第一章化学反应的基本规律PPT讲稿.ppt
第一章 化学反应的基本规律2第1页，共21页，编辑于2022年，星期一（2）.恒容反应热恒容反应热 QV 与热力学能变化与热力学能变化 U U=Q+W QV=U=U2 U1 上式说明，恒容过程中系统的热量变化 QV 全部变成热力学能的改变 U。V=0体积功 W=-pV=0在没有非体积功时第2页，共21页，编辑于2022年，星期一QV=cw(H2O)m(H2O)+Cs T 图4-1 弹式热量计示意图 温度计点火电线搅拌器样品水绝热外套和 钢质容器钢弹cw(H2O)为水的质量热容，m(H2O)为水的质量，Cs 为钢弹及内部物质和金属容器组成的物质系统的总热容，T 为测量过程中温度计的最终读数T2与起始读数之差T1。恒容过程中的热量恒容过程中的热量 QV 测定测定 第3页，共21页，编辑于2022年，星期一（3）.恒压反应热恒压反应热 Qp 与焓变与焓变 H 敞开体系中（体系与环境的压力相同即恒压），恒压过程中压强 p 不变，体积 V 可以变化，（大多数化学反应都如此）由热力学第一定律Qp=U+pV=U+(p2V2 p1V1)=(U2+p2V2)(U1+p1V1)得：热力学中将热力学中将(U+pV)定义为焓，符号为定义为焓，符号为 H。上式说明，恒压过程中系统热量 Qp 的变化等于终态和始态的(U+pV)值之差。U=Q+W=Qp+(pV)第4页，共21页，编辑于2022年，星期一H=U+pV 焓 H 在系统状态变化过程中的变化值就是H，H 在热在热力学中称力学中称焓变焓变，即Qp=H2 H1=H即 焓的变化 H 在数值上等于等压过程中吸收或放出的热量，即 H0，表示系统吸热，H0，表示系统放热。(物理意义可理解为体系内能与潜在的作用能力之和，其绝对值也不知道)第5页，共21页，编辑于2022年，星期一（4）.热力学能变化热力学能变化 U 和焓变和焓变 H 的关系的关系 U(QV)和H(Qp)都是系统中原子及其分子等结合态动能、势能变化的总和，也就是系统总能量的变化。当反应物和生成物都为固态和液态时，反应的 pV 值很小，可忽略不计。V 0可得：H U U=H pVU=Q+W=Qp+(pV)将 Qp=H2 H1=H 代入故第6页，共21页，编辑于2022年，星期一当固态和液态变为气体时，V增加倍左右。若有气体参与反应H=U pV U nRTn为产物的气体分子数减去反应物气体分子数（pV nRT）第7页，共21页，编辑于2022年，星期一 2.热化学方程式热化学方程式 标明反应热效应的方程式标明反应热效应的方程式C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rH m=-393.5 kJ/mol25 C,标准状态，标准状态，r:reaction(化学反应）化学反应）m:mol(摩尔）摩尔）:热力学标准状态热力学标准状态(标态标态)(标态标态：只涉及浓度与压力，与温度无关！：只涉及浓度与压力，与温度无关！)注意注意：反应物、产物要配平反应物、产物要配平 标明物质的状态标明物质的状态(g),(s),(l),(aq)反应的焓变反应的焓变(热变化热变化)，是指是指“1 mol 反应反应”，与反应式的写法有关。与反应式的写法有关。第8页，共21页，编辑于2022年，星期一 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)rH m=-241.8kJ.mol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)rH m=-482.6kJ.mol-1 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rH m=-286.0kJ.mol-1标准态：温度为任意标准态：温度为任意(建议建议298.15K)气态时气态时(P),为为1 bar(1.0105 Pa 或或 100 kPa）溶液时溶液时，1mol.L-3 纯液体、纯固体纯液体、纯固体：标准压力：标准压力（100 kPa)下的纯净物。下的纯净物。第9页，共21页，编辑于2022年，星期一 H 的获得：的获得：1、实验测定；、实验测定；2、理论计算理论计算 有些化学反应的有些化学反应的 rH 是无法直接测定的，需计算。是无法直接测定的，需计算。热效应的计算热效应的计算 1）反应热加合定律（）反应热加合定律（Hess定律）定律）一个反应若能分解成一个反应若能分解成2步或几步实现，则总反应的步或几步实现，则总反应的 rH等等于各分步反应于各分步反应 rH值之和。值之和。例如：例如：(1)Sn(s)+Cl2=SnCl2(s)rH1 =-349.8kJ.mol-1(2)SnCl2(s)+Cl2(g)=SnCl4(l)rH2=-195.4kJ.mol-1 (3)Sn(s)+Cl2=SnCl4(l)rH3=？kJ.mol-1 反应反应(3)=反应反应(1)+反应反应(2)rH3=rH1 +rH2=-545.2 kJ.mol-1第10页，共21页，编辑于2022年，星期一 化学反应的反应热（恒压或恒容下）只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。盖斯定律始态 C(石墨)+O2(g)终态 CO2(g)有：=+IIIII第11页，共21页，编辑于2022年，星期一 (1)C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rH1 =-393.5kJ.mol-1(2)CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)rH2=-283kJ.mol-1 (3)C(石墨石墨)+1/2O2(g)=CO(g)rH3=？kJ.mol-1反应反应(1)=反应反应(2)+反应反应(3)rH3=rH1 rH2=-110.5 kJ.mol-1第12页，共21页，编辑于2022年，星期一正反应正反应rH =逆反应逆反应rH 依盖斯定律，利用一些反应已知的，可方便依盖斯定律，利用一些反应已知的，可方便求出另一反应的未知反应热（往往是难用实验方求出另一反应的未知反应热（往往是难用实验方法直接测定的，如上题）法直接测定的，如上题）但常需要一些化学方程式的的加减，有时也较复杂，但常需要一些化学方程式的的加减，有时也较复杂，能否很方便的计算未知反应的反应热？象计算代能否很方便的计算未知反应的反应热？象计算代数式一样计算？数式一样计算？第13页，共21页，编辑于2022年，星期一已知298.15K时反应：3H2(g)+N2(g)=2NH3(g),rH1=-92.22kJ.mol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g).rH2=-483.64kJ.mol-1计算下列反应4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)的rH3 。解：反应=反应3反应2 rH3 =3rH2 2rH1 =3(-92.22)2(-483.64)=-690.54kJ.mol-1第14页，共21页，编辑于2022年，星期一二标准生成焓二标准生成焓 在标态和在标态和 T(K)条件下，由稳定态单质生成条件下，由稳定态单质生成 1mol 化合物（或不稳定态单质或化合物（或不稳定态单质或其它物种其它物种）时的焓变叫做该物质在）时的焓变叫做该物质在T(K)时的标准生成焓。记作时的标准生成焓。记作 ，简，简写为写为 。（通常为。（通常为298 K)单位单位:kJ/mol稳定态单质：稳定态单质：在标态及指定温度下在标态及指定温度下能稳定存在能稳定存在的单质。的单质。如：如：稳定态单质稳定态单质 H2(g),Hg(l),Na(s)H2(l),Hg(g),Na(g)C(石墨）石墨）C(金刚石）金刚石）白磷白磷 红磷红磷 稳定态单质的生成焓等于零稳定态单质的生成焓等于零稳定态单质的生成焓等于零稳定态单质的生成焓等于零。是否是否是否？01.8970-17.6第15页，共21页，编辑于2022年，星期一对稳定态单质的讨论：对稳定态单质的讨论：大学化学大学化学大学化学大学化学2001.16.562001.16.56对稳定态单质的要求：对稳定态单质的要求：反应活性高反应活性高、有利于生成一系列化合物；、有利于生成一系列化合物；应应无副反应无副反应发生；发生；结构要清楚结构要清楚单一、便于纯化；容单一、便于纯化；容易得易得到、价到、价格比较便宜。格比较便宜。（红磷的结构至今不是太清楚，是在发明了高压技术以后才被发现的）（红磷的结构至今不是太清楚，是在发明了高压技术以后才被发现的）历史发展：历史发展：有些物质是后来发现的，如有些物质是后来发现的，如C60、C70 的标准摩尔生成焓的标准摩尔生成焓分别是分别是-2594 和和-29956 kJ/mol。但较石墨难于得到。但较石墨难于得到。其它说法：其它说法：任何任何指定单质指定单质的标准摩尔生成焓为零。的标准摩尔生成焓为零。问题的关键：问题的关键：最最重要的是重要的是反应过程的反应过程的焓变焓变，而，而不是焓值不是焓值的绝对大的绝对大小。小。第16页，共21页，编辑于2022年，星期一Dr Hm=r Hm(I)r Hm(II)反应物生成物即：标准摩尔焓变 r Hm 的计算IIIII记住此公式记住此公式始态指定单质第17页，共21页，编辑于2022年，星期一化学反应的焓变计算化学反应的焓变计算 H=i Hf(生成物生成物)i Hf(反应物反应物)例1：3 Fe2O3(s)+CO(g)=2 Fe3O4(s)+CO2(g)H=2 Hf,Fe3O4(s)+Hf,CO2(g)3 Hf,Fe2O3(s)+Hf,CO(g)=2(-1118）+（-393.5)(查表）查表）3(-824.2)+(-110.5)=-46.4(kJ/mol)第18页，共21页，编辑于2022年，星期一例4.5 葡萄糖在体内供给能量的反应是最重要的生物化学反应之一。其完全氧化的反应如下：C6H12O6(s)+6 O2(g)=6 CO2(g)+6 H2O(l)试利用物质 298 K 时的 f Hm(B)估算每克葡萄糖的热值。C6H12O6(s)+6 O2(g)=6 CO2(g)+6 H2O(l)f Hm(B)/(kJmol1)1 274.5 0 393.5 285.8=2 801.3 kJmol1=6fHm(CO2,g)+6fHm(H2O,l)fHm(C6H12O6,s)6fHm(O2,g)=6(393.5)+6(285.8)(1 274.5)60 kJmol1 解：第19页，共21页，编辑于2022年，星期一又知 M(C6H12O6)=180 gmol1葡萄糖的热值 所以：同样可计算脂肪、蛋白质、糖类的热值。这就是根据热量需求而进行的食谱计算的原理。第20页，共21页，编辑于2022年，星期一3.rHm(T)=rHm(298.15K)反应焓变随温度变化较小,计算时可作不变处理。原因:反应物和产物的生成焓都随温度升高而增大,结果相互基本抵消。第21页，共21页，编辑于2022年，星期一
