第一章 热化学与能量转化精选PPT.ppt

第一章 热化学与能量转化1第1页，本讲稿共88页研究化学反应经常遇到的问题研究化学反应经常遇到的问题1.1.化学反应能否自发进行？化学反应能否自发进行？2.2.反应进行的速率有多大？反应进行的速率有多大？3.3.反应进行的极限反应进行的极限(化学平衡化学平衡)。4.4.反应中的能量变化反应中的能量变化(热化学热化学)。5.5.反应是如何进行的反应是如何进行的(反应机理反应机理)？2第2页，本讲稿共88页第一章热化学与能源第一章热化学与能源基基本本内内容容3.3.阐明化学反应中的质量关系和能阐明化学反应中的质量关系和能 量关系。量关系。1.1.阐述化学中的计量阐述化学中的计量，以巩固高中以巩固高中 化学中的有关概念化学中的有关概念;2.2.引入化学计量数引入化学计量数，反应进度反应进度，状状 态函数态函数,标准态和反应焓变等重标准态和反应焓变等重 要概念要概念;3第3页，本讲稿共88页 会应用热化学方程式和会应用热化学方程式和物质的标准摩尔生成焓计物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变算标准摩尔反应焓变。基基基基本本本本要要要要求求求求第一章热化学与能源第一章热化学与能源4第4页，本讲稿共88页第一章热化学与能源第一章热化学与能源1-1反应热的测量反应热的测量1-2反应热的理论计算反应热的理论计算目目目目录录录录1-3能源及其有效与清洁能源及其有效与清洁利用利用5第5页，本讲稿共88页第一节第一节 反应热的测量反应热的测量第6页，本讲稿共88页1-1-1基本概念基本概念1 1、系统与环境、系统与环境1 1、定义、定义系统系统:所需研究的那部分物质或空间。所需研究的那部分物质或空间。环境环境:体系之外与体系有一定联系的体系之外与体系有一定联系的其它物质或空间。其它物质或空间。体系体系环境环境物质物质能量能量7第7页，本讲稿共88页2 2、分类、分类 根据系统与环境之间联系，把系统分为三种类根据系统与环境之间联系，把系统分为三种类型：型：敞开系统敞开系统系统与环境之间，既有物系统与环境之间，既有物质传递又有能量交换。质传递又有能量交换。封闭系统封闭系统系统与环境之间，没有物系统与环境之间，没有物质传递而只有能量交换。质传递而只有能量交换。隔离系统隔离系统(孤立系统孤立系统)系统与环境之系统与环境之间，既没有物质传递也没有能量传递间，既没有物质传递也没有能量传递。第8页，本讲稿共88页封闭系统封闭系统 三种热力学系统：三种热力学系统：孤立系统孤立系统 孤立系统孤立系统是一种科学的抽象是一种科学的抽象,对于科对于科学研究有重要意义学研究有重要意义.敞开系统敞开系统9第9页，本讲稿共88页2 2、聚集体和相、聚集体和相 自然界中物质呈现的聚集状态，熟知的有气态，自然界中物质呈现的聚集状态，熟知的有气态，液态和固态，此外还有等离子体态，超高温下地壳内液态和固态，此外还有等离子体态，超高温下地壳内部状态等。部状态等。任一聚集状态内部物理及化学性质的均匀部任一聚集状态内部物理及化学性质的均匀部分称为分称为相相。例如，有两种气体组成的混合物，在低压及中压例如，有两种气体组成的混合物，在低压及中压下只有一个相，但在高压下，气体可能分层，有界面，下只有一个相，但在高压下，气体可能分层，有界面，且该界面两边气体的性质发生突变，实为两个相，但这且该界面两边气体的性质发生突变，实为两个相，但这个体系却只有一种聚集态个体系却只有一种聚集态气态。气态。10第10页，本讲稿共88页 又如，不形成固溶体的三种不同物质的固体混合又如，不形成固溶体的三种不同物质的固体混合物，体系只存在一种聚集态物，体系只存在一种聚集态固态，但无论将他们固态，但无论将他们研磨的如何细微，混合的如何均匀，仍然是三相混研磨的如何细微，混合的如何均匀，仍然是三相混合物。合物。所以处于同一相中的物质一定处于同一聚集态，所以处于同一相中的物质一定处于同一聚集态，而处于同一聚集态的物质不一定是处于同一相中。而处于同一聚集态的物质不一定是处于同一相中。液体，不分层为一相，分几层为几相；液体，不分层为一相，分几层为几相；固体，有几种固体为几相。固体，有几种固体为几相。11第11页，本讲稿共88页思考思考：1)101.325kPa，273.15K(0C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。2)CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数。12第12页，本讲稿共88页1.状状态态：表表征征体体系系性性质质的的物物理理量量所所确确定定的的体体系系存存在在形式。形式。由由 p、V、T、n 等物理量所确定下来的体系存在的等物理量所确定下来的体系存在的形式称为体系的状态形式称为体系的状态3 3、状态及状态函数、状态及状态函数 对一系统，各种性质都有确定数值，该系统的状对一系统，各种性质都有确定数值，该系统的状态便被确定；反之，当系统状态已确定时，该系统的态便被确定；反之，当系统状态已确定时，该系统的各种性质也必都有确定的值。各种性质也必都有确定的值。13第13页，本讲稿共88页2.2.状态函数：状态函数：确定体系状态的宏观性质的物理量称确定体系状态的宏观性质的物理量称为状态函数为状态函数如如 物质的量、压力、体积、温度物质的量、压力、体积、温度3.3.状态函数的特点：状态函数的特点：(1)(1)体系的状态一确定，各状态函数均有确定值。体系的状态一确定，各状态函数均有确定值。(2)(2)体系状态发生变化时体系状态发生变化时,各状态函数的改变量，各状态函数的改变量，只与始态和终态有关只与始态和终态有关,与变化的途径与变化的途径无关。无关。14第14页，本讲稿共88页(3)(3)描述体系所处状态的各状态函数之间是有描述体系所处状态的各状态函数之间是有联系的。联系的。理想气体理想气体T=280K理想气体理想气体T=300K理想气体理想气体T=350KT T=350K-300K=50K=350K-300K=50K15第15页，本讲稿共88页P3=303.9kPaT3=473KV3=0.845m3p1=101.3kPaT1=373KV1=2m3p1=202.6kPaT1=373KV1=1 m3 （I）加 压（II）加压、升温加压、升温减压、降温始始 态态终终 态态图图1-1 1-1 理想气体两种不同变化过程理想气体两种不同变化过程即：即：X=X2-X116第16页，本讲稿共88页广度性质和强度性质广度性质和强度性质状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：广度性质：广度性质：其量值具有加和性，加和性，如体积、质量等。强度性质：强度性质：其量值不具有加和性，不具有加和性，如温度、压力等。思考思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称热力学中称为压力为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？推论推论：摩尔体积摩尔体积(体积除以物质的量体积除以物质的量)是什么性质的物理量？是什么性质的物理量？力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。量的商是一个强度性质的物理量。17第17页，本讲稿共88页4 4、过程与途径、过程与途径1.1.过程过程:体系状态变化的过程体系状态变化的过程 T T一定一定 T=0 T=0 (等温过程等温过程)p p一定一定 p=0 p=0 (恒压过程恒压过程)V V一定一定 V=0 V=0 (恒容过程恒容过程)体系与环境间无热交换体系与环境间无热交换 Q Q0(0(绝热过程绝热过程)2.2.途径：途径：完成过程的具体步骤称为途径完成过程的具体步骤称为途径 状态状态1 1 状态状态2 2：途径不同，途径不同，状态函数改变量相同；状态函数改变量相同；18第18页，本讲稿共88页298 K，101.3 kPa298K，506.5 kPa375 K，101.3 kPa375 K，506.5 kPa恒温过程恒温过程途径(II)恒恒压压过过程程途径(I)恒温过程恒温过程(I)恒恒压压过过程程(II)实际过程图图1-21-2 实际过程与完成过程的不同途径实际过程与完成过程的不同途径19第19页，本讲稿共88页化学反应化学反应cC+dD=yY+zZ移项移项0=-cC-dD+yY+zZ令令-c=C、-d=D、y=Y、z=Z0 B BB BB可简化写出化学计量式的通式：可简化写出化学计量式的通式：得得0=CC+DD+YY+ZZB B表示反应中物质的化学式，表示反应中物质的化学式，B B是是B B的化学计量数。的化学计量数。化学计量数化学计量数()5 5、化学计量数和反应进度、化学计量数和反应进度20第20页，本讲稿共88页 对于同一个化学反应，化学计量系数对于同一个化学反应，化学计量系数与化学反应方程式的写法有关。例如，合与化学反应方程式的写法有关。例如，合成氨反应写成：成氨反应写成：规定，反应物的化学计量数为负，规定，反应物的化学计量数为负，产物的化学计量数为正。产物的化学计量数为正。21第21页，本讲稿共88页N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3=(N2)N2+(H2)H2+(NH3)NH3N2、H2、NH3的化学计量数的化学计量数(N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2表明反应中每消耗表明反应中每消耗1molN2和和3molH2生成生成2molNH3例例22第22页，本讲稿共88页若写作：若写作：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)则则v（N2）=1/2，v（H2）=3/2，v（NH3)=1而对其逆反应：而对其逆反应：2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)则则v（N2）=1，v（H2）=3，v（NH3）=223第23页，本讲稿共88页反应进度反应进度0 B BB BB对于化学计量方程式对于化学计量方程式d=B-1dnB nBB的物质的量的物质的量的单位为的单位为molB为为B的化学计量数的化学计量数即反应系统中任一反应物或生成物在即反应系统中任一反应物或生成物在反应过程中物质的量的变化反应过程中物质的量的变化(nB)与该与该物质的计量系数物质的计量系数(B)的商就是反应进度的商就是反应进度()。24第24页，本讲稿共88页反应进度反应进度对于有限的变化，改写为对于有限的变化，改写为=B-1 nB开始时开始时0=0、nB(0)，积分到，积分到时、时、nB()得：得：(-0)=nB()-nB(0)B则则=nB()-nB(0)BnB=B25第25页，本讲稿共88页例例反应：反应：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3的化学计量数的化学计量数(N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2当当0 00 0时时,若有足够量的若有足够量的N N2 2和和H H2 2、n n(NH(NH3 3)0 0根据根据、n nB B/B B n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000-1-1-321-2-64212123226第26页，本讲稿共88页 n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000-1-1-321-2-6421232对同一化学反应方程式，对同一化学反应方程式，反应进度反应进度()的值与的值与选用反应式中何种物选用反应式中何种物质的量的变化质的量的变化进行计算无关。进行计算无关。例例反应：反应：N2+3H2=2NH31227第27页，本讲稿共88页注意注意:同一化学反应如果化学反应方程式的写法同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同（亦即不同（亦即B不同），相同反应进度时不同），相同反应进度时对应各物质的量的变化会有区别。对应各物质的量的变化会有区别。例如：当例如：当=1mol时时反应方程式反应方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3 n(N2)/mol-1 n(H2)/mol-3 n(NH3)/mol121212323228第28页，本讲稿共88页1-1-2反应热的测量反应热的测量(heatingeffectmeasurement)1 1 热效应测量原理热效应测量原理第29页，本讲稿共88页2 2 测量装置测量装置氧弹式量热计氧弹式量热计(calorimeter)(calorimeter)30第30页，本讲稿共88页31第31页，本讲稿共88页3.3.测量方法与步骤：测量方法与步骤：准确称量反应物准确称量反应物(固态或液态）装入钢弹固态或液态）装入钢弹 内，通入氧气，密封内，通入氧气，密封;将钢弹安放在一钢质容器中，向容器内加入将钢弹安放在一钢质容器中，向容器内加入 足够的已知质量的水，使钢弹淹没，钢弹与足够的已知质量的水，使钢弹淹没，钢弹与 环境绝热环境绝热;精确测定系统的起始温度精确测定系统的起始温度(T(T1 1););电火花引发反应，测量系统电火花引发反应，测量系统(包括钢弹及内包括钢弹及内 部物质、水和金属容器等部物质、水和金属容器等)的终态温度的终态温度(T(T2 2)。32第32页，本讲稿共88页 q q-q(H-q(H2 2O)+qO)+qb b -C(H-C(H2 2O)T+CO)T+Cb bTT -C-CTT33第33页，本讲稿共88页例例1:1:将将0.500g N0.500g N2 2H H4 4(l l)在盛有在盛有1210g H1210g H2 2O O的弹式量热计的钢的弹式量热计的钢弹内完全燃烧尽。系统温度由弹内完全燃烧尽。系统温度由293.18K293.18K升至升至294.82K294.82K。已知钢。已知钢弹组件在实验温度时的总热容为弹组件在实验温度时的总热容为848 J848 JK K-1-1。计算此条件。计算此条件下联氨完全燃烧所放出的热量。下联氨完全燃烧所放出的热量。解：解：Q=-(CQ=-(CH H2 2O O+Cb)+Cb)TT=-(4.181210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)=-(4.181210+848)(294.82-293.18)=-9690(J)显然，此热量与所用反应物的质量有关，显然，此热量与所用反应物的质量有关，-9690J-9690J是是对对0.500g N0.500g N2 2H H4 4(l l)而言的，若以而言的，若以1 mol N1 mol N2 2H H4 4(l l)计，则可乘以计，则可乘以N N2 2H H4 4的摩尔质量，即：的摩尔质量，即：Q=-9690/0.50032=-620160 JQ=-9690/0.50032=-620160 Jmolmol-1-134第34页，本讲稿共88页第二节第二节 反应热的理论计算反应热的理论计算35第35页，本讲稿共88页1-2-11-2-1热力学第一定律热力学第一定律 热力学第一定律热力学第一定律（能量守恒定律（能量守恒定律）“在任何过程中，能量既不能创造，也在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭，不能消灭，只能从一种形式转化为另一种只能从一种形式转化为另一种形式。形式。”基本概念：热力学能、热和功。基本概念：热力学能、热和功。第36页，本讲稿共88页符号：符号：U，单位：单位：kJkJ 、J 。U 是状态函数；是状态函数；无绝对数值；无绝对数值；U=U(终态终态)U(始态始态)其值与其值与n n 成正比。成正比。包括分子平动能、包括分子平动能、分子振动能、分子分子振动能、分子转动能、电子运转动能、电子运动能、核能等动能、核能等即内能即内能系统内部能量的总和。系统内部能量的总和。热力学能热力学能(以往称内能以往称内能)37第37页，本讲稿共88页 热热(Q Q)：体系和环境之间因温度不同而传递或交：体系和环境之间因温度不同而传递或交换的能量的形式。换的能量的形式。功和热功和热是体系的状态发生变化时，体是体系的状态发生变化时，体系和环境传递或交换能量的两种形式。系和环境传递或交换能量的两种形式。符号：符号：Q，注意注意 热不是状态函数热不是状态函数 单位为单位为J J、kJkJ体系吸热，体系吸热，Q 0；体系放热，；体系放热，Q 0W 0,0,H H 0 0放热反应：放热反应：Q Qp p 0,0,H H 0 0如：如：2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)2H 2H2 2O(l)O(l)H HQ Qp p=-571.66kJ=-571.66kJmolmol-1-1H H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H H2 2O(l)O(l)H H Q Qp p=-285.83kJ=-285.83kJmolmol-1-11 12 247第47页，本讲稿共88页定容反应热与定压反应热的关系定容反应热与定压反应热的关系已知已知 定容反应热：定容反应热：QV=U；定压反应热：定压反应热：Qp=Up+p(V2 V1)等温过程，等温过程，Up UV，则：则：Q Qp p Q QV V=n n2 2(g)(g)RTRT n n1 1(g)(g)RTRT=n n(g)(g)RTRT对于理想气体反应，有：对于理想气体反应，有：对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。质的量。HU=QpQV=p(V2 V1)48第48页，本讲稿共88页 思考思考：若反应：若反应 C(C(石墨石墨)+O)+O2 2(g)CO(g)CO2 2(g)(g)的的Q Qp,mp,m为为393.5kJ393.5kJmol mol 1 1，则该反应的，则该反应的Q QV,mV,m 为为多少？多少？该反应的该反应的n n(g)=0(g)=0，Q QV V=Q Qp p 所以所以 对于没有气态物质参与的反应或对于没有气态物质参与的反应或n n(g)(g)=0=0的反应，的反应，Q QV V Q Qp p 对于有气态物质参与的反应，且对于有气态物质参与的反应，且n n(g)(g)0 0的反应，的反应，Q QV V Q Qp p49第49页，本讲稿共88页表示化学反应与热效应关系的方程式表示化学反应与热效应关系的方程式 rHm摩尔反应焓变摩尔反应焓变 rHm=-241.82kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa如如12表示在表示在298.15K、100kPa下，当反应进度下，当反应进度=1mol时时(1molH2(g)与与molO2(g)反应，反应，生成生成1molH2O(g)时时)，放出，放出241.82kJ热量。热量。124 4 热化学方程式热化学方程式50第50页，本讲稿共88页 热化学方程式热化学方程式注意：注意：1.注明反应的温度、压力等。注明反应的温度、压力等。2.注明各物质的聚集状态。注明各物质的聚集状态。3.注明反应的热效应。注明反应的热效应。如如 rHm=-241.82kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa1251第51页，本讲稿共88页注明各物质的聚集状态，聚集状态不注明各物质的聚集状态，聚集状态不同，热效应不同。同，热效应不同。52第52页，本讲稿共88页5.正正、逆反应的逆反应的Qp的绝对值相同的绝对值相同,符号相反。符号相反。HgO(s)Hg(l)+O2(g)rHm=90.83kJmol-112Hg(l)+O2(g)HgO(s)rHm=-90.83kJmol-1124.同一反应同一反应,反应式系数不同反应式系数不同,rHm不同不同。rHm=-483.64kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(g)rHm=-241.82kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa12第53页，本讲稿共88页在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做非体在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做非体积功，则反应热只取决于反应的始态和终态，而与积功，则反应热只取决于反应的始态和终态，而与变化过程的具体途径无关。变化过程的具体途径无关。即化学反应的焓变只取决于反应的始态和终即化学反应的焓变只取决于反应的始态和终态，而与变化过程的具体途径无关。态，而与变化过程的具体途径无关。Q QV V=U=U=U=U2 2-U-U1 15 5 盖斯盖斯(Hess)(Hess)定律定律54第54页，本讲稿共88页C(s)+O2(g)rHmCO(g)+O2(g)12 H1 H2CO2(g)rHm=H1+H2应用盖斯定律不仅可计算某些恒压反应热，而且可应用盖斯定律不仅可计算某些恒压反应热，而且可计算难以或无法用实验测定的反应热。计算难以或无法用实验测定的反应热。H1=rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53kJmol-1 根据盖斯定律，若化学反应可以加和，则其根据盖斯定律，若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。反应热也可以加和。55第55页，本讲稿共88页推理：任一化学反应可以分解为若干最基本的反应推理：任一化学反应可以分解为若干最基本的反应（生成（生成反应）反应），这些，这些生成生成反应的反应热之和就是该反应的反应反应的反应热之和就是该反应的反应热。热。如：如：AB+CD=AC+BDHA+B=ABH1;C+D=CDH2;A+C=ACH3;B+D=BDH4。则：则：H=H4+H3-H1-H2即即:rH=irHi56第56页，本讲稿共88页例例2 2：已知：已知：C C（s s）+O+O2 2（g g）COCO2 2（g g）=-393.5kJ=-393.5kJ.molmol-1-1COCO(g(g)+O O2(g)2(g)COCO2(g2(g)=-=-283.0kJ283.0kJ.molmol-1-1问问:C:C(s)(s)+O O2(g)2(g)COCO(g)(g)=?=?解解:按盖斯定律按盖斯定律=(-393.5)-(-283.0)kJ(-393.5)-(-283.0)kJ.molmol-1-1 =-110.5kJ-110.5kJ.molmol-1-1Hm1Hm2Hm3Hm357第57页，本讲稿共88页1-2-31-2-3反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算标准标准(状状)态态（1 1）气体物质的标准态是在标准压力气体物质的标准态是在标准压力(P P=100.00kPa)=100.00kPa)时时的的(假想的假想的)理想气体状态理想气体状态;（2 2）溶液中溶质）溶液中溶质B B的标准态是的标准态是:在标准压力在标准压力p p时的标准质量时的标准质量摩尔浓度摩尔浓度b b=1.0mol=1.0mol.kgkg-1-1(近似为近似为1mol1molL L-1-1)时的理想溶液时的理想溶液;（3 3）液体或固体的标准态是）液体或固体的标准态是:在标准压力在标准压力p p时的纯液体或时的纯液体或纯固体。纯固体。n标准态对标准态对温度温度没有规定，没有规定，不同温度不同温度下有下有不同标准态不同标准态58第58页，本讲稿共88页 在指定温度在指定温度T T及标准状态下，由最稳定的及标准状态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量某物质时反应的焓纯态单质生成单位物质的量某物质时反应的焓变变(即恒压反应热即恒压反应热)称为称为该物质的标准摩尔生该物质的标准摩尔生成焓成焓 符号：符号：fHm(B，T)，单位单位:kJmol-1。fHm0，吸热。，吸热。标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓f fH Hm m59第59页，本讲稿共88页 标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓2.fHm代数值越小代数值越小,化合物越稳定。化合物越稳定。3.必须注明温度，若为必须注明温度，若为298.15K时可省略。时可省略。1.最稳定纯态单质最稳定纯态单质 fHm=0,如如 fHm(石墨石墨)=0。注意：注意：高温时分解高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解加热不分解-635.09CaO(s)稳定性稳定性 fHm/(kJmol-1)物质物质60第60页，本讲稿共88页 因为因为QP=H,所以恒温恒压条件下的反应热可表示为反应的所以恒温恒压条件下的反应热可表示为反应的焓变焓变:rH(T);反应系统的反应系统的n nB B确定为确定为1mol1mol时时,反应热称为反应的摩尔焓反应热称为反应的摩尔焓变变:rHm(T)；在标准状态下的摩尔焓变称反应的标准摩尔在标准状态下的摩尔焓变称反应的标准摩尔焓变焓变:rHm(T)反应的标准摩尔焓变反应的标准摩尔焓变rHm(T)61第61页，本讲稿共88页 例如例如:C:C(石石)+O+O2(g)2(g)COCO2(g)2(g)rHm 其中其中,C,C(石石)为碳的参考态元素为碳的参考态元素,O,O2(g)2(g)为氧的参考为氧的参考态元素态元素,此反应是生成反应。所以此反应的焓变即此反应是生成反应。所以此反应的焓变即是是COCO2 2（g g）的生成焓：的生成焓：rHm(T)(T)=fHm(COCO2 2,g g,T)*参考态元素通常指在所讨论的温度和压力下最稳定状态参考态元素通常指在所讨论的温度和压力下最稳定状态的单质。也有例外的单质。也有例外.如如:石墨石墨(C),(C),白磷白磷(P)(P)。62第62页，本讲稿共88页标准摩尔焓变的计算标准摩尔焓变的计算,以乙炔的完全燃烧反应为例以乙炔的完全燃烧反应为例:C C2 2H H2 2（g g）+5/2O+5/2O2 2（g g）2CO2CO2 2（g g）+H+H2 2O O（l l）可将此反应分解为四个生成反应：可将此反应分解为四个生成反应：2C+H2C+H2 2（g g）C C2 2H H2 2（g)g)r rH Hm1m1(T)=(T)=f fH Hm m(C(C2 2H H2,2,T)T)O O2(g)2(g)OO2 2（g g）r rH Hm2m2(T)=(T)=f fH Hm m(O(O2 2,T),T)C C(S)(S)+O+O2 2（g g）COCO2 2（g)g)22r rH Hm3m3(T)=2(T)=2f fH Hm m(CO(CO2 2,T),T)反应的标准摩尔焓变的计算反应的标准摩尔焓变的计算63第63页，本讲稿共88页H H2(g)2(g)+O+O2(g)2(g)HH2 2O O(l)(l)r rH Hm4m4(T)=(T)=f fH Hm m(H(H2 2O,l,T)O,l,T)根据盖斯定律根据盖斯定律：r rH Hm m(T)=(T)=i if fH Hmimi(T)(T)有有:r rH Hm m=2=2f fH Hm3m3+f fH Hm4m4-f fH Hm1m1-f fH Hm2m2通式：通式：rHm(T)=BBfHmB(T)64第64页，本讲稿共88页例例3 3 用生成焓计算反应用生成焓计算反应的标准摩尔反应焓。的标准摩尔反应焓。【解解】根据盖斯定律，设计如下途径：根据盖斯定律，设计如下途径：65第65页，本讲稿共88页解：利用盖斯定律，先设计该反应的热化学循环过程：解：利用盖斯定律，先设计该反应的热化学循环过程：CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(s)HH3 3HH2 2+Ca(s)+1/2OCa(s)+1/2O2 2(g)(g)H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)(g)HH298.15298.15+H+H1 1+H+H2 2=H=H3 3 HH298.15298.15H298.15=H3H1+H2=Hf(Ca(OH)2,s)-Hf(CaO,s)+Hf(H2O,l)=(-986.17)-(-635.13)+(-285.83)=-65.21kJ.mol-1例例4 4：已知恒压反应：已知恒压反应CaO(s)+HCaO(s)+H2 2O(l)Ca(OH)O(l)Ca(OH)2 2(s)(s)，求此反，求此反应的标准反应热（即标准焓变）应的标准反应热（即标准焓变）HH1 166第66页，本讲稿共88页结论：对一般反应结论：对一般反应67第67页，本讲稿共88页 标准摩尔反应焓变的计算标准摩尔反应焓变的计算化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物的化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标准摩标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标准摩尔生成焓的总和。尔生成焓的总和。化学反应：化学反应：cC+dD=yY+zZ(任一物质均处于温度任一物质均处于温度T的标准态的标准态)rHm=y fHm(Y)+z fHm(Z)-c fHm(C)+d fHm(D)rHm=i fHm(生成物生成物)+i fHm(反应反应物物)计算时计算时,注意系数和正负号注意系数和正负号68第68页，本讲稿共88页 计算时计算时,注意系数和正负号注意系数和正负号计算恒压反应计算恒压反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的的 rHm例例5解：解：4NH3(g)+5O24NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1-46.11090.25-241.82 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)kJmol-1=-905.48kJmol-169第69页，本讲稿共88页 (rHm)3=2(rHm)2=-22.6kJmol-1反应反应 rHm/kJmol-1序号序号2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s)Cu2O(s)-11.3计算计算 fHm(CuO,s)。例例6解解:(2)式式2=3式式2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)(3)式式+(1)式式=4式式2Cu(s)+O2(g)2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1=-314.6kJmol-122(rHm)4-314.6kJmol-1 fHm(CuO,s)=-157.3kJmol-170第70页，本讲稿共88页解：解：71第71页，本讲稿共88页72第72页，本讲稿共88页注注 意意 1 1 f fH HmBmB(298.15K)(298.15K)是热力学基本数是热力学基本数 据，可查表。单位：据，可查表。单位：kJkJ.molmol-1-1 2 2 r rH Hm m(T)(T)r rH Hm m(298.15K)(298.15K)；3 C3 C（石）（石）、H H2 2（g g）、O O2 2（g g）皆为参考态元皆为参考态元 素。参考态元素的标准摩尔生成焓素。参考态元素的标准摩尔生成焓 为零。为零。如：如：f fH Hm m(O(O2 2,g)=0,g)=0 4 4 由于由于f fH HmBmB与与n nB B成正比，在进行计成正比，在进行计 算时算时B B的化学计量数的化学计量数B B 不可忽略。不可忽略。73第73页，本讲稿共88页讨论：讨论：f f H Hm m与与 r r H Hm m的区别与联系的区别与联系fHmrHmfHmrHm74第74页，本讲稿共88页75第75页，本讲稿共88页 课堂练习：课堂练习：P43P43，1 1、2 2、P44P44，3 3、P45P45，8 8、9 9 作业：作业：P44P44，4 4、5 5P45P45，1111，1313，151576第76页，本讲稿共88页例例1 1：已知：已知298.15K298.15K时以下各反应的焓变值：时以下各反应的焓变值：(1)(1)C C（石墨）（石墨）+O+O2 2（g g）COCO2 2(g)H(g)H1 1=-=-393.5 kJ.mol393.5 kJ.mol-1-1 (2)(2)H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)H(g)H2 2O(l)O(l)HH2 2=-285.83kJ.mol=-285.83kJ.mol-1-1 C C3 3H H8 8(g)+5O(g)+5O2 2(g)3CO(g)3CO2 2(g)+4H(g)+4H2 2O(l)O(l)HH3 3=-2220.07 kJ.mol=-2220.07 kJ.mol-1 -1 ，计算下列反应的焓变。，计算下列反应的焓变。3C3C（石墨）（石墨）+4H+4H2 2(g)C(g)C3 3H H8 8(g)(g)；H=H=？提示：提示：H=H=（HH1 13 3）+（HH2 2 4 4）+（-H-H3 3）77第77页，本讲稿共88页(1)C（石墨）（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)-13C（石墨）（石墨）+4H2(g)C3H8(g)；+H=H=（HH1 1 3 3）+（HH2 2 4 4）+（-H-H3 3）=（-393.5）3+(-285.83)4+-(-2220.07)=-103.8kJ.mol-1 78第78页，本讲稿共88页例例2 2：已知恒压反应：已知恒压反应：2Al(s)+Fe2Al(s)+Fe2 2O O3 3(s)(s)AlAl2 2O O3 3(s)+2Fe(s)(s)+2Fe(s)，求此反应的标准反应热（即标准焓变），求此反应的标准反应热（即标准焓变），并判断此反应是吸热还是放热反应。并判断此反应是吸热还是放热反应。解：解：2Al(s)+Fe2Al(s)+Fe2 2O O3 3(s)Al(s)Al2 2O O3 3(s)+2Fe(s)(s)+2Fe(s)HHf f 0 -824.3 -1675 0 0 -824.3 -1675 0/（kJ.molkJ.mol-1-1）HH298.15298.15=H=Hf f(Al(Al2 2O O3 3,s)+2H,s)+2Hf f(Fe,s)(Fe,s)-H -Hf f(Fe(Fe2 2O O3 3,s)+2H,s)+2Hf f(Al,s)(Al,s)=(-1675)+2*0 kJ.mol=(-1675)+2*0 kJ.mol-1-1-(-824.3)+2*0 kJ.mol-(-824.3)+2*0 kJ.mol-1-1=-850.7 kJ.mol=-850.7 kJ.mol-1-100，故可判断此反应为放热反应。故可判断此反应为放热反应。79第79页，本讲稿共88页例例3 3：根根 据据 下下 列列 反反 应应 的的 反反 应应 热热，求求298.15K298.15K时时 AgClAgCl的的 生成焓生成焓HHf f(AgCl,s)(AgCl,s)(1)(1)AgAg2 2O(s)+2HCl(g)=2AgCl(s)+HO(s)+2HCl(g)=2AgCl(s)+H2 2O(l)HO(l)H1 1=-324.9 kJ.mol=-324.9 kJ.mol-1-1(2)2Ag(s)+1/2O(2)2Ag(s)+1/2O2 2(g)=Ag(g)=Ag2 2O(s)HO(s)H2 2=-30.57kJ.mol=-30.57kJ.mol-1-1(3)1/2H(3)1/2H2 2(g)+1/2Cl(g)+1/2Cl2 2(g)=HCl(g)H(g)=HCl(g)H3 3=-92.31 kJ.mol=-92.31 kJ.mol-1-1（4 4）H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)HO(l)H4 4=-285.84 kJ.mol=-285.84 kJ.mol-1-1 80第80页，本讲稿共88页解：解：AgClAgCl的生成反应：的生成反应：Ag(s)+1/2ClAg(s)+1/2Cl2 2(g)=AgCl(s)(g)=AgCl(s)该反应式等于：该反应式等于：1/21/2（1 1）+1/2+1/2（2 2）+（3 3）-1/2-1/2（4 4）故：故：HHf f(AgCl,s)=1/2H(AgCl,s)=1/2H1 1+1/2H+1/2H2 2+H+H3 3-1/2H-1/2H4 4=1/2(-324.9)+1/2(-30.57)+(-92.31)-1/2(-285.84)=1/2(-324.9)+1/2(-30.57)+(-92.31)-1/2(-285.84)kJ.molkJ.