第3章 化学反应过程中的热效应简精选PPT.ppt

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1、第3章 化学反应过程中的热效应简第1页，本讲稿共55页第一节第一节 热力学概论热力学概论1.热力学的基本内容热力学的基本内容2.热力学的研究方法和局限性热力学的研究方法和局限性3.热力学的基本概念热力学的基本概念第2页，本讲稿共55页热力学的基本内容热力学的基本内容 热热力力学学（thermodynamics）是是研研究究自自然然界界中中与与热热现现象象有有关关的的各各种种形形式式的的能能量量之间的之间的相互转化规律相互转化规律的一门科学。的一门科学。第3页，本讲稿共55页热力学的基本内容热力学的基本内容化学热力学：化学热力学：将将热热力力学学中中的的基基本本原原理理用用于于研研究究化化学学现

2、现象象以以及及和化学有关的物理现象。和化学有关的物理现象。研究内容研究内容计算变化中的热效应计算变化中的热效应判断变化的方向和限度判断变化的方向和限度 第4页，本讲稿共55页热力学的研究方法和局限性热力学的研究方法和局限性热力学方法的特点热力学方法的特点 研究对象是大量分子的集合体，研究物质的宏研究对象是大量分子的集合体，研究物质的宏观性质，所得结论具有统计意义。观性质，所得结论具有统计意义。只只考考虑虑变变化化前前后后的的净净结结果果，不不涉涉及及物物质质的的微微观观结构和变化过程中的细节（反应机理、历程）。结构和变化过程中的细节（反应机理、历程）。能判断变化发生的方向以及能进行到什么程度，

3、能判断变化发生的方向以及能进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。但不考虑变化所需要的时间。第5页，本讲稿共55页热力学的研究方法和局限性热力学的研究方法和局限性热力学方法的局限性热力学方法的局限性不不研研究究物物质质的的宏宏观观性性质质和和微微观观结结构构之之间间的的关系；关系；不知道反应的机理、历程以及速率；不知道反应的机理、历程以及速率；只只讨讨论论变变化化的的可可能能性性，无无法法指指出出如如何何将将可可能性变为现实的方法和途径。能性变为现实的方法和途径。第6页，本讲稿共55页热力学的基本概念热力学的基本概念1.系统和环境系统和环境2.系统的状态和状态函数系统的状态和状态函数3.过程

4、和途径过程和途径第7页，本讲稿共55页系统和环境系统和环境 人人们们对对某某个个问问题题进进行行研研究究时时，首首先先必必须须确确定定所所要要研研究究的的对对象象，把把一一部部分分物物质质与与其其他他物物质质分分开开（其其界界面面可可以以是是实实际际的的，也也可可以以是是想想象象的的）。这这种种被被划划分分出出来来的的研研究究对对象象就就称称为为系系统统（以以前前也也称称为为体体系系），而而在在系系统统以以外外与与系系统统密密切切相相关关、有有相相互互作作用或影响所能及的部分则称为环境用或影响所能及的部分则称为环境。第8页，本讲稿共55页根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：根据系统与环境

5、之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（）敞开系统（open system）系系统统与与环环境境之之间间既既可可以以有有物物质质交交换换，也也可可以以有有能能量量交换交换。系统和环境系统和环境第9页，本讲稿共55页系统和环境系统和环境（2）封闭系统（）封闭系统（closed system）系统与环境之间系统与环境之间无物质交换无物质交换，但可以有能量交换但可以有能量交换。第10页，本讲稿共55页系统和环境系统和环境（3）隔离系统（孤立系统，）隔离系统（孤立系统，isolated system）系统与环境之间系统与环境之间既无物质交换既无物质交换，又无能量交换又无能量交换。绝对绝对的隔离系统

6、是不存在的。的隔离系统是不存在的。第11页，本讲稿共55页系统和环境系统和环境有一只注满热水的暖水瓶，将其中的水作为系有一只注满热水的暖水瓶，将其中的水作为系统。统。1.暖水瓶质量很好，塞紧瓶塞：暖水瓶质量很好，塞紧瓶塞：2.暖水瓶不保温，塞紧瓶塞：暖水瓶不保温，塞紧瓶塞：3.打开瓶塞：打开瓶塞：隔离系统隔离系统封闭系统封闭系统敞开系统敞开系统热力学中的研究对象一般都是封闭系统热力学中的研究对象一般都是封闭系统第12页，本讲稿共55页 用用系系统统的的一一些些宏宏观观可可测测量量来来描描述述系系统统的的热热力力学学状状态态，这这些些可可测测量量称称为为系系统统的的宏宏观观性性质质。例例如如，用

7、用来来描描述述气气体体状状态态的的压压力力、体体积积、温温度度、各各组组分分的的物质的量等。物质的量等。系统的状态和状态函数系统的状态和状态函数 系统的状态系统的状态是系统是系统所有宏观性质的综合表现所有宏观性质的综合表现。第13页，本讲稿共55页系统的状态和状态函数系统的状态和状态函数 当当系系统统所所有有的的宏宏观观性性质质都都不不随随时时间间而而变变化化时时，就就说说系系统统处处于于一一定定的的状状态态。反反之之，也也可可以以说说，当当系系统统处处于于一一定定的的状状态态时时，描描述述系系统统状状态态的的所所有有的的宏宏观观物物理理量量也也必必有有定定值值。所所以以，通通常常又又把把用用

8、以以描描述述系系统统状状态态的的宏宏观观性性质质称称为为状状态态函函数数。第14页，本讲稿共55页状态函数的特点：状态函数的特点：（1）状状态态函函数数是是系系统统状状态态的的单单值值函函数数。当当系系统统状状态态一一定定时时，状状态态函函数数必必有有唯唯一一确确定定的的一一个个数数值。值。系统的状态和状态函数系统的状态和状态函数（2）状状态态变变化化时时，状状态态函函数数的的变变化化值值仅仅决决定定于于系系统统起起始始和和终终了了的的状状态态，而而与与变变化化的的过过程程即即变变化化时所经历的途径无关。时所经历的途径无关。第15页，本讲稿共55页异途同归，值变相等；异途同归，值变相等；周而复

9、始，数值还原。周而复始，数值还原。（3）无无论论经经历历多多么么复复杂杂的的变变化化，只只要要系系统统回回到初始的状态，状态函数的数值不变。到初始的状态，状态函数的数值不变。系统的状态和状态函数系统的状态和状态函数第16页，本讲稿共55页过程和途径过程和途径系统由始态到终态的变化可以经由一个或多个不系统由始态到终态的变化可以经由一个或多个不同的步骤来完成，这种同的步骤来完成，这种具体的步骤具体的步骤则称为则称为途径途径。在在一一定定的的环环境境条条件件下下，系系统统的的状状态态发发生生了了一一个个从从始始态态到到终终态态的的变变化化，我我们们就就称称系系统统发发生生了了一一个个热热力学过程，简

10、称力学过程，简称过程过程。第17页，本讲稿共55页1.等等温温过过程程：系系统统始始态态和和终终态态的的温温度度相相等等，且且等等于环境温度。于环境温度。恒恒温温过过程程：系系统统在在整整个个变变化化过过程程中中温温度度都都保保持持不不变，且等于环境温度。变，且等于环境温度。过程和途径过程和途径第18页，本讲稿共55页2.等等压压过过程程：系系统统始始态态和和终终态态的的压压力力相相等等，且且等等于外压。于外压。过程和途径过程和途径恒恒压压过过程程：系系统统在在整整个个变变化化过过程程中中压压力力都都保保持持不不变，且等于环境压力。变，且等于环境压力。第19页，本讲稿共55页3.等等容容过过程

11、程：系系统统在在整整个个变变化化过过程程中中体体积积保保持持不不变（在刚性容器中发生的变化）。变（在刚性容器中发生的变化）。4.绝绝热热过过程程：系系统统在在变变化化过过程程中中与与环环境境之之间间没没有有热的交换。热的交换。过程和途径过程和途径第20页，本讲稿共55页5.环环状状过过程程：系系统统从从始始态态出出发发，经经过过一一系系列列的的变变化后又回到原来的状态。化后又回到原来的状态。环环状状过过程程又又称称为为循循环环过过程程，经经过过此此过过程程，所所有有的的状态函数的变量都等于零。状态函数的变量都等于零。过程和途径过程和途径第21页，本讲稿共55页第二节第二节 等压反应热和焓等压反

12、应热和焓1.等压反应热和焓等压反应热和焓2.反应进度反应进度3.摩尔焓变摩尔焓变第22页，本讲稿共55页热热热的本质热的本质 热热是是物物质质运运动动的的一一种种表表现现形形式式，它它总总是是与与大大量量分分子子的的无无规规则则运运动动相相联联系系。当当两两个个温温度度不不同同的的物物体体相相接接触触时时，由由于于分分子子无无规规则则运运动动的的混混乱乱程程度度不不同同，它它们们就就可可能能通通过过分分子子的的碰碰撞撞而而交交换换能能量量。经经由由这这种种方方式式传传递递的的能能量量就就是是热热。换换言言之之，热热是是大大量量质质点点以以无序方式而传递的能量无序方式而传递的能量。第23页，本讲

13、稿共55页热热热的定义热的定义 热力学的研究方法是宏观的方法，它不考虑热热力学的研究方法是宏观的方法，它不考虑热的本质，而给的本质，而给“热热”下了一个如下的定义：下了一个如下的定义：由于系由于系统与环境之间的温度差而传递的能量称为热统与环境之间的温度差而传递的能量称为热。热的种类热的种类蒸发热蒸发热凝聚热凝聚热溶解热溶解热反应热反应热升华热升华热稀释热稀释热第24页，本讲稿共55页热热热的符号与单位热的符号与单位 符号符号 Q 单位单位 J 热的取号热的取号系统吸热系统吸热 Q 0 系统放热系统放热 Q 0 热的特点热的特点1.总是与发生的过程相联系，没有过程就没有热，其总是与发生的过程相联

14、系，没有过程就没有热，其数值与途径有关数值与途径有关2.不是系统自身的性质，不是状态函数不是系统自身的性质，不是状态函数第25页，本讲稿共55页反应热和焓反应热和焓化学反应的热效应化学反应的热效应：当系统发生了化学变化之后，系统的温度回到当系统发生了化学变化之后，系统的温度回到反应前始态的温度，系统吸收或放出的热量，称为反应前始态的温度，系统吸收或放出的热量，称为该反应的热效应，简称该反应的热效应，简称反应热反应热。第26页，本讲稿共55页反应热和焓反应热和焓 由于化学反应大多是在等压条件下进行由于化学反应大多是在等压条件下进行的，故通常所谓的反应热如不特别注明，都的，故通常所谓的反应热如不特

15、别注明，都是指是指等压反应热等压反应热。为为了了处处理理热热力力学学问问题题的的方方便便，热热力力学学中中引入了一个新的物理量引入了一个新的物理量焓焓，用符号，用符号H表示。表示。第27页，本讲稿共55页2.焓焓没没有有确确切切的的物物理理意意义义，但但对对于于不不做做非非体体积积功功的的等等压压反反应应，系系统统终终始始态态间间的的焓焓变变值值H就就等等于于该该反应的热效应；反应的热效应；1.焓是一个状态函数，定态下的系统有定值；焓是一个状态函数，定态下的系统有定值；焓的特点：焓的特点：焓焓3.焓具有能量的单位。焓具有能量的单位。第28页，本讲稿共55页反应进度反应进度 化学反应是一个过程，

16、在该过程中系统和环化学反应是一个过程，在该过程中系统和环境所交换的热显然与反应进行的程度有关。境所交换的热显然与反应进行的程度有关。反应进度：反应进度：用以表示反应进行的程度，符号用以表示反应进行的程度，符号。第29页，本讲稿共55页反应进度反应进度对于任意化学反应都可以写成通式对于任意化学反应都可以写成通式式中，式中，()=-1，()=-3，()=2式中，式中，是化学计量数。对于反应物其值为负，是化学计量数。对于反应物其值为负，对对于于生生成成物物其其值值为为正正。它它的的SI单单位位为为一一，|可可以以是是整数，也可以是简单的分数。整数，也可以是简单的分数。比如比如第30页，本讲稿共55页

17、反应进度反应进度式式中中，B代代表表生生成成物物和和反反应应物物，这这就就是是对对一一个个任任意反应的标准缩写法。意反应的标准缩写法。简化简化式中，式中，R代表反应物，代表反应物，P代表生成物。代表生成物。移项移项第31页，本讲稿共55页则则反应进度的反应进度的SI单位为单位为mol反应进度反应进度第32页，本讲稿共55页反应进度反应进度反应进度的特点：反应进度的特点：1.用参加反应的用参加反应的任何一种物质任何一种物质计算，得到的计算，得到的都是都是一样一样的；的；第33页，本讲稿共55页反应进度反应进度反应进度的特点：反应进度的特点：2.反应进度反应进度与化学反应的计量方程对应，故在使与化

18、学反应的计量方程对应，故在使用用时时必须标明具体的反应方程式必须标明具体的反应方程式；比如：比如：当当1mol H2和和1mol Cl2经过一定时间生成经过一定时间生成2mol HCl时，用两个方程式计算得到的反应进度显然不同时，用两个方程式计算得到的反应进度显然不同第34页，本讲稿共55页化学反应的热效应和反应进度化学反应的热效应和反应进度反应进度的特点：反应进度的特点：3.从从定定义义可可以以看看出出，当当反反应应进进行行了了1mol时时，参参加加反反应应的的各各物物质质的的物物质质的的量量按按照照所所给给定定的的反反应应式式的的计计量量系系数数发发生生变变化化，故故当当=1mol时时，可

19、可以以理理解解为为反反应应按按照照给给定定的的反反应应式式进进行行了了1mol反反应应，即即有有1mol 完完全全反反应应变变成成了了1mol 。这这里里我我们们将将所所有有的的反反应应物物或或所所有有的的生生成成物物作作为为一一个整体看成是一个特定组合的基本单元。个整体看成是一个特定组合的基本单元。第35页，本讲稿共55页摩摩尔尔焓焓变变实实际际上上是是指指按按照照所所给给的的化化学学反反应应式式，进进行行1mol的反应的反应（不是生成（不是生成1mol产物）时的焓变。产物）时的焓变。单位单位：Jmol-1。摩尔焓变摩尔焓变一定温度下，若某反应的反应进度变化一定温度下，若某反应的反应进度变化

20、时，焓变时，焓变为为 ，则该反应在，则该反应在此温度下此温度下的的摩尔焓变摩尔焓变为为第36页，本讲稿共55页标准状态标准状态：温度：温度T和标准压力和标准压力p(100kPa)下的状态，下的状态，简称简称标准态标准态。符号是在右上角加注符号。符号是在右上角加注符号。纯物质的标准态：纯物质的标准态：纯气体纯气体标准压力下具有理想气体性质的状态标准压力下具有理想气体性质的状态纯固体纯固体标准压力下的状态标准压力下的状态纯液体纯液体标准压力下的状态标准压力下的状态标准态没有规定温度，标准态没有规定温度，IUPAC推荐选择推荐选择298.15K作作为参考温度，若未注明均指为参考温度，若未注明均指29

21、8.15K时的数据。时的数据。第三节第三节 标准状态标准状态第37页，本讲稿共55页标准状态标准状态 参加反应的参加反应的各物质都处于标准态各物质都处于标准态时，化学反应时，化学反应的摩尔焓变称为的摩尔焓变称为标准摩尔焓变标准摩尔焓变，符号，符号 。表表示示0.5mol标标准准态态的的氢氢气气和和0.5mol标标准准态态的的氯氯气气，在在298.15K时时完完全全反反应应，生生成成1mol标标准准态态的的氯氯化氢气体时系统的焓变为化氢气体时系统的焓变为-92.3kJ。第38页，本讲稿共55页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：表示化学反应与热效应关系的方程式。热效应数值与

22、反应进度以及反应的始终态有关，式。热效应数值与反应进度以及反应的始终态有关，因此，书写时必须注意：因此，书写时必须注意：1.明确写出反应的计量关系；明确写出反应的计量关系；标准状态标准状态第39页，本讲稿共55页2.注明参加反应的各物质的状态，一般分别以注明参加反应的各物质的状态，一般分别以g,l,s表示气态、液态和固态表示气态、液态和固态，以，以aq表示水溶液表示水溶液，固态需，固态需要注明其结晶状态，溶液则需注明浓度。要注明其结晶状态，溶液则需注明浓度。标准状态标准状态3.注明反应的温度，不写表示注明反应的温度，不写表示298.15K；4.注明反应的压力。注明反应的压力。第40页，本讲稿共

23、55页第四节第四节 盖斯定律盖斯定律盖斯定律盖斯定律 任任何何一一个个化化学学反反应应在在不不做做其其他他功功和和等等压压（或或等等容容）的的情情况况下下，该该反反应应不不论论是是一一步步完完成成还还是是分分几几步步完成，其热效应的总值相等。完成，其热效应的总值相等。等压过程等压过程第41页，本讲稿共55页盖斯定律盖斯定律例如例如Hess 定律的意义：定律的意义：根据实验易测的反应热，计算难以测量的反应热。根据实验易测的反应热，计算难以测量的反应热。不易测不易测易测易测易测易测第42页，本讲稿共55页1.标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓2.反应的标准摩尔焓变的求算反应的标准摩尔焓变的求算 第五节第

24、五节 反应热的求算反应热的求算第43页，本讲稿共55页标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓物物质质B的的标标准准摩摩尔尔生生成成焓焓是是指指在在温温度度T下下，由由标标准准态态的的最最稳稳定定的的单单质质生生成成化化学学计计量量系系数数为为1的的标标准准态态的的产物产物B的反应的的反应的摩尔焓变摩尔焓变。焓的变焓的变化值化值formation对应计量方程反对应计量方程反应进度为应进度为 1 mol温度温度标准态标准态相态相态第44页，本讲稿共55页标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓则则则则则则第45页，本讲稿共55页标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓使用标准摩尔生成焓时注意使用标准摩尔生成焓时注意：1.由由定定义

25、义可可知知，处处于于标标准准状状态态下下的的各各种种最最稳稳定定的的单质的标准摩尔生成焓都为单质的标准摩尔生成焓都为0；3.应应注注明明温温度度，不不写写即即表表示示298K，该该温温度度下下的的数数值可查热力学数据表；值可查热力学数据表；2.应应注注明明物物质质B的的相相态态，同同一一物物质质而而不不同同相相态态，其标准摩尔生成焓的值不等；其标准摩尔生成焓的值不等；第46页，本讲稿共55页标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓4.很很多多化化合合物物不不能能直直接接由由单单质质合合成成，但但其其标标准准摩摩尔生成焓可以通过盖斯定律间接求得。尔生成焓可以通过盖斯定律间接求得。比如，比如，298时液态乙醇

26、的标准摩尔生成焓的求算时液态乙醇的标准摩尔生成焓的求算已知：已知：第47页，本讲稿共55页标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓 得得298K时液态乙醇的标准摩尔生成焓的求算：时液态乙醇的标准摩尔生成焓的求算：第48页，本讲稿共55页 利用热力学数据表列出的标准摩尔生成焓的利用热力学数据表列出的标准摩尔生成焓的值，计算值，计算298K时化学反应的标准摩尔焓变。时化学反应的标准摩尔焓变。标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓的用途：标准摩尔生成焓的用途：第49页，本讲稿共55页标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓稳定单质稳定单质A+BC+D(3)对于任一反应对于任一反应(1)(2)第53页，本讲稿共55页2.利用标准摩尔生成焓利用标准摩尔生成焓反应的标准摩尔焓变的求算反应的标准摩尔焓变的求算1.利用热效应利用热效应第54页，本讲稿共55页P96 第第4,6(1)改改动动：第：第4题热题热化学方程式中全部化学方程式中全部为为标标准准摩摩尔尔焓变焓变作业作业第55页，本讲稿共55页