标准摩尔生成焓学习教案.pptx

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1、会计学1标准摩尔标准摩尔(m r)生成焓生成焓第一页，共73页。2绪论(xln)化学(huxu)是一门既古老又年轻的科学。化学是研究和创造物质的科学，同工农业生产和国防现代化，同人民生活和人类社会等都有非常密切的关系(gun x)。化学是一门中心性的、实用的和创造性的科学，主要是研究物质的分子转变规律的科学。化学与物理一起属于自然科学的基础学科。研究现状研究现状(2000年)化合物2000万种时间分辨率：1 fs空间分辨率：0.1nm分析所需最小量：10-13 g。第1页/共72页第二页，共73页。31 1 化学化学(huxu)(huxu)的定义与分支学科的定义与分支学科化学是在原子和分子水平

2、上研究物质的组成、结构和化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性质及其变化性质及其变化(binhu)(binhu)规律和变化规律和变化(binhu)(binhu)过程中过程中能量关系的科学能量关系的科学无机化学：无机物无机化学：无机物有机化学有机化学(yu j hu xu)：碳氢化合物及衍生：碳氢化合物及衍生物物分析化学：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、核化学等等定义：定义：化学的分支学科化学的分支学科第2页/共72页第三页，共73页。42 2

3、 2 2 化学化学化学化学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)的地位和作用的地位和作用的地位和作用的地位和作用v 化学仍是解决食物(shw)短缺问题的主要学科之一v 化学继续(jx)推动材料科学发展v 化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障v 化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用v 化学是生命科学的重要支柱第3页/共72页第四页，共73页。53 3 学习的目的学习的目的(md)(md)、内容和要求、内容和要求学习目的学习目的了解当代化学学科的概貌了解当代化学学科的概貌用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题学习内容

4、学习内容 理论化学：两条理论化学：两条“主线主线”应用化学：应用化学：化合物知识；化学在相关学科中的应用化合物知识；化学在相关学科中的应用 实验化学实验化学学习要求学习要求 辨证的思维辨证的思维 发展的眼光发展的眼光 实践的方法实践的方法第4页/共72页第五页，共73页。6热化学与能源(nngyun)第1章第5页/共72页第六页，共73页。7学习要求：学习要求：了解定容热效应了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉的测量原理。熟悉qv的实验的实验 计算计算 方法。方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律化学定律(dngl)。理解等压热效应

5、与反应焓变的。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。第6页/共72页第七页，共73页。8目录目录(ml)n n1.1 1.1 反应热的测量反应热的测量n n1.2 1.2 反应热的理论计算反应热的理论计算n n1.3 1.3 常见常见(chn(chn jin)jin)能源及其有效与清洁利用能源及其有效与清洁利用n n1.4 1.4 清洁能源与可持续发展清洁能源与可持续发展n n选读材料

6、选读材料 核能核能n n.核燃料和核能的来源核燃料和核能的来源n n.核电的优势与发展趋势核电的优势与发展趋势n n本章小结本章小结第7页/共72页第八页，共73页。91.1 1.1 反应热的测量反应热的测量反应热的测量反应热的测量(cling)(cling)系统：作为研究系统：作为研究(ynji)对象的那一部分物质和空间。对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。空间。开放系统开放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几个几个(j)基本概念基本概念1 系统与环境系统与环境图1.1

7、 系统的分类隔离系统隔离系统无物质和能量交换无物质和能量交换第8页/共72页第九页，共73页。102 2 相相系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀(jnyn)(jnyn)部分部分称为相。根据相的概念，系统可分为：称为相。根据相的概念，系统可分为：单相（均匀单相（均匀(jnyn)(jnyn)）系统系统多相（不均匀多相（不均匀(jnyn)(jnyn)）系统）系统 相与相之间有明确相与相之间有明确(mngqu)(mngqu)的界面。的界面。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

8、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。第9页/共72页第十页，共73页。113 3 状态状态状态状态(zhungti)(zhungti)与状态与状态与状态与状态(zhungti)(zhungti)函数函数函数函数状态函数状态函数用于表示系统性质的物理量用于表示系统性质的物理量X 称状态函数，如气体的称状态函数，如气体的压力压力p、体积、体积V、温度、温度T 等。等。状态就是系统状态就是系统(xtng)(xtng)一切性质的总和。有平衡和非一切性质的总和。有平衡和非平衡态之分。平衡态之分。如系统的宏观如系统的宏观(hnggun)(hnggun

9、)性质都处于定值，则系性质都处于定值，则系统为平衡态。统为平衡态。状态变化时，系统的宏观状态变化时，系统的宏观(hnggun)(hnggun)性质也必然性质也必然发生部分或全部变化。发生部分或全部变化。第10页/共72页第十一页，共73页。12状态状态(zhungti)函数的性质函数的性质 状态函数是状态的单值函数。状态函数是状态的单值函数。当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、末态有关，而与变化的实际末态有关，而与变化的实际(shj)(shj)途径无关。途径无关。图1.2 状态函数(hnsh)的性质以下例子说明：当系统由始

10、态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。系统压力从3p变为p第11页/共72页第十二页，共73页。13广度性质和强度广度性质和强度(qingd)性质性质状态状态(zhungti)(zhungti)函数可分为两函数可分为两类：类：广度性质：其量值具有加和性，如体积广度性质：其量值具有加和性，如体积(tj)(tj)、质、质量等。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(热力学中称为压力)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(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？力和

11、面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质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。的物理量的商是一个强度性质的物理量。第12页/共72页第十三页，共73页。144 4 过程过程过程过程(guchng)(guchng)与途径与途径与途径与途径 系统状态发生任何的变化系统状态发生任何的变化(binhu)称为过程；称为过程；可逆过程可逆过程体系经过某一过程，由状态体系经过某一过程，由状态变到状态变到状态之后，之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近样的过程称为可逆

12、过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。平衡条件下进行的过程。实现一个过程实现一个过程(guchng)的具体步骤称途径。的具体步骤称途径。思考思考：过程与途径的区别。设想如果你要把设想如果你要把20 C的水烧开，要完成的水烧开，要完成“水烧开水烧开”这个过程，这个过程，你可以有多种具体的你可以有多种具体的“途径途径”：如可以在水壶中常压烧；也：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。可以在高压锅中加压烧。第13页/共72页第十四页，共73页。155 5 化学化学化学化学(huxu)(huxu)计量数计量数计量数计量数一般用化学反应计量方程一般用化学反应计量方程(fngchng)表

13、示化学反应中质量表示化学反应中质量守恒关系，守恒关系，通式为：通式为：B 称为B 的化学计量(jling)数。符号规定：反应物：B为负；产物：B为正。附例附例1.1 应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式：N2+3H2=2NH3解：解：用化学反应通式表示为：0=-N2-3H2+2NH3第14页/共72页第十五页，共73页。166 6 反应进度反应进度反应进度反应进度 的定义的定义(dngy)：反应进度的单位是摩尔(m r)（mol），它与化学计量数的选配有关。nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化(binhu)量。或定义思考思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗

14、？有关。如对于反应：0=N2 3H2+2NH3，当有1mol NH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成则反应进度为1 mol。第15页/共72页第十六页，共73页。17 反应热的测量反应热的测量(cling)反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量(rling)。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。正。摩尔反应热指当反应进度为摩尔反应热指当反应进度为1 mol时系统放出或吸收时系统放出或吸收(xshu)的热量。的热量。思考思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件

15、是恒压。用弹式量热计测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？答：定容反应热答：定容反应热（等容）反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热是热化学的重要研究内容。第16页/共72页第十七页，共73页。181 1 反应热的实验反应热的实验反应热的实验反应热的实验(shyn)(shyn)测量方法测量方法测量方法测量方法设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的热容为Cs(JK-1)，比热容为cs(JK-1kg-1)，则：由于完全反应，=n因此摩尔反应热：图1.3 弹式量热计第17页/共72页第十八页，共73页。19示例示例(shl

16、)例例1.1 联氨燃烧联氨燃烧(rnsho)反应：反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)已知：已知：解解：燃烧：燃烧0.5g联氨放热为联氨放热为第18页/共72页第十九页，共73页。202 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称为表示化学反应与热效应关系的方程式称为(chn wi)热化学方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再热化学方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：标明标明(biomng)反应温度、压力及反应物、生反应温度、压力及反应物、生成物的成物

17、的 量和状态；量和状态；书写书写(shxi)热化学方程式时应注意：热化学方程式时应注意：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明若不注明T,p,皆指在皆指在T=298.15 K，p=100kPa下。下。第19页/共72页第二十页，共73页。21 反应热与反应式的化学反应热与反应式的化学(huxu)(huxu)计量数有关；计量数有关；一般一般(ybn)(ybn)标注的是等压热效应标注的是等压热效应qpqp。思考思考(sko)：qp与与qv相同吗？。相同吗？。不相同不相同第20页/共72页第二十一页，共73页。221.2 反应热的理

18、论反应热的理论(lln)计算计算 并不是所有的反应热都可以实验测定(cdng)。例如反应：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思考：为什么上述反应思考：为什么上述反应(fnyng)的反应的反应(fnyng)热无法实验测定？热无法实验测定？实验过程中无法控制生成产物完全是实验过程中无法控制生成产物完全是CO。因此，只能用理论方法来计算反应热。第21页/共72页第二十二页，共73页。23 热力学第一热力学第一(dy)定律定律封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热q，从环境得功从环境得功w，则系统内能，则系统内能(ni nn)的增加的增加U(U2 U

19、1)为：为：U=q+w热力学第一定律(dngl)的实质是能量守恒定律(dngl)在热力学中的的应用。其中，内能现称为热力学能。第22页/共72页第二十三页，共73页。241 热力学能热力学能系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及转动、振动以及(yj)电子运动和核运动。电子运动和核运动。思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者(qin zh)放在放在10000m高空，以高空，以400m/s飞行的飞飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？机上，后者静止在地面上。两者的内

20、能相同吗？相同相同(xin tn)。内能的特征：内能的特征：状态函数状态函数 无绝对数值无绝对数值 广度性质广度性质由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定内能的绝对数值。第23页/共72页第二十四页，共73页。252 2 热热在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差而交换温度差而交换(jiohun)的能量称为热。的能量称为热。热的符号热的符号(fho)规定：规定：系统吸热为正，系统放热为负。系统吸热为正，系统放热为负。热量热量(rling)q(rling)q不是状态函数不是状态函数第24页/共72页第二十五页，共73页。263 3

21、功与体积功与体积功与体积功与体积(t(t j)j)功功功功在物理或化学变化的过程中，系统与环境在物理或化学变化的过程中，系统与环境(hunjng)除热以外的方式交换的能量都称为功。除热以外的方式交换的能量都称为功。功的符号规定：功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一（注意功符号的规定尚不统一(tngy)）系统得功为正，系统作功为负。系统得功为正，系统作功为负。由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体体。所有其它的功统称为非体积功。所有其它的功统称为非体积功w。功功w也不是状态函数也不是状态函数思考思考：1mol理想气体，密闭在1)气

22、球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20C时，是否做了体积功？1)1)做体积功，做体积功，2)2)未做体积功。未做体积功。w=w体体+w 第25页/共72页第二十六页，共73页。27思考思考(sko)：水能变油吗？：水能变油吗？热热无序能；功无序能；功有序能；能的品位有序能；能的品位(pnwi)不同。不同。一封闭系统，热力学能一封闭系统，热力学能U1，从环境，从环境(hunjng)吸收热吸收热q，得功得功w，变到状态，变到状态2,热力学能热力学能U2，则有：，则有：U1U2q 0w 0U=q+w第26页/共72页第二十七页，共73页。284 4 体积体积体积体积(t(t j)j)功功功功w

23、w体的计算体的计算体的计算体的计算等外压过程等外压过程(guchng)中，体积功中，体积功w体体=p 外外(V2 V1)=p外外V pp外外=F/Al p外外=F/A，l=V/A2，因此，因此(ync)，体积，体积功功w体体=F l =(p外外 A)(V/A)=p外外 V 图1.4 体积功示意图第27页/共72页第二十八页，共73页。295 5 理想气体理想气体理想气体理想气体(l(l xi xi n n q t q t)的体积功的体积功的体积功的体积功理想气体理想气体(l xin q t)的定义：的定义：气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为0的气态系统被称为(chn wi)理想气体。理

24、想气体的状态方程理想气体的状态方程：附例附例1.2 1 mol理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。解解：终态平衡时的体积为：终态平衡时的体积为：负值表示系统对外做功。负值表示系统对外做功。第28页/共72页第二十九页，共73页。306.6.热力学能的组成部分热力学能的组成部分热力学能的组成部分热力学能的组成部分(z(z chn chn b fn)b fn)和波谱分析概要和波谱分析概要和波谱分析概要和波谱分析概要*(1)平动能平动能 Ut：质点在三维空间的平动运动有关的：质点在三维空间的平动运动有关的能量。通常能量。通常(tngchn

25、g)只有流体质点具有该能量。只有流体质点具有该能量。(2)转动能转动能Ur：质点环绕质心转动所具有：质点环绕质心转动所具有(jyu)的能量。的能量。单原子气体没有该能量。单原子气体没有该能量。(3)振动能振动能 Uv：与分子或多原子离子中的组成原子间相：与分子或多原子离子中的组成原子间相对的往复运动有关的能量。物质具有零点震动能。对的往复运动有关的能量。物质具有零点震动能。(4)电子能电子能 Ue：原子核与电子之间的相互作用系统所：原子核与电子之间的相互作用系统所具有的能量。它是化学反应中能量变化的主要部分。具有的能量。它是化学反应中能量变化的主要部分。以上形式的能量依次增大，且它们均是量子化

26、的。第29页/共72页第三十页，共73页。31波谱分析波谱分析波谱分析波谱分析(fnx)(fnx)概要概要概要概要*利用物质发射或吸收电磁辐射波来进行定性及定量分析(dnglingfnx)的测试方法。一般地，根据波长可进行定性分析；根据波谱强度可进行定量分析(dnglingfnx)。图1.13 500 MHz核磁共振波谱仪第30页/共72页第三十一页，共73页。321.2.2 1.2.2 化学反应化学反应化学反应化学反应(huxu f(huxu f nyng)nyng)的反应热与焓的反应热与焓的反应热与焓的反应热与焓通常把反应物和生成物具有相同通常把反应物和生成物具有相同(xin tn)(xi

27、n tn)温度时，温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。系统吸收或放出的热量叫做反应热。根据反应根据反应(fnyng)(fnyng)条件的不同，反应条件的不同，反应(fnyng)(fnyng)热又热又可分为：可分为：定容反应热定容反应热恒容过程，体积功w体=0，不做非体积功 w=0时，所以，w=w体+w=0，qV=U 定压反应热定压反应热恒压过程，不做非体积功时，w体=p(V2V1)，所以qp=U+p(V2V1)思考思考：这两个公式有什么用处？可以利用这两个公式计算反应热。可以利用这两个公式计算反应热。第31页/共72页第三十二页，共73页。331 1 焓焓 qP=U+p(V2 V1)=(U

28、2-U1)+p(V2 V1)=(U2+p 2V2)(U1+p 1V1)公式公式qp=H 的意义：的意义：等压热效应即为焓的增量等压热效应即为焓的增量(zn lin)，所以可以通，所以可以通过过H的计算求出的计算求出qP 的值。的值。令令 H=U+p V则则qp=H2 H1=HH 称为称为(chn wi)焓，是一个重要的热力学函数。焓，是一个重要的热力学函数。思考：焓是状态思考：焓是状态(zhungti)函数吗？能否知道它的绝对数值？函数吗？能否知道它的绝对数值？是状态函数，但不能知道它的绝对数值。是状态函数，但不能知道它的绝对数值。第32页/共72页第三十三页，共73页。342 2 定容反应热

29、与定压反应热的关系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定容反应热与定压反应热的关系(gun x)(gun x)已知定容反应热：qV=U；定压反应热：qp=Up+p(V2 V1)等温过程，Up UV，则：qp qV=n2(g)RT n1(g)RT=n(g)RT对于理想气体反应，有：对于有凝聚相参与的理想气体(l xin q t)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，只需考虑气体的物质的量。H U=qp qV=p(V2 V1)思考：若反应思考：若反应 C(石墨石墨(shm)+O2(g)CO2(g)的的qp,m为为393.5kJmol 1，则该反应的，则该反应

30、的qV,m 为多少为多少？该反应的该反应的n(g)=0，qV=qp 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(g)0的反应，的反应，qV qp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(g)0的反应，的反应，qV qp第33页/共72页第三十四页，共73页。353 3 盖斯定律盖斯定律盖斯定律盖斯定律(dngl(dngl)化学反应化学反应(huxu fnyng)的恒压或恒容反应热只与物质的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。的始态或终态有关而与变化的途径无关。始态始态C(石墨石墨(shm)+O2(g)终态终态CO2(g)中间

31、态中间态CO(g)+O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。第34页/共72页第三十五页，共73页。36盖斯定律盖斯定律(dngl)示例示例由盖斯定律知：若化学反应由盖斯定律知：若化学反应(huxu fnyng)(huxu fnyng)可以加和，则可以加和，则其反应热也可以加和。其反应热也可以加和。附例附例1.3 已知反应和的反应焓，计算的反应焓，解：解：第35页/共72页第三十六页，共73页。37 反应标准摩尔反应标准摩尔(m r)焓变的计算焓变的计算1 热力学标准热力学标准(biozhn)态：态：气体物质的标准态：标准压力p 下表现出理

32、想气体性质的纯气体状态溶液中溶质B的标准态是:标准压力p 下，质量摩尔浓度为b (1.0mol.kg-1),并表现出无限稀溶液中溶质的状态;本书采用近似c =1.0 mol.dm-3)液体或固体的标准态是:标准压力p 下的纯液体或纯固体。第36页/共72页第三十七页，共73页。382 2 标准摩尔标准摩尔标准摩尔标准摩尔(m r)(m r)生成焓生成焓生成焓生成焓指定单质通常(tngchng)指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P为白磷(s)，即P（s，白）。298.15K时的数据(shj)可以从手册上查到。思考思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反

33、应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)显然，标准态指定单质的标准生成焓为显然，标准态指定单质的标准生成焓为0 0。生成焓的负值越大，表明该物质。生成焓的负值越大，表明该物质键能越大，对热越稳定。键能越大，对热越稳定。标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质B时反应的焓变称为标准摩尔生成焓，记作时反应的焓变称为标准摩尔生成焓，记作 。第37页/共72页第三十八页，共73页。393 3 标准摩尔标准摩尔标准摩尔标准摩尔(m r)(m r)焓变及测定焓变及测定焓变及测定焓变及测定测定原理测定原理(yunl)：由于由于qp=H所以可以通过在标准状态

34、下测定恒温恒压条件下的反所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件下的反应热得到反应标准摩尔焓变应热得到反应标准摩尔焓变.标准状态下标准状态下,反应进度反应进度=1mol=1mol的焓变称为的焓变称为(chn(chn wi)wi)反应的标准摩尔焓变反应的标准摩尔焓变:记作记作第38页/共72页第三十九页，共73页。404 4 反应反应反应反应(f(f nyng)nyng)的标准摩尔焓变的计算的标准摩尔焓变的计算的标准摩尔焓变的计算的标准摩尔焓变的计算稳定稳定(wndn(wndng)g)单质单质可从手册数据计算可从手册数据计算298.15K时的标准时的标准(biozhn)摩尔反应摩尔反应焓焓.反应

35、物反应物标准状态标准状态生成物生成物标准状态标准状态 r Hm f Hm(p)f Hm(r)由盖斯定律，得：由盖斯定律，得：第39页/共72页第四十页，共73页。41标准摩尔标准摩尔(m r)反应反应焓变计算示例焓变计算示例解：从手册解：从手册(shuc)查得查得298.15K时时Fe2O3和和Al2O3的标的标准摩尔生成焓分别为准摩尔生成焓分别为824.2和和1675.7kJmol-1。例例1.4 试计算铝热剂点火反应的反应计量式为：第40页/共72页第四十一页，共73页。42注意事项注意事项 物质的聚集状态物质的聚集状态(zhungti)(zhungti)，查表时仔细，查表时仔细应用物质的

36、标准摩尔生成(shn chn)焓计算标准摩尔反应焓时需要注意 公式中化学计量公式中化学计量(jling)(jling)数与反应方程数与反应方程式相符式相符 数值与化学计量数的选配有关；数值与化学计量数的选配有关；温度的影响温度的影响第41页/共72页第四十二页，共73页。43附例附例1.4 设反应物和生成物均处于标准状态，计算设反应物和生成物均处于标准状态，计算(j sun)1mol乙炔乙炔完全燃烧放出的能量。完全燃烧放出的能量。解：从手册查得298.15K时，各物质的标准摩尔生成(shn chn)焓如下。226.73 0 -393.509 -285.83第42页/共72页第四十三页，共73页

37、。441.3 1.3 常见能源常见能源常见能源常见能源(nngyun)(nngyun)及其有效与清洁利及其有效与清洁利及其有效与清洁利及其有效与清洁利用用用用 能源是自然界中为人类提供能量的物质能源是自然界中为人类提供能量的物质(wzh)资源。资源。思考：能源对于人类思考：能源对于人类(rnli)的重要性，为什么能源科学的重要性，为什么能源科学被列为当今社会的三大支柱之一。被列为当今社会的三大支柱之一。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43页/共72页第四十四

38、页，共73页。45 世界能源世界能源(nngyun)的结构与能的结构与能源源(nngyun)危机危机1.1.能源能源(nngyun)(nngyun)的分类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、天然煤炭、石油、天然气、生物质能气、生物质能煤气、焦碳、成品燃煤气、焦碳、成品燃油、液化气、酒精油、液化气、酒精非燃料能源非燃料能源 水能水能电力、蒸汽、热水电力、蒸汽、热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、风太阳能、地热、风能、海洋能能、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

39、条件表表1.2 能源能源(nngyun)的分类的分类第44页/共72页第四十五页，共73页。462 2 世界世界世界世界(shji)(shji)能源的结构和消耗能源的结构和消耗能源的结构和消耗能源的结构和消耗195019601970198019902010102030405060能能源源结结构构比比例例(%)年代年代图1.7 世界(shji)消耗的一次能源结构煤炭石油天然气水电及其它第45页/共72页第四十六页，共73页。473 能量消耗前六名的国家能量消耗前六名的国家(guji)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%

40、)国家国家煤炭石油天然气核能水电25.410.47.26.04.12.9图1.8 世界(shji)六国消耗的一次能源比例及总比例（占世界(shji)）趋势（比例(bl)）：石油和天然气下降；煤炭上升；核电上升。第46页/共72页第四十七页，共73页。484 能源危机能源危机本质：能量总量不变，质量本质：能量总量不变，质量(zhling)(zhling)衰退了，衰退了，有序能下降。有序能下降。思考：核能思考：核能(hnng)属于常规能源吗？属于常规能源吗？第47页/共72页第四十八页，共73页。49煤炭煤炭(mitn)与洁煤与洁煤技术技术思考：我国能源思考：我国能源(nngyun)结构的特点是什

41、么？结构的特点是什么？我国的能源结构中，煤炭占据重要地位：占总能量我国的能源结构中，煤炭占据重要地位：占总能量(nngling)的的70%以上。此外，我国也是世界上煤以上。此外，我国也是世界上煤炭储量最大的国家，因此，如何高效、科学、清洁地炭储量最大的国家，因此，如何高效、科学、清洁地利用煤炭资源是我国能源科学和研究中的重要课题。利用煤炭资源是我国能源科学和研究中的重要课题。我国煤炭的一个特点是煤炭中含硫量较高，煤炭中的硫在燃烧时生成二氧化硫。大气中的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。第48页/共72页第四十九页，共73页。501 1 煤炭煤炭煤炭煤炭(mitn)(mitn)的成分与热值的成分与热

42、值的成分与热值的成分与热值煤炭煤炭(mitn)的主要成分：的主要成分：碳、氢、氧；少量碳、氢、氧；少量(sholing)氮、硫、磷等。氮、硫、磷等。煤炭的热值：煤炭的热值：单位质量或体积的燃料完全燃烧放出的热量。单位质量或体积的燃料完全燃烧放出的热量。标准煤的热值为29.3MJkg-1。无烟煤：无烟煤：低硫，较好；烟煤烟煤：高硫，燃烧环境污染；褐煤：褐煤：储量大，但热值低。煤炭的分类：煤炭的分类：第49页/共72页第五十页，共73页。512 2 洁净煤技术洁净煤技术洁净煤技术洁净煤技术(jsh)(jsh)洁净煤技术于1986年由美国率先(shuixin)提出，现已成为解决环境和能源问题的主导技

43、术之一。煤煤甲醇合成(hchng)汽油液体燃料(新型液态燃料)第50页/共72页第五十一页，共73页。52 石油石油(shyu)和天然气和天然气 石油石油(shyu)石油是多种烃类的混合物，其中含有(hn yu)链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧、含硫的有机物。思考思考：世界原油储量最大的地区在哪儿？我国的原油产地在哪儿？世界原油储量最大的地区是中东。我国的原油产地在东北、西北和山东（黑龙江省的大庆油田、新疆的克拉玛依油田和山东省的胜利油田是中国三大油田）。第51页/共72页第五十二页，共73页。531 1 石油燃料石油燃料石油燃料石油燃料(rnlio)(rnlio)产品产品产品产品石油经过分馏

44、和裂解等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油(miyu)、柴油、润滑油和沥青等产品。思考：以上产品中最重要思考：以上产品中最重要(zhngyo)的是什么？的是什么？汽油汽油。95%的汽油用于驱动汽车。衡量汽油质量的一个重要指标是辛烷值。直馏汽油的辛烷值约为5572之间，在汽油中加入少量四乙基铅可以将辛烷值提高到7988，为了防止铅在汽缸中沉积，加入少量二溴乙烷，使生成挥发性的溴化铅，与尾气一同排入大气。思考思考：汽车尾气污染物是什么？如何解决？主要污染物：主要污染物：NO、CO、HC和含铅化物等。和含铅化物等。解决方法：采用无铅汽油，对汽车尾气进行催化净化。解决方法：采用无铅汽油，对汽车尾气进行

45、催化净化。第52页/共72页第五十三页，共73页。542 天然气天然气天然气是低级(dj)烷烃的混合物，主要成分是甲烷，常与石油伴生。其热值约为55.6MJ kg-1。天然气的优点天然气的优点(yudin)：可直接(zhji)应用 易于管道输送 污染少思考思考：西气东送具有哪些重要意义？第53页/共72页第五十四页，共73页。553 3 沼气沼气沼气沼气(zh(zh oq)oq)和生物质能和生物质能和生物质能和生物质能植物残体在隔绝空气的情况下发生自然(zrn)分解时产生的气体称为沼气。沼气约含60%的甲烷(ji wn)，其余为二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考思考：可用哪些原料制备沼

46、气？如果你来自农村，你家使用过沼气吗？农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。生物质能的现代利用是将植物枝杆等在汽化炉中加压汽化制成可燃气体。都是。沼气也属于生物质能。柴火是生物质能的直接利用。都是。沼气也属于生物质能。柴火是生物质能的直接利用。思考思考：沼气和柴火是生物质能吗？第54页/共72页第五十五页，共73页。564 4 可燃冰可燃冰可燃冰可燃冰未来未来未来未来(wili)(wili)的新能源的新能源的新能源的新能源天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，外形似外形似(xn s)冰，

47、用火柴一点就着，故称冰，用火柴一点就着，故称“可燃冰可燃冰”。CH4xH2O(s)。形成条件：低温高压如形成条件：低温高压如0，76 MPa。储量：数据相差较大。总量相当于储量：数据相差较大。总量相当于161万亿吨煤，可用万亿吨煤，可用100万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的23倍。倍。分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海有大量有大量(dling)可燃冰，约相当于全国石油储量的一可燃冰，约相当于全国石油储量的一半。半。开采难，储量丰富。开采难，储量丰富。第55页/共72页第五十六页，共73

48、页。57 煤气煤气(miq)和液化气和液化气煤气煤气煤的合成气及炼焦气都是城市煤气。煤的合成气及炼焦气都是城市煤气。来源于石油，主要成分为丙烷、丁烷等，炼油厂来源于石油，主要成分为丙烷、丁烷等，炼油厂的副产品。的副产品。液化气液化气煤气的组成煤气的组成H2：50%；CO：15%；CH4：15%，热值约16MJ M-3思考：与煤气相比思考：与煤气相比(xin b)，液化气有哪些优点？，液化气有哪些优点？无毒、低污染、热值高于煤气无毒、低污染、热值高于煤气(miq)。液化气作动力液化气作动力 绿色汽车绿色汽车 燃料电池（各国竞争发展）。燃料电池（各国竞争发展）。第56页/共72页第五十七页，共73

49、页。581.4 1.4 清洁能源与可持续清洁能源与可持续清洁能源与可持续清洁能源与可持续(chx)(chx)发展发展发展发展思考思考(sko)1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无限的限的(不考虑太阳的寿命不考虑太阳的寿命)？思考思考(sko)2：你认为伊拉克战争的深层次原因是什么？：你认为伊拉克战争的深层次原因是什么？1：矿物能源（煤炭和石油）是有限的，来自宇宙的能源：矿物能源（煤炭和石油）是有限的，来自宇宙的能源（如太阳能）和核能（如太阳能）和核能(hnng)是无限的。是无限的。2：开放性的结论开放性的结论1992年，联合国环境于发展大会上提

50、出了社会、经济、人口、资源和环境协调发展的口号。能源作为最紧缺的资源对人类社会的可持续发展起着关键的作用。第57页/共72页第五十八页，共73页。59 能源开发与可持续能源开发与可持续(chx)发展发展我国能源结构不合理，优质能源比重太小。必须合理开发及进一步开我国能源结构不合理，优质能源比重太小。必须合理开发及进一步开发新能源，才能发新能源，才能(cinng)实现可持续发展。实现可持续发展。图1.9 治理(zhl)前的热电厂最有希望的清洁能源是氢能、太阳能以及核能和生物质能等。最有希望的清洁能源是氢能、太阳能以及核能和生物质能等。可持续发展三原则：公平性、共同性和持续性。可持续发展三原则：公