狀態(tài)。,（,1,）,由于溫度沒有給定，因此每一個溫度都存在一個標準態(tài)。,溶液中的溶質標準態(tài)：濃度為,1 molL,-1,的狀態(tài)。,混合理想氣體中任一組分的標準態(tài)：該氣體組分得分壓,力為,p,的狀態(tài),。,（,2,）,本書所用的數(shù)據(jù)如不加以說明，一般都是,T,298K,時的,數(shù)據(jù)，此時溫度就不標明了。,14,1.3,化學反應的熱效應,標準摩爾生成焓（簡稱標準生成焓）：在標態(tài)下，由最穩(wěn)定單質（這里人為地規(guī)定最穩(wěn)定單質的標準摩爾

11、生成焓為,0,）生成單位物質的量（,1mol,物質）的純物質時反應的焓變。以符號,表示，常用單位是,kJmol,-1,。,例如：,H,2,(g),+,1/2O,2,(g),=,H,2,O(l),反應焓變,:,r,H,m,(298.15 K)=,-,285.8 kJmol,-1,1.3.4,單質和化合物的標準摩爾生成焓,H,2,O,的標準生成焓,:,f,H,m,(298.15 K)=,-,285.8 kJmol,-1,*,水合離子的標準生成焓,:,規(guī)定水中,H,+,離子標準生成焓為零,并 規(guī)定濃度為,1 molL,-1,的水合離子為標準態(tài)，據(jù)此,可獲得該水合離子的標準生成焓,15,1.3.5,化

12、學反應標準焓變的計算,假設化學反應,:,AB+CD,AC+BD (1),AB+CD,A+B+C+D,AC+BD,(2)(3),根據(jù)蓋斯定律,可得,:,因而,可得,:,根據(jù)標準生成焓的概念,可得,:,即,:,16,1.3,化學反應的熱效應,1.3.5,化學反應標準焓變的計算,任一化學反應,:,a,A+,f,F,g,G+,d,D,可得,:,式中 為相應的化學計量數(shù)，對反應物取負值，,對產物取正值,。,17,1.3,化學反應的熱效應,1.3.5,化學反應標準焓變的計算,例,1.3,試計算反應,2Al(s)+Fe,2,O,3,(s),Al,2,O,3,(s)+2Fe(s),的標準焓變。查表可得,:,(

13、Fe,2,O,3,)=-824.2 kJmol,-1,(Al,2,O,3,)=-1675.7 kJmol,-1,18,1.3,化學反應的熱效應,1.3.5,化學反應標準焓變的計算,在計算化學反應熱時，應注意以下幾點,：,(1),必須注明參與反應物質所處的狀態(tài)：,g(,氣態(tài),),，,l(,液態(tài),),，,s,固態(tài),),，,aq(,水溶液,),。對于同質異晶物質還必須注明晶型,(,如對于碳來說，是石墨、金剛石還是球碳等,),。,(4),化學反應的,H,一般隨溫度,(,T,),而變化，但變化不大。因此在溫度變化不是很大計算精度要求不高的情況下，可以不考慮溫度對,H,的影響。后面如不加特殊說明，都按此處

14、理。為了簡化書寫，對于與溫度有關的熱力學量,(,如,H,及后面要提到的熵,S,等,),，如不標明溫度，均指溫度為,298K,。,(2),由于焓,(,H,),與物質的量成正比，所以必須依據(jù)配平的化學方程式來計算,H,。,(3),正反應的,H,與逆反應的,H,數(shù)值相等而符號相反,。,19,對于化學反應,0=,若任一物質,B,的物質的量初始狀態(tài)時為,n,B0,，某一狀態(tài)時為,n,B,，則反應進度的定義為,對于任意一個化學反應,a,A+,f,F,=,g,G+,d,D,(,a,、,f,、,g,、,d,為化學計量數(shù),),也可用通式表示,:,0=,按此通式，肼,(N,2,H,4,),的燃燒反應,：,1.3.

15、6,反應進度,0=3N,2,(g),+4H,2,O(g),-2N,2,H,4,(l),-N,2,O,4,(g),2N,2,H,4,(l),+N,2,O,4,(g)=3N,2,(g),+4H,2,O(g),1.3,化學反應的熱效應,20,3.1,化學反應速率的表示,1.,反應進度,對反應進度的幾點說明：,(1),對于指定的化學計量方程式，,n,B,為定值，,隨,B,物質 量的變化而變化，故,可度量反應進行的程度。,(4),對于指定的化學計量方程式，當,n,B,的數(shù)值等于,n,B,時,則,=1mol,。它表示各物質按反應方程式進行了完全反應，也就是前面提到的,1mol,反應。,(2),由于,n,B

16、,的量綱為,1,，,n,B,的單位為,mol,，所以,的單位也是,mol,。,(3),對于反應進度定義式表示的化學反應,a,A+,f,F,=,g,G+,d,D,可以寫成,21,對于,1 mol,反應的理解,例,1.,對于反應：,N,2,+3H,2,=2NH,3,=1 mol,意味著,1mol N,2,與,3mol H,2,完全反應生成,2mol NH,3,。,3.1,化學反應速率的表示,1.,反應進度,例,2.,對于反應,1/2N,2,+3/2H,2,=NH,3,，,1mol,意味著,1/2mol N,2,與,3/2mol H,2,完全反應生成,1mol NH,3,。,所以，使用反應進度概念時一定要指明相應的化學計量方式，否則就是不明確的。有了熱力學第一定律，也掌握了化學反應熱的計算，就可以進一步討論化學反應的方向了。,