第5章-化学热力学和化学动力学基础ppt课件.ppt

第第第第5 5章章章章 化学热力学化学热力学化学热力学化学热力学和化学动力学基础和化学动力学基础和化学动力学基础和化学动力学基础从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。对于一个化学反应，必须研究三个问题：对于一个化学反应，必须研究三个问题：1、反应能否自发进行？、反应能否自发进行？方向性问题方向性问题2、给定条件下，有多少反应物最大限度、给定条件下，有多少反应物最大限度转化为产物？转化为产物？化学平衡问题化学平衡问题3、实现这种转化需要多长时间？如何转化？、实现这种转化需要多长时间？如何转化？反应速率，反应机理反应速率，反应机理化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。化学热力学、动力学的区别：化学热力学、动力学的区别：化学热力学：化学热力学：能量交换（能量交换（H）、方向（）、方向（G）、限度）、限度（K）及其影响因素，）及其影响因素，即反应的可能性，不考虑时间因素和即反应的可能性，不考虑时间因素和过程细节。过程细节。化学动力学：化学动力学：反应速率（快慢）及其影响因素、反应机反应速率（快慢）及其影响因素、反应机理（怎样进行），理（怎样进行），即反应的现实性。即反应的现实性。物理化学的两大重要分支。物理化学的两大重要分支。一句话，一句话，化学热力学化学热力学只回答反应的只回答反应的可能性可能性问题；问题；化学动力学化学动力学才回答反应的才回答反应的现实性现实性问题问题。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。热力学角度：两个反应都能自发进行。如何发生、反应热力学角度：两个反应都能自发进行。如何发生、反应快慢等均不考虑（实际上快慢等均不考虑（实际上反应非常慢，需要其它条件反应非常慢，需要其它条件）。）。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。动力学认为动力学认为：需一定的需一定的T，p和催化剂和催化剂点火，加热或催化剂点火，加热或催化剂可见，动力学把热力学的可能性变为现实性，满足生产和可见，动力学把热力学的可能性变为现实性，满足生产和科学技术的要求。科学技术的要求。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。什么是热力学？什么是热力学？从从能量转化能量转化观点研究物质的观点研究物质的热性质热性质，揭示能量从，揭示能量从一种形式一种形式转换为转换为另一种形式时所遵从的宏观规律。另一种形式时所遵从的宏观规律。热力学的基础：热力学三定律热力学的基础：热力学三定律什么是化学什么是化学热力学热力学?将热力学的原理应用于化学变化。将热力学的原理应用于化学变化。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。化学热力学化学热力学研究的主要问题研究的主要问题：热、功及其它形式的能量相互转换时所遵循的规律热、功及其它形式的能量相互转换时所遵循的规律指定条件下，某一化学反应能否自发进行指定条件下，某一化学反应能否自发进行若反应能自发进行，进行的程度如何？若反应能自发进行，进行的程度如何？指定条件下，某一化学进行时，与外界交换指定条件下，某一化学进行时，与外界交换多少能量，多少能量，计算化学反应热。即化学反应中能量是计算化学反应热。即化学反应中能量是如何变化的？如何变化的？判断化学反应进行的方向判断化学反应进行的方向化学平衡的问题化学平衡的问题从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。化学热力学的特点：化学热力学的特点：研究对象为大量分子的研究对象为大量分子的集合体集合体，研究，研究宏观性质宏观性质，具，具有有统计统计意义。意义。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。构和反应机理。能判断变化能否自发进行以及进行到什么程度，能判断变化能否自发进行以及进行到什么程度，但不考虑所需要时间。但不考虑所需要时间。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。化学热力学的局限性：化学热力学的局限性：(1)不知道机理、速率和微观性质不知道机理、速率和微观性质；(2)只讲可能性，不讲现实性。只讲可能性，不讲现实性。【例例】CO+NO=CO2+1/2N2热力学计算表明，此反应常温下可正向进行，生成热力学计算表明，此反应常温下可正向进行，生成CO2(g)和和N2(g)实际上此反应极慢，必须存在合适的催化剂实际上此反应极慢，必须存在合适的催化剂从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。1基本概念基本概念一、化学计量系数和化学反应进度一、化学计量系数和化学反应进度1、化学计量系数、化学计量系数令A=-a，B=-b，D=d，E=e。对任一反应：对任一反应：得得0=AA+BB+DD+EE即即化学计量系数：表示反应过程中各物质的量之间转化的比例关系，不说明在反应进程中各物质所转化的量物质B的化学计量系数，反应物的 为负，产物的 为正。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、反应进度反应进度 反应进度（反应进度（，ksai）：反应进行的程度。）：反应进行的程度。aA+bB=dD+eE 如何方便地表示反应进度呢？如何方便地表示反应进度呢？最简单最直接地就是用反应前后，反应物或产物的最简单最直接地就是用反应前后，反应物或产物的物物质的量变化质的量变化（n）来表示。）来表示。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。aA+bB=dD+eEt=0,nA,0nB,0nD,0nE,0t=tnAnBnDnE这样表示反应进度是否合理？这样表示反应进度是否合理？存在什么问题？存在什么问题？从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。仅用仅用 n表示反应进度显然不科学，因为不同的物质表示反应进度显然不科学，因为不同的物质可能得到不同的结果。？可能得到不同的结果。？最简单的办法：除以各自的计量系数。最简单的办法：除以各自的计量系数。B：任一组分：任一组分B的化学计量系数，的化学计量系数，反应物取负值，反应物取负值，产物取正值，产物取正值，可为整数，也可为分数。可为整数，也可为分数。nB,0和和nB：任一组分：任一组分B在起始和在起始和t 时刻的物质的量。时刻的物质的量。【单位单位】mol从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。若从若从t1t2，其，其反应进度变化（反应进度变化（）从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。例如：例如：对反应对反应3H2（g）+N2（g）=2NH3（g）反应前：反应前：3mol1mol0反应后：反应后：002与选择何种物质没有关系与选择何种物质没有关系1mol，意味什么？，意味什么？【意味着意味着】化学反应中，化学反应中，n正好等于反应式中该物质的正好等于反应式中该物质的化学计量系数。化学计量系数。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，如如=1？表示表示1molN2+3molH22NH31.5H2（g）+0.5N2（g）=1NH3（g）如如=1？1.5molH2与与0.5molN2反应生成反应生成1molNH3。可见，化学反应式书写不同，反应进度的含义也可见，化学反应式书写不同，反应进度的含义也不同。不同。因此，因此，使用使用反应进度反应进度时，一定要与具体的时，一定要与具体的反反应式对应应式对应。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。二、体系与环境二、体系与环境1、体系、体系被划定的研究对象，也称被划定的研究对象，也称系统系统或或物系。物系。2、环境、环境体系之外与体系密切相关的部分。体系之外与体系密切相关的部分。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。装有盐酸的烧杯，其中插入锌片，装有盐酸的烧杯，其中插入锌片，只研只研究究盐酸溶液中发生的变化盐酸溶液中发生的变化时时体系：体系：放有锌片的盐酸溶液放有锌片的盐酸溶液 环境：环境：液面上的空气、烧杯及其外部空间液面上的空气、烧杯及其外部空间从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。3、体系的分类、体系的分类根据体系与环境之间根据体系与环境之间物质及能量的交换物质及能量的交换关系，体系关系，体系可分为：可分为：能量交换物质交换能量交换物质交换有能量交换，无物质交换；有能量交换，无物质交换；(1)敞开体系敞开体系(2)封闭体系封闭体系(3)孤立体系孤立体系既无物质交换，又无能量交换。既无物质交换，又无能量交换。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。三、状态与状态函数三、状态与状态函数 描述一个体系，必须确定它的描述一个体系，必须确定它的一系列物理、化学性一系列物理、化学性质质（如温度、压力、质量、体积、组成、能量和聚集态（如温度、压力、质量、体积、组成、能量和聚集态等），这些性质的总和，等），这些性质的总和，决定了体系的状态决定了体系的状态。1、状态状态可见，体系处于一定状态时，其一切性质（温度、压力、体可见，体系处于一定状态时，其一切性质（温度、压力、体积、质量、密度、组成等）应有积、质量、密度、组成等）应有确定的数值确定的数值。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、状态函数状态函数描述体系状态的物理量描述体系状态的物理量某理想气体：某理想气体：n=2mol，p=1.013 105Pa，V=44.8L，T=273K处于一种确定的状态，处于一种确定的状态，n、p、V、T称为状态函数。称为状态函数。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。状态函数的特点状态函数的特点：体系体系的状态函数相互联系、相互制约，之间的状态函数相互联系、相互制约，之间存在一定的联系。存在一定的联系。如如pV=nRT状态函数的变化值只与状态函数的变化值只与体系的始态和终态有关体系的始态和终态有关，与变化的与变化的途径无关途径无关。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。1 105Pa2L2 105Pa1L0.5 105Pa4L4 105Pa0.5L p=p终终p始始=2 1051 105=1 105(Pa)V=V终终V始始=12=1L从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。四、过程和途径四、过程和途径过程：过程：体系状态发生变化的经过体系状态发生变化的经过途径：途径：完成这个过程的具体步骤完成这个过程的具体步骤过程侧重于始态和终态；过程侧重于始态和终态；途径侧重于具体方式。途径侧重于具体方式。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。等温等温T=0Q=0等压等压P=0定容定容V=0绝热绝热Q=0化学反应中常见的过程化学反应中常见的过程从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2热力学第一定律热力学第一定律 热力学有三个定律，它们不是推导出来的，而热力学有三个定律，它们不是推导出来的，而是无数次实验的总结，其结论都是可靠的。是无数次实验的总结，其结论都是可靠的。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。一、一、热和功热和功体系的状态发生变化时，往往要与环境交换体系的状态发生变化时，往往要与环境交换能量，所交换的能量有能量，所交换的能量有热热、功功两种形式。两种形式。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。因因温度不同温度不同，体系和环境之间传递的能量称为，体系和环境之间传递的能量称为热，用热，用Q 表示表示1、热（、热（Q）热力学规定：热力学规定：体系吸热为正（体系吸热为正（Q0）体系放热为负（体系放热为负（Q0）【注注】Q不是状态函数，其值与途径有关。不是状态函数，其值与途径有关。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、功（、功（W）热力学中，除热之外，其它各种被传递的能量统称为功，热力学中，除热之外，其它各种被传递的能量统称为功，用用W表示。表示。功功体积功体积功非体积功非体积功由于体积变化而克服阻力（即反抗外压）由于体积变化而克服阻力（即反抗外压）所做的功，也称所做的功，也称膨胀功膨胀功。除体积功以外的其他形式的功除体积功以外的其他形式的功。W=-p(外压外压)（V2-V1)=-p V从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。热力学规定：热力学规定：环境对体系做功为正（环境对体系做功为正（W 0）体系对环境做功体系对环境做功为负（为负（W 0）热、功热、功的值均与途径有关，的值均与途径有关，都都不是状态函数不是状态函数！从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。p1=1000kPaV1=0.010m3p2=100kPaV2=0.100m3途径一：一次膨胀途径一：一次膨胀始终保持外压始终保持外压100kPa，由始态膨胀至终，由始态膨胀至终态。体系对环境功（体积功）：态。体系对环境功（体积功）：W1=-p(外压外压)V=-100kPa(0.100-0.010)m3=-9.0kJ不同途径的不同途径的体积功？体积功？从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。p1=1000kPaV1=0.010m3p2=100kPaV2=0.100m3途径二：两次膨胀途径二：两次膨胀先在先在500kPa的外压下膨胀至平衡态（体积为的外压下膨胀至平衡态（体积为0.020m3），），然后然后100kPa膨胀至终态。系统对环境做的体积功为：膨胀至终态。系统对环境做的体积功为：W2=-500kPa(0.020-0.010)m3-100kPa(0.100-0.020)m3=-13.0kJ不同途径的不同途径的体积功？体积功？从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。p1=1000kPaV1=0.010m3p2=100kPaV2=0.100m3途径三：可逆膨胀途径三：可逆膨胀外压慢慢减小，气体逐渐膨胀，直至外压慢慢减小，气体逐渐膨胀，直至外压至外压至100kPa为止，如活塞上的水（压为止，如活塞上的水（压力为力为1000kPa）慢慢蒸发）慢慢蒸发。水水气体气体由此可知，途径不同，由此可知，途径不同，W不同，不同，W不是状态函数不是状态函数此时，体系对环境做的体积功最大此时，体系对环境做的体积功最大不同途径的不同途径的体积功？体积功？从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。一杯水有多少热或多少功？一杯水有多少热或多少功？十十分分荒荒谬谬！因因为为热热和和功功都都不不是是体体系系本本身身的的性性质质，只只有有在在体体系系状状态态变变化化过过程程中中才才表表现现出出来来。因因此此它它们们是是过过程程量量，不不是是状状态态函函数数，不不能能说说体体系系含含有有多多少少热热和功和功。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。二、热力学能二、热力学能 （内能）（内能）热力学能：热力学能：体系内部所有能量之和，常称为体系内部所有能量之和，常称为内能内能，用用U表示表示。内能包括分子运动的内能包括分子运动的动能动能，分子间的分子间的位能位能以及分子、以及分子、原子内部所原子内部所蕴藏的能量蕴藏的能量等，是体系自身的一种性质，等，是体系自身的一种性质，属于属于状态函数状态函数。U=U终终U始始。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。三、三、热力学第一定律热力学第一定律实际上就是能量守恒定律实际上就是能量守恒定律自然界的一切物质都具有能量，能量有多种不同的形自然界的一切物质都具有能量，能量有多种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体。在转化和传递过程中一个物体。在转化和传递过程中能量的总数能量的总数保持不变。保持不变。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。体系由状态体系由状态I状态状态II，如吸热，如吸热Q，环境对其做功，环境对其做功W，则体系的内能改变量，则体系的内能改变量（U）：）：U=Q+W【热力学第一定律的数学描述热力学第一定律的数学描述】体系吸热，体系吸热，Q为正值为正值;体系放热，体系放热，Q为负值。为负值。环境对体系作功，环境对体系作功，W为正值；为正值；体系对环境作功，体系对环境作功，W为负值。为负值。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第一定律还可描述为：第一定律还可描述为：第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的【第一类永动机第一类永动机】一种既不靠外界提供能量，本身也不一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器，它显然与能量守减少能量，却可以不断对外作功的机器，它显然与能量守恒定律矛盾。恒定律矛盾。历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失败告终，这历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失败告终，这也证明了能量守恒定律的正确性。也证明了能量守恒定律的正确性。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。3化学反应的热效应（反应热）化学反应的热效应（反应热）一、反应热一、反应热体系发生化学变化后，产物的温度回到反应前体系发生化学变化后，产物的温度回到反应前的温度（即的温度（即等温过程等温过程），系统只做体积功，不做其），系统只做体积功，不做其他功时，体系放出和吸收的热量叫做他功时，体系放出和吸收的热量叫做反应热反应热；也成也成为反应的为反应的热效应热效应。常见的反应热：常见的反应热：等容反应热、等压反应热等容反应热、等压反应热从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。等容反应中，体系吸收的热量（等容反应中，体系吸收的热量（Qv）全部用来）全部用来增加体系的内能。增加体系的内能。1、等容反应热等容反应热Qv变化前后，体积不变，变化前后，体积不变，V=0，U=Qv故故W=-p V=0，不作体积功，不作体积功由热力学第一定律由热力学第一定律 U=QvW知知即等容过程中，体系内能的减少全部以热的形式放出。即等容过程中，体系内能的减少全部以热的形式放出。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、等压反应热、等压反应热Qp等压反应中，等压反应中，p=0，W-p V U=Qp+W=Qp-p V=Qp-(pV)Qp=U+(pV)Qp=(U2U1)+p(V2V1)=(U2+pV2)(U1+pV1)Qp=(U+pV)U，p，V都是状态函数，所以都是状态函数，所以U+pV也是一个状也是一个状态函数，态函数，用用H来表示。来表示。Qp=H 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。二、焓（二、焓（H）H=U+pVH：焓（或热焓），新的状态函数。焓（或热焓），新的状态函数。Qp=H，在等温等压过程中，体系吸收的热量在等温等压过程中，体系吸收的热量全部用来增加焓全部用来增加焓从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。1、焓的性质、焓的性质(1)H为状态函数为状态函数，H只取决于体系的始态和终态，与途只取决于体系的始态和终态，与途径无关。径无关。(2)H的绝对值无法测量，但的绝对值无法测量，但H可通过测定等压反应可通过测定等压反应热而求得，热而求得，HQp(3)H具有能量单位具有能量单位，J、kJ(4)H是容量性质是容量性质，具有加和性。，具有加和性。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、焓变（、焓变（H）和内能变化（）和内能变化（U）的关系）的关系 H=U+PV H=U+（pV）等压条件下：等压条件下：H=U+p V（1）固体或液体，）固体或液体，V很小，可忽略很小，可忽略:H U Qp QV（2）气体，）气体，V较大，不能忽略：较大，不能忽略：p Vp(V2-V1)=(n2-n1)RT=ngRTH=U+ngRT从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。3、摩尔反应焓与摩尔反应热力学能、摩尔反应焓与摩尔反应热力学能v摩尔反应焓：摩尔反应焓：符号：符号：rHm意义：意义：非标态下，反应进度（非标态下，反应进度（）=1mol时的焓变时的焓变 rHm单位单位：kJmol-1，数值数值与计量系数有关；与计量系数有关；v摩尔反应热力学能：摩尔反应热力学能：符号：符号：rUm意义：意义：非标态下，反应进度（非标态下，反应进度（）=1mol时的热力学能变，时的热力学能变，rUm单位单位：kJmol-1，数值数值与计量系数有关；与计量系数有关；从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。【例例】在在373K和和101.3Pa下，下，2mol的的H2和和1mol的的O2反应，反应，生成生成2mol的水蒸气，总共放出的水蒸气，总共放出484kJ的热量。求该反应的热量。求该反应的的H和和U。【解解】反应反应2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)在等压下进行在等压下进行H=Qp=484KJ，放热，放热U=H-nRT=4842(2+1)8.3110-3373=481KJ从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。表示化学反应及其热效应的方程式。表示化学反应及其热效应的方程式。C（石墨）（石墨）+O2（g）=CO2（g）rHm=-393.5kJmol-1三、热化学方程式三、热化学方程式 表示表示298K，标准状态下，此反应的反应进度为，标准状态下，此反应的反应进度为1mol时放热时放热393.5kJ。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rHm=-393.5kJmol-1(1)C(金刚石金刚石)+O2(g)=CO2(g)rHm=-395.4kJmol-1(2)(1)和和(2)对比：对比：必需注明晶型必需注明晶型。H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)rHm=-241.8kJmol-1(3)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rHm=-285.8kJmol-1(4)(3)和和(4)对比：对比：必需注明物质状态。必需注明物质状态。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)rHm=-241.8kJmol-1(3)H2O(g)=H2(g)+1/2O2(g)rHm=+241.8kJmol-1(6)(4)和和(5)对比：对比：计量系数对热效应有影响计量系数对热效应有影响。(3)和和(6)对比：对比：互逆反应间热效应数值相等，符号相反。互逆反应间热效应数值相等，符号相反。H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rHm=-285.8kJmol-1(4)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)rHm=-571.6kJmol-1(5)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。书写热化学方程式时应注意：书写热化学方程式时应注意：注明反应的温度和压力。注明反应的温度和压力。若不注明，则为若不注明，则为298K，100kPa，即常温常压。，即常温常压。注明物质的存在状态。注明物质的存在状态。固相固相s，液相，液相l，气相，气相g，水溶液，水溶液aq。必要时，还要注明固体的晶型，如石墨，金刚石等。必要时，还要注明固体的晶型，如石墨，金刚石等。用用H表示反应热表示反应热，“+”表示吸热，表示吸热，“-”表示放热；表示放热；rHm：标态下，反应进度（标态下，反应进度（）=1mol时的焓变，时的焓变，rHm：非标态下，反应进度（：非标态下，反应进度（）=1mol时的焓变，时的焓变，rHm、rHm单位是单位是kJmol-1，数值与计量系数有关；，数值与计量系数有关；化学计量数可以是整数，也可以是分数。化学计量数可以是整数，也可以是分数。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。热力学的标准态热力学的标准态热力学上的标准态只涉及热力学上的标准态只涉及浓度、压力项浓度、压力项,与与温度无关温度无关。(1)气体气体压力为标准压力（压力为标准压力（p=100kPa）的纯气体。混合气体的）的纯气体。混合气体的标准态指该气体的分压为标准态指该气体的分压为p 的状态。的状态。(2)纯液体和纯固体纯液体和纯固体标准压力（标准压力（p）下的该纯物质。）下的该纯物质。(3)溶液溶液标准标准压力（压力（p）下，）下，b1molkg-1=b 的溶液，稀水溶液的溶液，稀水溶液可为可为c1molL-1c。标准压力原指标准压力原指101.325kPa，由于计算不便，现改为，由于计算不便，现改为100kPa。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。四四反应热的计算反应热的计算计算化学反应焓变的几个重要规律。计算化学反应焓变的几个重要规律。换言之，就是如何计算化学反应的换言之，就是如何计算化学反应的 H。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。【盖斯定律盖斯定律】在定压或定容条件下，一个化学反应无论在定压或定容条件下，一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，其反应的热效应是一步完成还是分几步完成，其反应的热效应总是相同的。总是相同的。俄国化学家盖斯经大量实验总结得出。俄国化学家盖斯经大量实验总结得出。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。如果：如果：如果：如果：反应反应反应反应(1)反应反应(2)则有：则有：H H1H2如果：如果：如果：如果：反应反应反应反应(1)反应反应(2)根根根根据据据据盖盖盖盖斯斯斯斯定定定定律律律律则有：则有：H H1H212从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。H是状态函数，是状态函数，只与反应的始、终态有关，而只与反应的始、终态有关，而与反应具体途径无关。与反应具体途径无关。【意义意义】计算难以直接测定的化学反应的热效应。计算难以直接测定的化学反应的热效应。【依据依据】通过设计通过设计始、终态相同，可测、可查始、终态相同，可测、可查的其它途的其它途径来获得径来获得。【方式方式】从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。【例例】求反应求反应(1)C(石墨石墨)+1/2O2(g)CO(g)的的rHm该反应产物的纯度不好控制，有可能在生成该反应产物的纯度不好控制，有可能在生成CO的同的同时也生成少量时也生成少量CO2，故该反应的热效应不易直接测定。，故该反应的热效应不易直接测定。(2)C(石墨石墨)+O2(g)CO2(g)rHm,2393.5kJmol-1(3)CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)rHm,3283.0kJmol-1找出一些热效应容易直接测定的反应，利用盖斯定律找出一些热效应容易直接测定的反应，利用盖斯定律【解解】反应反应(1)反应反应(2)反应反应(3)H1H2H3=(-393.5)-(-283.0)=-110.5kJmol-1从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。【例例】已知：反应已知：反应(1)4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)rH1=1523kJmol-1反应反应(2)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)，rH2=287kJmol-1求反应求反应(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的的rH。【解解】反应反应(3)反应反应(2)3反应反应(1)1/2H33H21/2H13(287)1/2(1523)99kJmol-1从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。【盖斯定律注意事项盖斯定律注意事项】条件：定压或定容、条件：定压或定容、W非非=0、设计设计途径的始、终途径的始、终态与原反应相同。态与原反应相同。相同的聚集态、相同的晶型、相同条件的反相同的聚集态、相同的晶型、相同条件的反应式才能相加减。应式才能相加减。可在反应式两侧同乘（除）某数，但可在反应式两侧同乘（除）某数，但 rHm 也应也应同乘（除）这个数。同乘（除）这个数。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。由生成焓计算反应焓变由生成焓计算反应焓变由元素的由元素的指定单质指定单质生成生成1mol某物质时的热效应叫做该物某物质时的热效应叫做该物质的质的摩尔生成焓摩尔生成焓。1、生成焓的定义、生成焓的定义如生成反应在标态和指定温度（通常为如生成反应在标态和指定温度（通常为298K）下进）下进行，此时的生成焓称为该温度下的行，此时的生成焓称为该温度下的标准摩尔生成焓，标准摩尔生成焓，用用 fHm,T 表示。表示。(fFormation）单位：）单位：kJmol-1从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rHm=-393.51kJmol-1 fHm（CO2，g）=-393.51kJmol-1 该反应就是该反应就是CO2气体气体的生成反应。的生成反应。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、注意事项、注意事项指定单质：指定单质：一般为该元素的最稳定状态，一般为该元素的最稳定状态，指定单质：指定单质：H2(g)，O2(g)，Br2(l)，Na(s)，C(石墨石墨)，P(白白)，S(斜方硫斜方硫)指定单质的指定单质的 fHm=0，其它可其它可查附表获得。查附表获得。若由最稳定单质生成若由最稳定单质生成2mol化合物，化合物，rHm fHm=2 fHm。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。3、计算公式、计算公式任一化学反应，由任一化学反应，由 fHm 计算计算 rHm 通式为：通式为：rHm=B fHm（B）=j fHm（产物）（产物）i fHm（反应物）（反应物）一些物质的标准摩尔生成焓容易测得，可用来一些物质的标准摩尔生成焓容易测得，可用来计算反应的摩尔焓变。计算反应的摩尔焓变。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。rHmffHm(F)+gfHm(G)dfHm(D)+efHm(E)反应：反应：dD+eE=f F+gG从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。例：例：求求CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)的的 rHm。fHm/kJmol-