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第一章 热化学与能源ppt第1页，本讲稿共60页医药卫生医药卫生国防军事国防军事衣食住行衣食住行冶冶 金金环境保护环境保护新材料新材料新能源新能源生物技术生物技术化学化学化学化学是在原子和分子层次上研究物质的组成、结是在原子和分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科。构、性质及其变化规律的学科。第2页，本讲稿共60页无机化学：无机物无机化学：无机物有机化学：碳氢化合物及衍生物有机化学：碳氢化合物及衍生物分析化学：测量和表征分析化学：测量和表征物理化学：所有物质系统物理化学：所有物质系统高分子化学：高分子化合物高分子化学：高分子化合物若干新分支：环境化学、核化学等等若干新分支：环境化学、核化学等等化学的分支学科：化学的分支学科：第3页，本讲稿共60页普通化学普通化学作为一门基础课程，是对化学科学各分支作为一门基础课程，是对化学科学各分支的基础知识作一整体的介绍，使学生了解当代化的基础知识作一整体的介绍，使学生了解当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观点、方法学学科的概貌，能运用化学的理论、观点、方法分析问题、解决问题。了解化学对人类社会的作分析问题、解决问题。了解化学对人类社会的作用和贡献。用和贡献。第4页，本讲稿共60页 教学内容教学内容 基本理论和基本知识：基本理论和基本知识：热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学，电化学，热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学，电化学，物质结构基础，元素化学，有机高分子化合物等。物质结构基础，元素化学，有机高分子化合物等。工程实际应用：工程实际应用：能源、大气污染、水污染、金属腐蚀及防止、金属材料及表能源、大气污染、水污染、金属腐蚀及防止、金属材料及表面处理、非金属材料、有机及生物高分子材料、生命物质等。面处理、非金属材料、有机及生物高分子材料、生命物质等。第5页，本讲稿共60页成绩评定方法：成绩评定方法：平时：平时：20（包括考勤、课堂提问、作（包括考勤、课堂提问、作业完成情况等）业完成情况等）考试：考试：80本课程共计本课程共计40学时。学时。第6页，本讲稿共60页第第 一一 章章热热 化化 学学 与与 能能 源源第7页，本讲稿共60页（一）反应热的测量（一）反应热的测量（二）反应热的理论计算（二）反应热的理论计算1 1几个基本概念几个基本概念2 2反应热的测量反应热的测量1 1热力学第一定律热力学第一定律2 2化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓3 3反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算（三）能源（三）能源主要内容主要内容第8页，本讲稿共60页1.1.1 基本概念基本概念1.1 1.1 反应热效应的测量反应热效应的测量1.系统与环境系统与环境 系统系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。敞开系统敞开系统有物质和能量交换有物质和能量交换封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换隔离（孤立）系统隔离（孤立）系统无物质和能量交换无物质和能量交换第9页，本讲稿共60页2.相相：系统中具有相同的物理性质和化学性质的系统中具有相同的物理性质和化学性质的 均匀部分。均匀部分。相与物态的区别相与物态的区别物态物态：气态、液态、固态气态、液态、固态相相：气体混合物为一相气体混合物为一相；液体混合物可以是一相、两液体混合物可以是一相、两相或多相共存；相或多相共存；固体混合物：分子水平的均匀混合，形成固体混合物：分子水平的均匀混合，形成“固溶体固溶体”，否，否则，多少种固体物质就有多少个固相。则，多少种固体物质就有多少个固相。（不同物态必为不同相，但不同相不一定是不同物态）不同物态必为不同相，但不同相不一定是不同物态）单相系统和多相系统。（举例）单相系统和多相系统。（举例）相与相之间有明确的界面。相与相之间有明确的界面。第10页，本讲稿共60页系统的系统的状态状态（state）是用来描述系统的诸如压力、体是用来描述系统的诸如压力、体积、温度等各种宏观性质的综合表现。积、温度等各种宏观性质的综合表现。如如:温度（温度（T）压强（压强（p）体积（体积（V）物质的量（物质的量（n）质量（质量（m）密度（密度（）3.状态与状态函数状态与状态函数宏观物理量宏观物理量宏观性质宏观性质体系的宏观性质改变了，体系的状态也发生改变。状态函数状态函数(state function)：描述状态的物理量。描述状态的物理量。始态始态终态终态第11页，本讲稿共60页广度性质广度性质状态函数状态函数有加和性，有加和性，有加和性，有加和性，与物质总量有关与物质总量有关与物质总量有关与物质总量有关.如如如如V V、n n、mm及后及后及后及后面将介绍的面将介绍的面将介绍的面将介绍的U U、HH、S S、GG等等等等.强度性质强度性质没有加和性，没有加和性，没有加和性，没有加和性，与物质总量无关与物质总量无关与物质总量无关与物质总量无关.温度温度温度温度T T T T、压力、压力、压力、压力p p p p、密、密、密、密度度度度等等等等 两类性质之间可以互相转化，如两类性质之间可以互相转化，如两类性质之间可以互相转化，如两类性质之间可以互相转化，如=m/V=m/V。第12页，本讲稿共60页状态函数的特点：状态函数的特点：（1 1）在在在在条条条条件件件件一一一一定定定定时时时时，状状状状态态态态一一一一定定定定，状状状状态态态态函函函函数数数数就就就就有有有有一一一一定定定定值值值值，而而而而且且且且是是是是唯唯唯唯一一一一值值值值（状状状状态态态态一一一一定定定定，其其其其值值值值一一一一定定定定，周周周周而而而而复复复复始其变化值为零）始其变化值为零）始其变化值为零）始其变化值为零）（2 2）条条条条件件件件变变变变化化化化时时时时，状状状状态态态态也也也也将将将将变变变变化化化化，但但但但状状状状态态态态函函函函数数数数的的的的变变变变化化化化值值值值只只只只取取取取决决决决于于于于始始始始态态态态和和和和终终终终态态态态，而而而而与与与与状状状状态态态态变变变变化化化化的的的的具具具具体体体体途途途途径无关。径无关。径无关。径无关。（殊途同归，值变相等）（殊途同归，值变相等）（殊途同归，值变相等）（殊途同归，值变相等）（3 3）当当当当状状状状态态态态变变变变化化化化时时时时，状状状状态态态态函函函函数数数数也也也也改改改改变变变变，但但但但并并并并不不不不一一一一定定定定所有的状态函数都改变。所有的状态函数都改变。所有的状态函数都改变。所有的状态函数都改变。（4 4）状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。第13页，本讲稿共60页始态始态终态终态途径途径途径途径4.过程与可逆过程过程与可逆过程 热力学系统中发生的一切变化都称为热力学过程，简称热力学系统中发生的一切变化都称为热力学过程，简称过程过程（process）。如气体的压缩与膨胀、液体的蒸发与凝固以及化学反应等等都是如气体的压缩与膨胀、液体的蒸发与凝固以及化学反应等等都是热力学过程。热力学过程。系统由同一始态变到同一终态可以经由不同的方式，系统由同一始态变到同一终态可以经由不同的方式，这种不同的方式称为这种不同的方式称为途径（途径（path）。途径也可以说是系统由始态到终态所经历的过程总和。途径也可以说是系统由始态到终态所经历的过程总和。第14页，本讲稿共60页可逆过程可逆过程(reversible process)系统经过某过程由状态系统经过某过程由状态I I变到状态变到状态IIII之后，当系统沿该过程的之后，当系统沿该过程的逆过程回到原来状态时，体系与环境能够同时复原而不留下任何变逆过程回到原来状态时，体系与环境能够同时复原而不留下任何变化痕迹的过程。（化痕迹的过程。（p34p34）始态始态终态终态准静态恒温膨胀准静态恒温膨胀准静态恒温压缩准静态恒温压缩第15页，本讲稿共60页 可逆过程是一种热力学常用的重要过程，也是从实际过程可逆过程是一种热力学常用的重要过程，也是从实际过程中抽象出来的一种理想化的自发过程，自然界并不严格存在，中抽象出来的一种理想化的自发过程，自然界并不严格存在，自然界的实际过程只能尽量地趋近于它。自然界的实际过程只能尽量地趋近于它。例例如如：在在气气、液液两两相相平平衡衡共共存存时时液液体体蒸蒸发发或或气气体体冷冷凝凝的的过过程程（相相平平衡衡）；可可逆逆的的化化学学反反应应达达到到动动态态平平衡衡时时反反应应物物变变成成产产物物或或产产物物变变成成反反应应物物的的过过程程（化化学学平平衡衡），都都可可近似地看作可逆过程。近似地看作可逆过程。第16页，本讲稿共60页对任一反应对任一反应：aA+dD=eE+fF也可写为也可写为 0=eE+fF-aA-dD5.化学反应计量式与反应进度化学反应计量式与反应进度化学反应方程式化学反应方程式又称为又称为化学反应计量式。化学反应计量式。(1)化学反应计量式化学反应计量式或简化成或简化成B代表反应物或产物，代表反应物或产物，B为反应式中相应物质为反应式中相应物质B的的化学计量数。化学计量数。对于反应物，对于反应物，B为负值（如为负值（如A=-a，B=-d）；）；对于产物，对于产物，B为正值（如为正值（如E=e，F=f）。）。第17页，本讲稿共60页反应进度反应进度反应进度反应进度 的单位为的单位为的单位为的单位为molmol。(2)反应进度反应进度表示反应进行的程度，常用符号表示反应进行的程度，常用符号（音（音ksaiksai）表示，其定义为：）表示，其定义为：=(t2)-(t1)=nB/B 因1=0，令2=第18页，本讲稿共60页t0时时 nB/mol 3.0 10.0 0 0 t1时时 nB/mol 2.0 7.0 2.0 t2时时 nB/mol 1.5 5.5 3.0 例如：例如：第19页，本讲稿共60页 =1.0mol时，表明按该化学反应计量式进行了时，表明按该化学反应计量式进行了1.0mol反应，反应，简称简称摩尔反应摩尔反应。表示：表示：1.0mol N2 和和1.0mol的的3H2反应并生成反应并生成了了1.0mol的的2NH31.0mol N2和和3.0mol的的H2反应并生成了反应并生成了2.0mol的的NH3对于对于第20页，本讲稿共60页故反应进度必须对应具体的反应方程式。故反应进度必须对应具体的反应方程式。2.0 7.0 2.0 (mol)3.0 10.0 0 (mol)若上述合成氨反应写成：（若上述合成氨反应写成：（比较前面计算）比较前面计算）第21页，本讲稿共60页1.1.2 反应热的测量反应热的测量反应热：反应热：化学反应时所放出或吸收的热叫做反应化学反应时所放出或吸收的热叫做反应 的的热效应热效应，简称反应热，简称反应热。热化学：热化学：对反应热进行精密的测定并研究与其他对反应热进行精密的测定并研究与其他 能量转化的定量关系的学科能量转化的定量关系的学科。第22页，本讲稿共60页 在封闭体系中，在封闭体系中，H2SO4与与NaOH在水溶液中发生中和反在水溶液中发生中和反应，放出的热量全部被水溶液吸收，使水溶液的温度升高。应，放出的热量全部被水溶液吸收，使水溶液的温度升高。可用下式表示：可用下式表示：q=-cs.ms.(T2-T1)=-cs.ms.T=-Cs.T q 反应热效应；反应热效应；cs 溶液的比热容溶液的比热容(Jkg-1K-1)；ms 溶液的质量；溶液的质量；Cs 溶液的热容，溶液的热容，Cs=cs.ms；T 溶液终态温度溶液终态温度T2与始态温度与始态温度T1之差之差 对于反应热对于反应热q，负号表示放热负号表示放热，正号表示吸热正号表示吸热。(1)水溶液中的反应水溶液中的反应第23页，本讲稿共60页(2)燃烧反应燃烧反应q-q(H2O)+qb -C(H2O)T+CbT -CTC量量热热计计常常数数，即即弹弹液液(如如水水)和和热热量量计计部部件件(杯杯体体，钢钢弹弹,温温度度计计,搅搅拌拌棒棒和和引引燃燃丝丝等等)热热容容之和之和.常用弹式热量计测量化学反应的常用弹式热量计测量化学反应的反应热。常用燃料如煤、天然气、反应热。常用燃料如煤、天然气、汽油等均可按此法测得。汽油等均可按此法测得。弹式热量计示意图弹式热量计示意图第24页，本讲稿共60页 例例例例11将将将将0.500gN0.500gN2 2HH4 4(l)(l)在盛有在盛有在盛有在盛有1210gH1210gH2 2OO的弹式热量计的钢弹内的弹式热量计的钢弹内的弹式热量计的钢弹内的弹式热量计的钢弹内（通入氧气）完全燃烧尽。系统的热力学温度由（通入氧气）完全燃烧尽。系统的热力学温度由（通入氧气）完全燃烧尽。系统的热力学温度由（通入氧气）完全燃烧尽。系统的热力学温度由293.18K293.18K上升上升上升上升至至至至294.82K294.82K。已知钢弹组件在实验温度时的总热容。已知钢弹组件在实验温度时的总热容。已知钢弹组件在实验温度时的总热容。已知钢弹组件在实验温度时的总热容C Cb b为为为为848J848J.KK-1-1。试计算此条件下。试计算此条件下。试计算此条件下。试计算此条件下联氨联氨联氨联氨完全燃烧所放出的热量。完全燃烧所放出的热量。完全燃烧所放出的热量。完全燃烧所放出的热量。解解 联氨在空气或氧气中完全燃烧的反应为联氨在空气或氧气中完全燃烧的反应为联氨在空气或氧气中完全燃烧的反应为联氨在空气或氧气中完全燃烧的反应为 N N2 2HH4 4(l)+O(l)+O2 2(g)=N(g)=N2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(l)O(l)c(Hc(H2 2O)=4.18JO)=4.18J.g g-1.-1.KK-1-1，那么那么那么那么 q=-C(Hq=-C(H2 2O)T+CO)T+Cb bT=-C(HT=-C(H2 2O)+CO)+Cb bTT =-(4.18J =-(4.18J.g g-1.-1.KK-1.-1.1210g+848J.K1210g+848J.K-1-1)(294.82K-293.18K)(294.82K-293.18K)=-9690J=-9.69kJ=-9690J=-9.69kJ第25页，本讲稿共60页摩尔反应热摩尔反应热qm：反应热反应热q与反应进度与反应进度之比。之比。单位：单位：Jmol-1。计算上题的摩尔反应热。（计算上题的摩尔反应热。（qm 的大小与反应方程式的写法有关吗？）qm（N2H4，l）=M联氨联氨9.690.5 热化学方程式：热化学方程式：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。书写热化学方程式时须注明物态、温度、压力、组成等条件。书写热化学方程式时须注明物态、温度、压力、组成等条件。第26页，本讲稿共60页(3)定容热效应定容热效应(qv)与定压热效应与定压热效应(qp)恒压条件下反应的热效应称为定压热效应恒压条件下反应的热效应称为定压热效应qp 比如在敞口容器中进行反应的热效应比如在敞口容器中进行反应的热效应.恒容条件下反应的热效应称为定容热效应恒容条件下反应的热效应称为定容热效应qv 比如弹式热量计内进行反应的热效应比如弹式热量计内进行反应的热效应若无特别注明，若无特别注明，“精确测定的反应热精确测定的反应热”均指均指qv；“反应热反应热”均指均指qp。第27页，本讲稿共60页问题：问题：1.大多数化学反应是在定压条件下发生的，能否确大多数化学反应是在定压条件下发生的，能否确定定qv与与qp之间的关系，以求得更常用的之间的关系，以求得更常用的qp？2.有些反应的热效应难以直接用实验测得，那么如何有些反应的热效应难以直接用实验测得，那么如何获得这些反应热？获得这些反应热？第28页，本讲稿共60页1.2 1.2 反应热效应的理论计算反应热效应的理论计算1.2.1 1.2.1 热力学第一定律热力学第一定律 “在任何过程中，能量既不能创造，也不能消在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭，灭，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总值不变。程中能量的总值不变。”(能量守恒定律能量守恒定律)一、几个基本概念一、几个基本概念第29页，本讲稿共60页(1)一个新的状态函数一个新的状态函数热力学能热力学能（U）系统内部这些能的总和叫做系统的系统内部这些能的总和叫做系统的系统内部这些能的总和叫做系统的系统内部这些能的总和叫做系统的内能内能内能内能或或或或热力学能热力学能热力学能热力学能。符号：。符号：。符号：。符号：U U，单位：单位：J。热热系统内部的能系统内部的能分子平动能分子平动能分子转动能分子转动能分子振动能分子振动能分子间势能分子间势能电子运动能电子运动能U 是状态函数；无绝对值是状态函数；无绝对值（为何？）；广度性质为何？）；广度性质转化转化第30页，本讲稿共60页思考：思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在者放在10000m高空，以高空，以400m/s飞行的飞机上，后者飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？静止在地面上。两者的内能相同吗？相同。内能不包括宏观运动的动能及势能相同。内能不包括宏观运动的动能及势能第31页，本讲稿共60页(2)热热 符号：符号：q ，单位：，单位：J J；q不是状态函数；不是状态函数；系统系统吸热吸热：q 0；系统；系统放热放热：q 0 热力学中将能量转化形式分为热力学中将能量转化形式分为热热和和功功。热热是系统与环境因温度不同而传递的能量。是系统与环境因温度不同而传递的能量。(3)功功系统与环境交换能量的另一种形式系统与环境交换能量的另一种形式 功功(w)分为：体积功分为：体积功 (w=-pV)和非体积功。和非体积功。单位：单位：J J。w 不是状态函数。不是状态函数。系统对环境作功系统对环境作功:w 0。第32页，本讲稿共60页变到状态变到状态2,2,热力学能为热力学能为U2 2，q 0w 0U=q+w（U=U2-U1）二、热力学第一定律的数学表达式二、热力学第一定律的数学表达式一封闭系统，其热力学能为一封闭系统，其热力学能为U1 1，并对环境做功并对环境做功w，从环境吸收热量从环境吸收热量q q，则有：则有：第33页，本讲稿共60页1.2.2 化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓根据反应条件的不同，反应热可分为以下几种情况：根据反应条件的不同，反应热可分为以下几种情况：(1)定容反应热定容反应热 qV（设非体积为零）（设非体积为零）V2=V1 V=0 U=q+w U=q-pV=qV (w=-p V)qv=U即即:第34页，本讲稿共60页(2)定压反应热定压反应热 qp与焓与焓H （设非体积为零设非体积为零）p2=p1=p U=q-pVU=U2-U1=qp-p（V2-V1）qp=（U2+p2V2）-（U1+p1V1）令：令：H=U+pV H叫做系统的焓，是状态函数叫做系统的焓，是状态函数 qp=H2-H1=H则：则：H 是焓的变化是焓的变化第35页，本讲稿共60页 qp qv=H-U =(U+pV)-U =pV=-w体积即即 U=H+w体积(3)qv与与qp的关系的关系 对于只有凝聚相（液态和固态）的系统，对于只有凝聚相（液态和固态）的系统，V0，所以，所以 qp=qv。第36页，本讲稿共60页 对于有气体参与的系统，根据对于有气体参与的系统，根据pV=nRT，（qp qv=p V=-w体积）（说明下式中（说明下式中g 的含义）=g RT第37页，本讲稿共60页例例2 在在100。C和和101.325kPa下，由下，由1molH2O（l）汽化变）汽化变成成1molH2O（g）。在此过程中）。在此过程中H和和U是否相等？若是否相等？若H等于等于40.63kJ.mol-1，则，则U为多少？为多少？在通常情况下，反应过程的体积功很小，即在通常情况下，反应过程的体积功很小，即在通常情况下，反应过程的体积功很小，即在通常情况下，反应过程的体积功很小，即H H 和和和和UU在数值上差别很小，在数值上差别很小，在数值上差别很小，在数值上差别很小，UHUH。解解 该汽化过程，该汽化过程，H2O（l）=H2O（g）是在定温定压和只做体积功的条件下进行的，据是在定温定压和只做体积功的条件下进行的，据 有有U=H gRT g0 U H =40.63-(1-0)8.314/1000(273+100)kJ.mol-1 =37.53kJ.mol-1第38页，本讲稿共60页1.2.3 1.2.3 盖斯定律盖斯定律 “总反应的热效应只与反应的总反应的热效应只与反应的始态和终态（包括温度、反应物和始态和终态（包括温度、反应物和生成物的量及聚集状态）有关，而生成物的量及聚集状态）有关，而与变化的途径无关。与变化的途径无关。”据此，可计算一些很难直接用或尚未用实验方法据此，可计算一些很难直接用或尚未用实验方法测定的反应热效应。测定的反应热效应。即：即：一个反应如果分几步完成，则总反应的反应热等一个反应如果分几步完成，则总反应的反应热等于各步反应的反应热之和。于各步反应的反应热之和。第39页，本讲稿共60页例例3在在101.325kPa和和298.15K下下,1mol C(石墨）完全燃烧石墨）完全燃烧生成生成CO2，可以有两种途径，如下图中的（，可以有两种途径，如下图中的（1）及）及（2）+（3）。）。始态始态C(石墨石墨)+O2(g)终态终态 CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)(1)(3)(2)第40页，本讲稿共60页途径途径1：反应反应(1)，将，将1mol C(石墨石墨)直接完全燃烧成直接完全燃烧成CO2,即即C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)，其反应热效应为，其反应热效应为:qp,1(298.15K)=-393.5kJ.mol-1 (可测知可测知)途径途径2：由盖斯定律知：由盖斯定律知：qp,1=qp,2+qp,3，可得：，可得：qp,2(298.15K)=qp,1(298.15K)-qp,3(298.15K)=(-393.5)-(-283.0)kJ.mol-1 =-110.5kJ.mol-1 第41页，本讲稿共60页思考思考已知下列热化学方程式：已知下列热化学方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);qp=27.6kJ.mol-1 3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g);qp=-58.6kJ.mol-1 Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g);qp=38.1kJ.mol-1不用查表，计算下列反应的不用查表，计算下列反应的qp。FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)（习题（习题p29）答案答案 由盖斯定律得由盖斯定律得 6qp,4=3qp,1-qp,2-2qp,3 解得解得 qp,4=-16.7 kJ.mol-1第42页，本讲稿共60页1.2.4 反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算 规定在标准条件下由指定单质生成单位物质的量的规定在标准条件下由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变称为该物质的纯物质时反应的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓。通常选定温度为通常选定温度为298.15k.以以fHm(298.15K)表示。表示。规定：规定：任何单质的标准生成焓为零；任何单质的标准生成焓为零；水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。例如：例如：例如：例如：f Hm(H2O,l,298.15K)=-285.8kJ.mol-1 f Hm(H+,aq,298.15K)=0 f Hm(O2,g,298.15K)=0 f Hm(NaCl,s,298.15K)=-411.15kJ.mol-1一、标准摩尔生成焓一、标准摩尔生成焓第43页，本讲稿共60页解解:按盖斯定律按盖斯定律,=(-393.5)-(-283.0)kJ.mol-1=-110.5kJ.mol-1Hm3 例例4 已知：已知：(1)C（s）+O2（g）CO2（g）=-393.5kJ.mol-1Hm1 (3)=(1)-(2)(2)CO(g)+O2(g)CO2(g)=-283.0kJ.mol-1Hm21/2问问:(3)C(s)+O2(g)CO(g)=?Hm31/2第44页，本讲稿共60页热力学关于标准态的规定热力学关于标准态的规定（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=101.325kPa)=101.325kPa)时的时的(假假想的想的)理想气体状态理想气体状态;（书中（书中p=100.00kP 见见 p22）（2 2）溶液的标准态是）溶液的标准态是:在标准压力在标准压力p p 时的标准摩尔浓度时的标准摩尔浓度c c=1.0mol=1.0mol.dm dm-1-1,（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 时时 的纯液体或纯固体。的纯液体或纯固体。第45页，本讲稿共60页C2H2（g）+O2（g）2CO2（g）+H2O（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+H2（g）C2H2（g)rHm1(T)=fHm(C2H2,T)O2(g)O2（g）rHm2(T)=fHm(O2,T)C(S)+O2（g）CO2（g)rHm3(T)=fHm(CO2,T)H2(g)+O2(g)H2O(l)rHm4(T)=fHm(H2O,l,T)根据盖斯定律根据盖斯定律：有有:rHm=2fHm3+fHm4-fHm1-fHm2 =f Hm(298.15K)生成物生成物-f Hm(298.15K)反应物反应物二、标准摩尔焓变二、标准摩尔焓变在标准条件下反应或过程的摩尔焓变叫做反应的在标准条件下反应或过程的摩尔焓变叫做反应的标准摩尔焓变标准摩尔焓变，以以 r rH Hm m表示。表示。注意注意f fH Hm m与与r rH Hm m的关系。的关系。第46页，本讲稿共60页结论：对一般反应结论：对一般反应rHm=f Hm生成物生成物 f Hm反应物反应物 =Bf Hm,B第47页，本讲稿共60页注注 意意:1.fHm(298.15K)是热力学基本数据，可是热力学基本数据，可 查表查表(p303 附录附录3)。单位：。单位：kJ.mol-13.温度对反应焓变值得影响不大，温度对反应焓变值得影响不大，温度对反应焓变值得影响不大，温度对反应焓变值得影响不大，rHm(T)rHm(298.15K)；4.由于由于fHm与与n成正比，在进行计算时化学成正比，在进行计算时化学 计量数计量数不可忽略。不可忽略。2.必须注意公式中各种物质的聚集状态。必须注意公式中各种物质的聚集状态。5.H为正值时，为吸热反应；为正值时，为吸热反应；H为负值时，为负值时，为放热反应。正负号不可忽略。为放热反应。正负号不可忽略。第48页，本讲稿共60页例例5 用生成焓计算反应用生成焓计算反应的标准摩尔反应焓变。的标准摩尔反应焓变。4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)解：解：第49页，本讲稿共60页例例6 计算联氨计算联氨(N2H4)在空气中完全燃烧时反应的标准在空气中完全燃烧时反应的标准摩尔焓变摩尔焓变rHm（298.15K)。解：解：=0+2(-285.83)-50.63-0kJ.mol-1=-622.3kJ.mol-1若产物水是气态对上述结果有影响吗？若产物水是气态对上述结果有影响吗？50.63 0 0 -285.83第50页，本讲稿共60页例例7 计算反应计算反应 Zn(S)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(S)的标准的标准摩尔焓变。摩尔焓变。fHm/kJ.mol-1 0 64.77 -153.89 0 (-153.89)+0-0-64.77kJ.mol-1 -218.66 kJ.mol-1Zn(S)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(S)【解解】第51页，本讲稿共60页能源是指能提供能量的自然资源。能源是指能提供能量的自然资源。1.3 能源能源 能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信 息）之一。息）之一。能源是我们赖以生存的重要物质基础。能源是我们赖以生存的重要物质基础。第52页，本讲稿共60页1.能源的分类能源的分类一次能源一次能源二次能源二次能源常规常规能源能源燃料能源燃料能源煤炭、石油、天煤炭、石油、天然气、生物质能然气、生物质能煤气、焦碳、成煤气、焦碳、成品燃油、液化气、品燃油、液化气、酒精酒精非燃料能源非燃料能源 水能水能电力、蒸汽、热电力、蒸汽、热水水新能源新能源燃料能源燃料能源核能核能人工沼气、氢能人工沼气、氢能非燃料能源非燃料能源太阳能、地热、太阳能、地热、风能、海洋能风能、海洋能激光激光利用利用状况状况使用使用 性质性质形成条件形成条件1.3.1 世界能源的结构与能源危机世界能源的结构与能源危机第53页，本讲稿共60页195019601970198019902010102030405060能能源源结结构构比比例例(%)年代年代世界消耗的一次能源结构世界消耗的一次能源结构煤炭煤炭石油石油天然气天然气水电及其它水电及其它2.世界能源的结构和消耗世界能源的结构和消耗第54页，本讲稿共60页3.能量消耗前六名的国家能量消耗前六名的国家美国美国中国中国俄罗斯俄罗斯日本日本德国德国印度印度51015202530能能源源结结构构比比例例(占占世世界界%)国家国家煤炭煤炭石油石油天然气天然气核能核能水电水电25.410.47.26.04.12.9第55页，本讲稿共60页（1 1）煤炭煤炭 煤的主要成分是碳、氢、氧三种元素煤的主要成分是碳、氢、氧三种元素,还有少量的氮、还有少量的氮、硫、磷和一些稀有元素，以及泥、沙等矿杂质和水分。硫、磷和一些稀有元素，以及泥、沙等矿杂质和水分。世界上煤的储量远大于石油和天然气，但其最大的缺点世界上煤的储量远大于石油和天然气，但其最大的缺点是固体燃料，燃烧反应速率慢，此外，还会导致污染。是固体燃料，燃烧反应速率慢，此外，还会导致污染。煤炭的二次能源：煤炭的二次能源：1）水煤气）水煤气 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)2）合成气）合成气 H2(40%)+CO(15%)+CH4(15%)+CO2(30%)第56页，本讲稿共60页 石油石油石油石油又称原油，是多种碳氢化合物的混合物。其中含有又称原油，是多种碳氢化合物的混合物。其中含有又称原油，是多种碳氢化合物的混合物。其中含有又称原油，是多种碳氢化合物的混合物。其中含有链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧和含硫的有机物质。经链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧和含硫的有机物质。经链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧和含硫的有机物质。经链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧和含硫的有机物质。经分馏和裂化等加工后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润分馏和裂化等加工后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润分馏和裂化等加工后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润分馏和裂化等加工后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油等等一系列的产品。滑油等等一系列的产品。滑油等等一系列的产品。滑油等等一系列的产品。（2 2）石油和天然气）石油和天然气 天然气天然气天然气天然气是一种低级烷烃的混合物，主要成分为甲烷，少是一种低级烷烃的混合物，主要成分为甲烷，少是一种低级烷烃的混合物，主要成分为甲烷，少是一种低级烷烃的混合物，主要成分为甲烷，少量乙烷、丙烷等。量乙烷、丙烷等。量乙烷、丙烷等。量乙烷、丙烷等。C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)H(298.15K)=-5440kJmol-1第57页，本讲稿共60页 氢能是一种理想的最有前途的二次能源，具有干净、氢能是一种理想的最有前途的二次能源，具有干净、无毒、无污染、热值高（为煤的无毒、无污染、热值高（为煤的6 6倍左右）等优点。资倍左右）等优点。资源丰富，应用范围广。源丰富，应用范围广。rHm-286kJ.mol-1 最理想的制取氢气的方法是用太阳能分解水，核最理想的制取氢气的方法是用太阳能分解水，核心是寻找适合紫外光分解水的催化剂，心是寻找适合紫外光分解水的催化剂，2121世纪可能会世纪可能会有重大突破。目前用过渡金属化合物储氢，寻找更有效有重大突破。目前用过渡金属化合物储氢，寻找更有效的储氢方法是氢能成功利用的重要课题。的储氢方法是氢能成功利用的重要课题。（3 3）氢能）氢能H2(g)+1/2O2(g)H2O(l)第58页，本讲稿共60页第一章小结第一章小结一、反应热的测量一、反应热的测量 （弹式热量计）（弹式热量计）q-q(H2O)+qb-C(H2O)T+CbT -CTU=q+w (封闭系统封闭系统)U=qv （定容，（定容，w0）H=qp （定压，（定压，w0)U=H-pVm=H-gRT （w0）二、反应热效应的理论计算二、反应热效应的理论计算1.1.盖斯定律盖斯定律2.2.能量守恒定律能量守恒定律第59页，本讲稿共60页三、标准摩尔生成焓和反应的标准摩尔焓变三、标准摩尔生成焓和反应的标准摩尔焓变rHm=if Hm生成物生成物 if Hm反应物反应物作业：作业：第60页，本讲稿共60页