第一章 热力学基础PPT讲稿.ppt

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1、第一章 热力学基础第1页，共113页，编辑于2022年，星期二1.能否发生化学反应？能否发生化学反应？2.若能反应，反应进行的难易程度如何？若能反应，反应进行的难易程度如何？3.若能反应，反应过程中能量变化有多少？若能反应，反应过程中能量变化有多少？4.若能反应，反应进行的快慢程度（速率）如若能反应，反应进行的快慢程度（速率）如何？何？5.以上问题有哪些影响因素？以上问题有哪些影响因素？两种或多种物质混合后，两种或多种物质混合后，Questions:？第2页，共113页，编辑于2022年，星期二1.1热力学的基本概念热力学的基本概念1.1.1系统和环境系统和环境系统（系统（system）:所需

2、研究的那部分物质或空间（研究对象）。所需研究的那部分物质或空间（研究对象）。环境（环境（surroundings）:系统之外与系统有一定联系的其它物质或空间。系统之外与系统有一定联系的其它物质或空间。系统与环境间一定有真实的或假想的界面隔开。系统与环境间一定有真实的或假想的界面隔开。第3页，共113页，编辑于2022年，星期二系统系统环境环境物质物质能量能量系统系统敞开系统敞开系统封闭系统封闭系统隔离系统隔离系统/孤立系统孤立系统这种分类是为我们研究问题方便而人为划定的。这种分类是为我们研究问题方便而人为划定的。第4页，共113页，编辑于2022年，星期二假如我们要以盐为系统呢？假如我们要以盐

3、为系统呢？可可见见，进进行行热热力力学学研研究究首首先先要要确确定定研研究究对对象象与与环环境境，也就是要明确界面位置。也就是要明确界面位置。例例一个保温瓶里面装有饱和食盐水。一个保温瓶里面装有饱和食盐水。若若以以盐盐水水及及保保温温瓶瓶为为系系统统，若若盖盖好好盖盖，水水不不能能蒸蒸发发，无物质交换，保温性很好，也无能量交换。无物质交换，保温性很好，也无能量交换。隔离系统隔离系统若保温性不好，热能散出。若保温性不好，热能散出。封闭系统封闭系统若盖子没盖严水分子可自由出入，热能散出。若盖子没盖严水分子可自由出入，热能散出。敞开系统敞开系统水就是环境，则无论保温瓶如何也是敞开系统。水就是环境，则

4、无论保温瓶如何也是敞开系统。第5页，共113页，编辑于2022年，星期二1.1.2过程和途径过程和途径过程（过程（process)：系统从某一状态变化到另一状态的经历。系统从某一状态变化到另一状态的经历。途径（途径（path）：系统由始态到末态这一过程的具体步骤。系统由始态到末态这一过程的具体步骤。描述一个过程包括系统的描述一个过程包括系统的始末态始末态和和途径途径。按照系统内部物质变化的类型将过程分为三类：按照系统内部物质变化的类型将过程分为三类：相相变化变化、化学变化化学变化和和单纯单纯pVT变化变化。第6页，共113页，编辑于2022年，星期二恒压过程恒压过程（isobaricproce

5、ss)：变化过程中系统的压力始变化过程中系统的压力始终保持不变，即终保持不变，即p(系系)=p(环环)=常数。常数。仅仅p(始始)=p(终终)=p(环环)=常数，为等压过程。常数，为等压过程。描述系统状态变化的常见过程：描述系统状态变化的常见过程：恒温过程恒温过程（isothermalprocess)：变化过程中系统的温：变化过程中系统的温度始终保持不变，即度始终保持不变，即(系系)=T(环环)=常数。常数。仅仅(始始)=T(终终)=T(环环)=常数为等温过程。常数为等温过程。恒恒容容过过程程（isochoricprocess)：变变化化过过程程中中系系统统的的体体积积始终保持不变，即始终保持

6、不变，即V(系系)=常数。常数。仅仅V(始始)=V(终终)=常数，为等容过程。常数，为等容过程。第7页，共113页，编辑于2022年，星期二绝绝热热过过程程（adiabaticprocess)：在在变变化化过过程程中中系系统统与与环环境境不不发发生生热热的的传传递递。某某些些变变化化极极快快的的过过程程，如如爆爆炸炸、快快速速燃燃烧烧，系系统统与与环环境境来来不不及及发发生生热热交交换换，那那个个瞬瞬间可近似作为绝热过程处理。间可近似作为绝热过程处理。循循环环过过程程（cyclicprocess)：系系统统从从始始态态出出发发，经经过过一系列变化后又回到了始态的变化过程。一系列变化后又回到了始

7、态的变化过程。第8页，共113页，编辑于2022年，星期二例例一一定定量量某某理理想想气气体体从从300K、100kPa的的始始态态A发发生生单单纯纯pVT变变化化达达到到450K、150kPa的的末末态态Z。其途径如图：其途径如图：pVab1b2c1c2途径途径a：恒容加热：恒容加热途径途径b：先恒压，：先恒压，再恒温再恒温途径途径c：先恒温，：先恒温，再恒压再恒压AZ第9页，共113页，编辑于2022年，星期二 1.1.3系统的状态函数及其性质系统的状态函数及其性质通通常常用用系系统统的的宏宏观观可可测测性性质质如如体体积积、压压力力、温温度度、粘粘度度、表表面面张张力力等等来来描描述述系

8、系统统的的热热力力学学状状态态。这这些性质也称为些性质也称为热力学变量热力学变量。可分为两类：可分为两类：容量性质容量性质和和强度性质强度性质。系系统统分分割割成成若若干干部部分分时时具具有有加加和和关关系系的的性性质质，称称为为容容量量性性质质，又又称称为为广广度度性性质质。如如体体积积、质质量量等等。其数值与系统的物质的量成正比。其数值与系统的物质的量成正比。容量性质容量性质（extensiveproperties）第10页，共113页，编辑于2022年，星期二系系统统分分割割成成若若干干部部分分时时不不具具有有加加和和关关系系的的性性质质。如如温温度度、压压力力、密密度度、粘粘度度等等。

9、其其数数值值取取决决于于系系统自身的特点，与系统的数量无关。统自身的特点，与系统的数量无关。强度性质强度性质（intensiveproperties）如如第11页，共113页，编辑于2022年，星期二当当系系统统的的诸诸性性质质不不随随时时间间而而改改变变，则则体体系系就就处处于于热热力力学平衡状态。学平衡状态。即应同时包括下列几个平衡：即应同时包括下列几个平衡：1）热平衡）热平衡：系统的各个部分温度相等。系统的各个部分温度相等。2）力力学学平平衡衡：系系统统各各部部分分之之间间，没没有有不不平平衡衡的的力力存存在。在。3）相相平平衡衡：当当系系统统不不止止一一相相时时，物物质质在在各各相相之

10、之间间的的分分布布达达到到平平衡衡，在在相相间间没没有有物物质质的的净净转转移移。达达平平衡衡后后各各相相的组成和数量不随时间而改变。的组成和数量不随时间而改变。4）化化学学平平衡衡：当当各各物物质质之之间间有有化化学学反反应应时时，达达到到平平衡衡后后，系统的组成不随时间而改变。系统的组成不随时间而改变。第12页，共113页，编辑于2022年，星期二状态一定，性质一定；性质一定，则状态也确定。状态一定，性质一定；性质一定，则状态也确定。系统的性质之间系统的性质之间相互关联，通常只需要指定其相互关联，通常只需要指定其中的几个，其余的就随之而定。中的几个，其余的就随之而定。思考：思考：系统的同一

11、状态能否具有不同的体积？系统的同一状态能否具有不同的体积？系统的不同状态能否具有相同的体积？系统的不同状态能否具有相同的体积？能能否否第13页，共113页，编辑于2022年，星期二系系统统性性质质的的数数值值仅仅取取决决于于系系统统所所处处的的状状态态，而而与与系系统统的的历历史史无无关关；它它的的变变化化值值仅仅取取决决于于系系统统的始态和终态，而与变化的途径无关。的始态和终态，而与变化的途径无关。状态函数（状态函数（statefunction）能表征系统状态的宏观性质称为状态函数。能表征系统状态的宏观性质称为状态函数。如如物质的量、压力、体积、温度等物质的量、压力、体积、温度等第14页，共

12、113页，编辑于2022年，星期二状态函数的特点：状态函数的特点：1)系统的状态确定，各状态函数均有确定值。系统的状态确定，各状态函数均有确定值。2)系统状态发生变化时，各状态函数的改变量只与系系统状态发生变化时，各状态函数的改变量只与系统的始态和终态有关，与变化的途径无关。统的始态和终态有关，与变化的途径无关。3)状态函数的组合（和、差、积及商）往往也是状状态函数的组合（和、差、积及商）往往也是状态函数。态函数。异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。第15页，共113页，编辑于2022年，星期二5)描述系统所处状态的各状态函数之间往往是有相互描述系统

13、所处状态的各状态函数之间往往是有相互关联的。关联的。实验事实证明：对于没有化学变化，只含有一种实验事实证明：对于没有化学变化，只含有一种物质的均相封闭系统，一般说来只要指定两个强物质的均相封闭系统，一般说来只要指定两个强度性质，其它的强度性质也就随之而定了。若再度性质，其它的强度性质也就随之而定了。若再知道了系统的总量，则广度性质也就一定了。知道了系统的总量，则广度性质也就一定了。T、p、V、Vm、n、m 等等4)状态函数的广度性质和强度性质。状态函数的广度性质和强度性质。第16页，共113页，编辑于2022年，星期二理理想想气气体体：分分子子本本身身没没有有体体积积，分分子子间间无无相相互互

14、作作用用力。力。实实际际工工作作中中，当当压压力力不不太太高高、温温度度不不太太低低的的情情况况下下，气气体体分分子子间间的的距距离离大大，分分子子本本身身的的体体积积和和分分子子间间的的作作用用力力均均可可忽忽略略，气气体体的的压压力力、体体积积、温温度度以以及及物物质质的的量量之之间间的的关关系系可可近近似似地地用用理理想想气气体体状态方程来描述。状态方程来描述。第17页，共113页，编辑于2022年，星期二理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRTp气体的压力，单位为帕气体的压力，单位为帕(Pa)；V体积，单位为立方米体积，单位为立方米(m3)；n物质的量，单位为摩物质的量，单位为摩(

15、mol)；T热力学温度，单位为热力学温度，单位为“开开”(K)；R摩尔气体常数。摩尔气体常数。需记忆需记忆!第18页，共113页，编辑于2022年，星期二实实验验测测知知1 mol气气体体在在0、1 atm下下的的体体积积为为22.414L,则则101.325103Pa22.41410-3m31mol273.15K=R=pV/nT=8.314Pam3mol-1K-1=8.314Jmol-1K-1需记忆需记忆!第19页，共113页，编辑于2022年，星期二理想气体状态方程式的实际应用：理想气体状态方程式的实际应用：计算计算p，V，T，n中的任意物理量；中的任意物理量；确定气体的密度和摩尔质量。确

16、定气体的密度和摩尔质量。用于计算气体反应的化学平衡问题；用于计算气体反应的化学平衡问题；第20页，共113页，编辑于2022年，星期二气气体体的的分分压压(pB)气气体体混混合合物物中中，某某一一组组分分气气体体B对器壁所施加的压力。对器壁所施加的压力。即即等等于于相相同同温温度度下下该该气气体体单单独独占占有有与与混混合合气气体体相相同同体积时所产生的压力。体积时所产生的压力。道道尔尔顿顿分分压压定定律律混混合合气气体体的的总总压压力力等等于于各各组组分分气气体的分压之和。体的分压之和。p=pB理想气体分压定律理想气体分压定律第21页，共113页，编辑于2022年，星期二如：组分气体如：组分

17、气体B的物质的量为的物质的量为nB混合气体的物质的量为混合气体的物质的量为n混合气体的体积为混合气体的体积为V则它们的压力：则它们的压力：pB=nBRT/V p=nRT/V 将两式相除，得将两式相除，得为组分气体为组分气体B的摩尔分数的摩尔分数nBnpB=nBp n则则pBnBpn=同温同容，气态物质的分压与其物质的量成正比。同温同容，气态物质的分压与其物质的量成正比。第22页，共113页，编辑于2022年，星期二物质物质吸入空气，吸入空气，%呼出空气，呼出空气，%氮气氮气氧气氧气氩气氩气二氧化碳二氧化碳水水78.021.00.90.040.075.016.00.94.04.0第23页，共11

18、3页，编辑于2022年，星期二分压定律的应用分压定律的应用在实验室中进行有关气体的实验时，常在实验室中进行有关气体的实验时，常会涉及到气体混合物中各组分的分压问会涉及到气体混合物中各组分的分压问题。题。第24页，共113页，编辑于2022年，星期二例：例：体体积积为为10.0L含含N2、O2、CO2的的混混合合气气体体，温温度度为为30、总总压压为为93.3kPa，其其中中：p(O2)=26.7kPa，CO2的的含含量量为为5.00g，试试计计算算N2、CO2分压。分压。第25页，共113页，编辑于2022年，星期二热力学能热力学能（thermodynamicenergy）热力学能是系统热力学

19、能是系统内部内部除整体势能及整体动能以除整体势能及整体动能以外的外的全部能量全部能量的总和，用符号的总和，用符号U 表示。也叫表示。也叫内能内能（internalenergy）。单位：）。单位：J、kJ。分子的动能分子的动能分子间相互作用的势能分子间相互作用的势能分子内部的能量分子内部的能量热力学能的组成热力学能的组成(与物质种类及与物质种类及物物质的量有关质的量有关)1.1.4热力学能、功、热热力学能、功、热第26页，共113页，编辑于2022年，星期二1)U是状态函数；是状态函数；3)U绝绝对对值值未未知知，是是由由于于系系统统内内部部质质点点的的运运动动及及相相互作用很复杂。只能求出它的

20、变化值。互作用很复杂。只能求出它的变化值。热力学能的特征：热力学能的特征：2)U是是系系统统的的容容量量性性质质，与与系系统统所所含含物物质质的的量量成成正正比；比；U=U(终态终态)-U(始态始态)第27页，共113页，编辑于2022年，星期二热和功热和功热热(heat)：系系统统和和环环境境之之间间因因温温度度不不同同而而传传递递或或交交换换的能量的形式。的能量的形式。热和功是系统的状态发生变化时，系统和环境传递热和功是系统的状态发生变化时，系统和环境传递或交换能量的两种方式。或交换能量的两种方式。用符号用符号Q表示。单位：表示。单位：J、kJ。功功(work)：除了热之外其它传递或交换的

21、能量形式。：除了热之外其它传递或交换的能量形式。用符号用符号W表示。单位：表示。单位：J、kJ。第28页，共113页，编辑于2022年，星期二热是热是途径函数途径函数，不是状态函数。，不是状态函数。热热不不仅仅与与始始末末态态有有关关，还还与与过过程程经经历历的的具具体体途径有关。途径有关。微微量量热热记记作作Q，一一定定量量的的热热记记作作Q，而而不不是是Q。热热的的正正负负符符号号规规定定：以以系系统统为为中中心心，系系统统吸吸热热，Q 为正值，系统放热，为正值，系统放热，Q 为负值。为负值。热的本质：系统与环境间因内部热的本质：系统与环境间因内部粒子无序运动粒子无序运动强强度不同而造成的

22、能量传递。度不同而造成的能量传递。第29页，共113页，编辑于2022年，星期二功是系统与环境间因内部功是系统与环境间因内部粒子有序运动粒子有序运动而交换的能而交换的能量。量。功功的的符符号号规规定定：以以系系统统为为中中心心，环环境境对对系系统统做做功功，W为正值；系统对环境做功，为正值；系统对环境做功，W为负值。为负值。功功体积功体积功:系统体积变化反抗外力所做的功。系统体积变化反抗外力所做的功。非体积功非体积功:除体积功外的功，如电功，表除体积功外的功，如电功，表面功等。面功等。注意注意:功和热都不是状态函数。功和热都不是状态函数。其数值与变化途径有关。其数值与变化途径有关。都是过程的产

23、物。都是过程的产物。第30页，共113页，编辑于2022年，星期二气气体体受受热热，体体积积膨膨胀胀dV，活活塞塞移移动动dl，反反抗抗环环境境压压力力p环环而作微功：而作微功：微功微功=力力位移位移=p环环As dl =p环环dV注注意意：2.计算功时用的是环境的压力计算功时用的是环境的压力p环环。1.加加“”号号是是因因为为气气体体膨膨胀胀(dV 0)而而系系统统输输出功出功(W0,H 0放热反应：放热反应：Qp0,H 0公式使用条件：封闭系统、恒压、公式使用条件：封闭系统、恒压、W=0第44页，共113页，编辑于2022年，星期二QV=U、Qp=H 的意义：的意义：把把绝绝对对值值未未知

24、知且且又又无无法法直直接接测测定定的的状状态态函函数数U、H分分别与恒容热别与恒容热QV及恒压热及恒压热Qp联系起来。联系起来。热热可可由由量量热热计计直直接接测测量量，则则通通过过测测定定上上述述两两个个特特定定条条件下的热就可得到件下的热就可得到 U、H的数据。的数据。热热是是途途径径函函数数，而而两两关关系系式式表表明明，在在上上述述特特定定条条件件下下，QV、Qp只只与与始始末末态态有有关关与与途途径径无无关关，所所以以可可在在指指定定的的始始末末态态间间假假设设途途径径来来计计算算QV、Qp，这这就就为复杂热计算的简化提供了理论依据。为复杂热计算的简化提供了理论依据。第45页，共11

25、3页，编辑于2022年，星期二例例25下下在在一一敞敞口口试试管管内内加加热热氯氯酸酸钾钾晶晶体体时时，发生下列反应：发生下列反应：2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)并并放放出出89.5kJ/mol热热量量。试试求求25下下该该反反应应的的 H 和和 U。第46页，共113页，编辑于2022年，星期二氧弹热量计氧弹热量计第47页，共113页，编辑于2022年，星期二化学反应化学反应cC+dD=yY+zZ移项移项0=-cC-dD+yY+zZ令令-c=C、-d=D、y=Y、z=Z得得0=CC+DD+YY+ZZ1.2.2化学计量数化学计量数和反应进度和反应进度0BBB可简化写出化学计量

26、式的通式：可简化写出化学计量式的通式：B包含在反应中的分子、原子或离子。包含在反应中的分子、原子或离子。B数字或简分数，称为数字或简分数，称为(物质物质)B的化学计量数。的化学计量数。规规定定：反反应应物物的的化化学学计计量量数数为为负负，产产物物的化学计量数为正。的化学计量数为正。第48页，共113页，编辑于2022年，星期二例：例：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2molN

27、H3。第49页，共113页，编辑于2022年，星期二0BB B对于化学计量方程式对于化学计量方程式d=B-1dnBnB，B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改写为改写为dnB=Bd反应进度反应进度（extentofreaction）最早由比利时热化学家最早由比利时热化学家 T.de.DonderT.de.Donder（德唐德）引入（德唐德）引入第50页，共113页，编辑于2022年，星期二即任一化学反应各反应物及产物的改变量即任一化学反应各反应物及产物的改变量(nB)均与反均与反应进度应进度()及各自的计量系数及各自的计量系数(B)有关。有关。对产物

28、对产物B若若00、nB(0)0则则nBB开始时开始时0=0、nB(0)，积分到，积分到、nB()时时得：得：nB()nB(0)=B(0)则则nB=B第51页，共113页，编辑于2022年，星期二例：例：反应：反应：N2+3H2=2NH3(N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2当当00时，若有足够量的时，若有足够量的N2和和H2、n(NH3)0根据根据 nBB、nB/B n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000 1 -1-321-2-642对同一化学反应方程式，反应进度对同一化学反应方程式，反应进度()的值与的值与选选用反应式中何种物质的量的变化用反应式

29、中何种物质的量的变化进行计算无关。进行计算无关。第52页，共113页，编辑于2022年，星期二注意注意:同同一一化化学学反反应应如如果果化化学学反反应应方方程程式式的的写写法法不不同同（亦亦即即B不不同同），相相同同反反应应进进度度时时对对应应各各物物质质的的量量的变化会有区别。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)/mol 12第53页，共113页，编辑于2022年，星期二物质物质标准态标准态气体气体标准压力标准压力(p=100 kPa)下纯气体，或混合气下

30、纯气体，或混合气体中的分压值为体中的分压值为100 kPa。液体液体/固固体体标准压力标准压力(p)下纯液体下纯液体/纯固体纯固体溶液中的溶液中的溶质溶质标准压力标准压力(p)下质量摩尔浓度为下质量摩尔浓度为1 molkg-1(近似为近似为1 molL-1)1.2.3热力学的标准状态热力学的标准状态第54页，共113页，编辑于2022年，星期二化学反应的焓变通常用化学反应的焓变通常用 rH(T)表示。表示。当当反反应应进进度度为为1mol时时，则则称称为为摩摩尔尔焓焓变变，记记为为 rHm(T)。若若反反应应在在标标准准状状态态下下进进行行，则则为为标标准准摩摩尔尔焓焓变变，记为记为 rHm(

31、T)。第55页，共113页，编辑于2022年，星期二1.2.4热化学方程式热化学方程式表示化学反应与反应热关系的方程式表示化学反应与反应热关系的方程式表表示示在在298.15K、标标准准状状态态下下，当当反反应应进进度度 =1mol时时（1molH2(g)与与molO2(g)反反应应，生生成成1molH2O(g)时时），放出放出241.82kJ热量。热量。rHm=241.82kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K如如第56页，共113页，编辑于2022年，星期二注意：注意：1)注明反应条件；注明反应条件；2)注明各物质的聚集状态；注明各物质的聚集状态；3)同一反应，反应

32、式系数不同，同一反应，反应式系数不同，rHm不同；不同；4)正、逆反应的正、逆反应的 rHm的绝对值相同，符号相反。的绝对值相同，符号相反。rHm(298.15K)=241.82kJmol-1 rHm(298.15K)=483.64kJmol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(g)rHm(298.15K)=483.64kJmol-12H2O(g)=2H2(g)+O2(g)H2(g)+O2(g)=H2O(g)第57页，共113页，编辑于2022年，星期二例：例：298K时反应时反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的的=akJmol-1，求在定温定压下，求在定温定压下，该反应的该反应的。第

33、58页，共113页，编辑于2022年，星期二 1.2.5盖斯盖斯(Hess)定律定律在在恒恒压压或或恒恒容容条条件件下下，系系统统不不做做非非体体积积功功，则则反反应应热热只只取取决决于于反反应应的的始始态态和和终终态态，而而与与变变化化过过程程的的具具体途径无关。体途径无关。即：对一个确定的化学反应，无论是即：对一个确定的化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。当然要保持反应条件（如是相同的。当然要保持反应条件（如温度、压力等）不变。温度、压力等）不变。第59页，共113页，编辑于2022年，星期二C(s)+O2(g)rHmCO(g)+O2(

34、g)H1 H2CO2(g)rHm=H1+H2对对于于进进行行得得太太慢慢或或反反应应程程度度不不易易控控制制而而无无法法直直接接测测定定反反应应热热的的化化学学反反应应，可可以以用用盖盖斯斯定定律律，利利用用容容易易测定的反应热来计算不容易测定的反应热。测定的反应热来计算不容易测定的反应热。H1=rHm H2=(393.51)(282.98)kJmol-1=110.53kJmol-1第60页，共113页，编辑于2022年，星期二例：某火箭用例：某火箭用N2H4(l)（肼）作燃料，在（肼）作燃料，在NO2中燃烧，生中燃烧，生成成N2、液态、液态H2O。已知：。已知：1)N2(g)+2O2(g)2

35、NO2(g)H1=+67.2kJ/mol2)N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(l)H2=-534kJ/mol假如都在相同状态下反应，请写出发射火箭反应的热化假如都在相同状态下反应，请写出发射火箭反应的热化学方程式。学方程式。2 N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(l)H=-1135.2kJ/mol 第61页，共113页，编辑于2022年，星期二例：已知例：已知25、101kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为式分别为C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)H=393.51kJmol-1C(金刚石金刚石)+O2(g)=CO2

36、(g)H=395.41kJmol-1据此判断，下列说法中正确的是据此判断，下列说法中正确的是()A、由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能、由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低量比金刚石的低B、由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能、由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高量比金刚石的高C、由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金、由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低刚石的低D、由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能、由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高量比金刚石的高

37、A第62页，共113页，编辑于2022年，星期二标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓标准态标准态下，由下，由指定单质指定单质生成生成单位物质的量单位物质的量的某的某物质的焓变（即恒压反应热）物质的焓变（即恒压反应热）.单位：单位：kJmol-1注意：注意：1)指定单质指定单质（一般选择（一般选择298.15K时单质较稳定的形时单质较稳定的形态）态）fHm=0，如如(石墨石墨)=0；2)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。1.2.6应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变 第6

38、3页，共113页，编辑于2022年，星期二例：在例：在298.15K时时这就是这就是HCl(g)的标准摩尔生成焓：的标准摩尔生成焓：反应焓变为：反应焓变为：第64页，共113页，编辑于2022年，星期二反应的标准摩尔焓变的计算反应的标准摩尔焓变的计算化学反应的标准摩尔焓变等于生成物的标准摩尔生化学反应的标准摩尔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尔生成焓的总和。成焓的总和减去反应物的标准摩尔生成焓的总和。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)计算时，注意系数和标准摩尔生成焓的正负号计算时，注意系数和标准摩尔生成焓的

39、正负号!第65页，共113页，编辑于2022年，星期二计算恒压反应计算恒压反应:4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)的的。例例1解：解：=4(90.25)+6(-241.82)4(-46.11)kJmol-1=-905.48kJmol-14NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)/kJmol-1-46.11090.25-241.82第66页，共113页，编辑于2022年，星期二 反应反应 /kJmol-11)2Cu2O(s)+O2(g)=4CuO(s)-2922)CuO(s)+Cu(s)=Cu2O(s)-11.3例例2计算计算。第67页，共113页，编辑于

40、2022年，星期二反应能否进行反应能否进行?在什么条件下可以进在什么条件下可以进行行?反应进行的方向反应进行的方向?反应进行的程度（反应限度）反应进行的程度（反应限度）?某反应在某指定条件下：某反应在某指定条件下：cC+dD=yY+zZ?1.3化学反应的方向化学反应的方向第68页，共113页，编辑于2022年，星期二瀑布瀑布自由落体运动自由落体运动热水在空气中冷却热水在空气中冷却氢气燃烧生成水氢气燃烧生成水水泵水泵电梯、吊车电梯、吊车冰箱冰箱水电解为氢气和氧气水电解为氢气和氧气自发过程自发过程非自发过程非自发过程1.3.1化学反应的自发性化学反应的自发性在在一一定定条条件件下下不不需需外外力力

41、做做功功就就能能自自动动进进行行的过程。的过程。第69页，共113页，编辑于2022年，星期二自发过程的基本特征自发过程的基本特征有有的的自自发发过过程程开开始始时时需需要要引引发发，一一旦旦开开始始，自自发过程将继续进行一直达到平衡；发过程将继续进行一直达到平衡；自发过程不受时间约束，与反应速率无关；自发过程不受时间约束，与反应速率无关；自自发发过过程程必必然然有有一一定定的的方方向向性性，其其逆逆过过程程是是非非自自发发过过程程。两两者者都都不不能能违违反反能能量量守守恒恒定律；定律；第70页，共113页，编辑于2022年，星期二自发过程只能进行到一定的程度。自发过程只能进行到一定的程度。

42、自自发发过过程程和和非非自自发发过过程程都都是是可可能能进进行行的的。但但是是，只只有有自自发发过过程程能能自自动动发发生生，而而非非自自发发过过程必须借助于一定方式的外部作用才能发生。程必须借助于一定方式的外部作用才能发生。l自发过程可以被用来做非体积功；自发过程可以被用来做非体积功；自发反应在什么条件下可以进行自发反应在什么条件下可以进行?自发反应进行的程度自发反应进行的程度(反应限度反应限度)?第71页，共113页，编辑于2022年，星期二1.3.2影响反应自发性的因素影响反应自发性的因素能量最低原理能量最低原理第72页，共113页，编辑于2022年，星期二1.化学反应的焓变化学反应的焓

43、变H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)rHm=-55.84kJmol-13Fe(s)+2O2(g)=Fe2O3(s)rHm=-1118.4kJmol-1C(s)+O2(g)=CO2(g)rHm=-393.509kJmol-1CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)rHm=-890.36kJmol-1第73页，共113页，编辑于2022年，星期二焓焓变变判判据据rHm0化学反应不能自发进行。化学反应不能自发进行。能用能用H的符号作为自发性判断的普遍的符号作为自发性判断的普遍依据吗？依据吗？第74页，共113页，编辑于2022年，星期二反反例例rHm0自发自发水的蒸发水的蒸发

44、冰的融化冰的融化氯化铵晶体的溶解氯化铵晶体的溶解氢氧化钡晶体与氯化铵溶液的酸碱反应：氢氧化钡晶体与氯化铵溶液的酸碱反应：Ba(OH)28H2O(s)+2NH4+(aq)=Ba2+(aq)+2NH3(g)+10H2O(l)=122.1kJmol-1第75页，共113页，编辑于2022年，星期二碳酸钙的分解碳酸钙的分解CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)=178.32kJmol-1p，298.15K时反应非自发时反应非自发1123K时，自发反应时，自发反应第76页，共113页，编辑于2022年，星期二影响反应自发性的其它因素：影响反应自发性的其它因素：温度温度熵熵第77页，共113页，编辑

45、于2022年，星期二276 pm冰中冰中H2O分子间分子间的氢键的氢键冰冰水水水蒸气水蒸气布朗运动布朗运动许多自发过程有混乱度增加的趋势：许多自发过程有混乱度增加的趋势：第78页，共113页，编辑于2022年，星期二建筑物的倒塌建筑物的倒塌NH4Cl晶体的溶解晶体的溶解碳酸钙在高温下的分解碳酸钙在高温下的分解系统有趋向于最大混乱度的倾向，系统有趋向于最大混乱度的倾向，系统混乱度增大有利于反应自发地进行。系统混乱度增大有利于反应自发地进行。第79页，共113页，编辑于2022年，星期二理想气体的自由膨胀理想气体的自由膨胀第80页，共113页，编辑于2022年，星期二2个分子在左边球内的概率为个分

46、子在左边球内的概率为1/4理想气体的自由膨胀理想气体的自由膨胀第81页，共113页，编辑于2022年，星期二3个分子在左边球内的概率为个分子在左边球内的概率为1/8第82页，共113页，编辑于2022年，星期二 理想气体的自由膨胀统计解释统计解释:2个个分子在左边球内的概率为分子在左边球内的概率为1/43个个分子在左边球内的概率为分子在左边球内的概率为1/8 n个个分子在左边球内的概率为分子在左边球内的概率为1/2n1mol分子在左边球内的概率为分子在左边球内的概率为1/26.0221023概率如此小，可见是一种不可能的状态。所以概率如此小，可见是一种不可能的状态。所以气体的自由膨胀是必然的。

47、气体的自由膨胀是必然的。第83页，共113页，编辑于2022年，星期二 熵是表示系统中微观粒子混乱度的一是表示系统中微观粒子混乱度的一个热力学函数，符号为个热力学函数，符号为S。系统的混乱度愈大，熵愈大。系统的混乱度愈大，熵愈大。熵是状态函数。熵是状态函数。熵的变化只与始态、终态有关，而与途熵的变化只与始态、终态有关，而与途径无关。径无关。第84页，共113页，编辑于2022年，星期二 微观状态数微观状态数3分子分子(3位置位置)3分子分子(4位置位置)2分子分子(4位置位置)第85页，共113页，编辑于2022年，星期二粒子的活动范围愈大，系统的微观状态粒子的活动范围愈大，系统的微观状态数愈

48、多，系统的混乱度愈大。数愈多，系统的混乱度愈大。第86页，共113页，编辑于2022年，星期二熵与微观状态数熵与微观状态数1878年，年，L.Boltzman提出了熵与微观状提出了熵与微观状态数的关系。态数的关系。S=klnS 熵熵 微观状态数微观状态数k Boltzman常量常量L.Boltzmann（18441906）第87页，共113页，编辑于2022年，星期二在在绝绝对对零零度度（0K）时时，任任何何纯纯净净的的完完整整无无缺缺的的晶晶体体都都处处于于完完全全有有序序的的状状态态，混混乱乱度度最最小小。规规定定：0K时时，任任何何物物质质完完整整晶晶体体的的熵熵值值为为零零。即即：S0

49、=00K稍稍 大大 于于0 K第88页，共113页，编辑于2022年，星期二0K，S0S=ST-S0=ST-0=STTK，ST得到了纯物质在得到了纯物质在T K时的规定熵。时的规定熵。在在标标准准状状态态下下，1mol某某纯纯物物质质的的规规定定熵熵又又叫叫做做标标准摩尔熵，用准摩尔熵，用 表示，单位：表示，单位：JK-1mol-1。绝大多数物质，包括绝大多数物质，包括单质单质，298.15K的的标准摩尔熵均大于零。标准摩尔熵均大于零。某些水溶液中的离子的标准摩尔熵为负值某些水溶液中的离子的标准摩尔熵为负值(H+,aq,298.15K)=0第89页，共113页，编辑于2022年，星期二规律：规

50、律：物质的熵值随温度的升高而增大；物质的熵值随温度的升高而增大；CS2(l)：161K，=103JK-1mol-1，298K，=150JK-1mol-1对于同一物质来说：对于同一物质来说：S气气S液液S固固；298KH2O(g)H2O(l)H2O(s),JK-1mol-1188.769.939.3第90页，共113页，编辑于2022年，星期二分子结构相似时，相对分子质量大的，其分子结构相似时，相对分子质量大的，其就大；就大；(HF)(HCl)(HBr)(HI)物物质质的的相相对对分分子子质质量量相相近近时时，分分子子构构型型复复杂杂的的，其其 就大。就大。(CH3OCH3,g)0第93页，共1