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1、首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页教材：普通化学 (第五版)教师教师:王一兵王一兵学时：学时：48(48(讲课讲课40;40;实验实验8)8)1首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页绪论 1、化学的定义与分支化学的定义一直颇有争议。定义大体分为五类:1.笼统式 2.具体式 3.微观式 4.扩张式 5.哲学式2首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页Fe+S=FeS（黑色）（黑色）化学是化学是在原子和分子水平上在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、研究物质的组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系的学科性能及其变化规律和变化过程中能量关系的学科.（教材）（教材）无机化学：无机物
2、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3首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大分子，到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的分子，到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。（徐光宪）活性及其规律和应用的科学。
3、（徐光宪）第一是原子层次的化学第一是原子层次的化学 第二是分子片层次的化学第二是分子片层次的化学 第三是分子层次的化学第三是分子层次的化学 第四是超分子层次的化学第四是超分子层次的化学 第五是生物分子层次的化学第五是生物分子层次的化学 第六是宏观聚集态的化学第六是宏观聚集态的化学 第七是介观聚集态的化学第七是介观聚集态的化学 第八是复杂分子体系的化学第八是复杂分子体系的化学 4首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 化学发展史化学发展史 四次革命四次革命2、化学的发展和作用化学的发展和作用5首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 波义耳波义耳16611661年发表了年发表了“怀疑怀疑派化学
4、家派化学家”(The(The ScepticalChymistScepticalChymist)，指出指出:“:“化化学不是为了炼金，也不是为了治学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学离出来，成为一门独立的科学”。波义耳极为崇尚实验，指出，波义耳极为崇尚实验，指出，“空谈毫无用途，一切来自实验空谈毫无用途，一切来自实验”。他把严密他把严密的实验方法引入化学研的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。究，使化学成为一门实验科学。恩格斯的评价恩格斯的评价：“把化学确立为科学把化学确立为科学”被誉为被誉为“化学之父化学之父
5、”（墓碑语）。（墓碑语）。6首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 法国化学家拉瓦锡法国化学家拉瓦锡17831783年出版名著年出版名著“关于燃素的回顾关于燃素的回顾”，提，提出燃烧的氧化学说。出燃烧的氧化学说。拉瓦锡拉瓦锡17891789年出版了年出版了“初等化学概论初等化学概论”，首次给元素下了一，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能再分解的简单元素是用任何方法都不能再分解的简单物质物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的人类几千年的
6、燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说燃素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿化学中的牛顿”。7首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 英国化学家道尔顿创立科学原子论英国化学家道尔顿创立科学原子论(化学原子论化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。化学革命。18031803年，道尔
7、顿提出了原子学说：元素是由非常年，道尔顿提出了原子学说：元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是形状）是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单形状）是元素最基本的特征；
8、不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。8首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 19301930年，美国化学家鲍林（年，美国化学家鲍林（L.PaulingL.Pauling，1901190119941994）和德国物理学家和德国物理学家J.C.SlaterJ.C.Slater（1900190019761976）把量子力学处理氢把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（键理论（
9、VBTVBT）。）。阐明了共价键的方向性和饱阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的成的键和键和键这两种基本共价键类型。键这两种基本共价键类型。9首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页路甬祥路甬祥:21世纪科学技术将在四个层面上展开世纪科学技术将在四个层面上展开1.研究物质结构极其运动规律研究物质结构极其运动规律2.生命科学生命科学3.地球及环境科学地球及环境科学4.对人脑及认知的研究对人脑及认知的研究10首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页学习要求学习要求：了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验 计算 方法。
10、了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。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。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。11首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页12首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页v 化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一v 化学继续推动材料科学发展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13首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3学习的目的、内容和要求学习的目的、内容和要求学习目学习目的的了解当代化学学科
11、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14首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页教学内容教学内容课程内容结构体系课程内容结构体系 基础理论部分为重点讲授的内容，它由五部分组成：基础理论部分为重点讲授的内容，它由五部分组成：（1 1）化学反应基本规律：如热力学第一定律、第二定律、）化学
12、反应基本规律：如热力学第一定律、第二定律、化学动力学、界面现象和胶体分散系统。化学动力学、界面现象和胶体分散系统。（2 2）溶液与离子平衡：化学平衡、相平衡、离子平衡、氧）溶液与离子平衡：化学平衡、相平衡、离子平衡、氧 化还原反应平衡和配位平衡，以及建立在平衡基础上化还原反应平衡和配位平衡，以及建立在平衡基础上 的常规化学分析原理。的常规化学分析原理。（3 3）电化学与金属腐蚀：原电池、电极电势、电解、金属）电化学与金属腐蚀：原电池、电极电势、电解、金属 的腐蚀及防止。的腐蚀及防止。（4 4）物质结构基础：物质的聚集状态、原子结构、分子结）物质结构基础：物质的聚集状态、原子结构、分子结 构和晶
13、体结构、配合物结构。构和晶体结构、配合物结构。（5 5）应用部分。）应用部分。15首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页C3H3Clearhead(清醒的头脑）清醒的头脑）Cleverhands（灵巧的双手）（灵巧的双手）Cleanhabit（清洁的习惯）（清洁的习惯）16首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页第第1章热化学与能源章热化学与能源热化学与能源第1章17首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页目录目录1.1反应热的测量反应热的测量1.2反应热的理论计算反应热的理论计算1.3常见能源及其有效与清洁利用常见能源及其有效与清洁利用1.4清洁能源与可持续发展清洁能源与可持续发展选读材料
14、 核能.核燃料和核能的来源.核电的优势与发展趋势本章本章小结小结18首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页教学基本要求1.1.了解用弹式热量计测量等容热效应了解用弹式热量计测量等容热效应(qvqv)的原的原 理，熟悉理，熟悉qvqv的实验计算法。的实验计算法。2.2.了解状态函数的意义。了解化学反应中的焓了解状态函数的意义。了解化学反应中的焓 变在一般条件下的意义。理解等压热效应变在一般条件下的意义。理解等压热效应(qpqp)与反应中的焓变的关系。了解与反应中的焓变的关系。了解qvqv与反应中的与反应中的 内能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩内能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩 尔焓变的
15、近似计算。尔焓变的近似计算。3.适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。19首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页举例：举例：2H2+O2=2H2O298.15K、1atm下放出热量是下放出热量是-483.6kJ/mol1、在通常情况下能否发生。、在通常情况下能否发生。2、如果不能，那么又需要在什么条件下才能、如果不能，那么又需要在什么条件下才能发生。发生。3、发生以后，反应能进行到什么程度，也就、发生以后，反应能进行到什么程度，也就是说结果如何。是说结果如何。上述问题就属于化学热力学范畴。上述问题就属于化学热力学范畴。化学热力学化学热力学就是研究在化学变
16、化和物理变化中伴随发生就是研究在化学变化和物理变化中伴随发生的能量转化和传递的学科。的能量转化和传递的学科。20首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页化学反应的方向化学反应的方向化学热力学化学热力学化学反应的程度化学反应的程度热化学：研究化学反应中热与其他能量变化的定量热化学：研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科。（热量变化问题的学科）关系的学科。（热量变化问题的学科）测量化学反应的热效应测量化学反应的热效应本章主要两部分内容本章主要两部分内容计算化学反应的热效应计算化学反应的热效应热效应：化学反应时放出或吸收的热量。热效应：化学反应时放出或吸收的热量。21首页首页上一页上一页下一
17、页下一页末页末页1.1反应热的测量反应热的测量系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。系统：作为研究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1.1.1几个基本概念几个基本概念1系统与环境系统与环境图1.1 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22首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页应用相的概念需区分：应用相的概念需区分：*相与聚集态不同；相与聚集态不同；2 2 相：相：系统可分为系统可分为:单相（均单
18、相（均 匀）系统；多相（不均匀）系统。匀）系统；多相（不均匀）系统。系统中任何物理和化学性质完全相同的部分。系统中任何物理和化学性质完全相同的部分。*相数与物质种类数；相数与物质种类数；*相与数量无关相与数量无关。23首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页a.a.相与相之间有明确的界面。相与相之间有明确的界面。b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的。的。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
19、的相数?3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3 +NO(g)相数？24首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3状态与状态函数状态与状态函数 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，如气体的压称状态函数，如气体的压力力p、体积体积V、温度温度T 等。等。状态就是系统一切性质的总和。状态就是系统一切性质的总和。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。全部变化。25首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页状态函数的性质状态函数的性质 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
20、发生变化时，状态函数的变化量只与系统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，而与变化的实际途径无关。的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。图1.2 状态函数的性质以下例子说明：当系统由始态变到终态时，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p26首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页广度性质和强度性质广度性质和强度性质状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：广度性质：广度性质：其量值具有加和性，加和性，如体积、质量等。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(
21、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。27首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页状态函数有两个特征：状态函数有两个特征：a.系统的状态确定之后，每一状态函数都具有单一确系统的状态确定之后，每一状态函数都具有单一确定的值，而不会具有多个不等的值。例定的值，而不会具有多个不等的值。例:系统状态系统状态确定后，温度只能具有单一确定的值。确定后，温度只能具
22、有单一确定的值。若测出某些易测的性质，就可以通过相互关联的数学若测出某些易测的性质，就可以通过相互关联的数学式计算难测的。这就是引进状态函数方便之处式计算难测的。这就是引进状态函数方便之处（PV=nRT)。b.系统发生一个过程的前后，状态发生变化，状态系统发生一个过程的前后，状态发生变化，状态函数的值也可能发生变化，其改变的数值只取决于函数的值也可能发生变化，其改变的数值只取决于系统的初、终状态，而与变化时体系所经历的具体系统的初、终状态，而与变化时体系所经历的具体途径无关。途径无关。状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零。变化等
23、，周而复始变化零。28首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页4过程与途径过程与途径系统状态发生任何的变化称为过程；系统状态发生任何的变化称为过程；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。实现一个过程的具体步骤称途径实现一个过程的具体步骤称途径。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20C的水烧开，要完成的水烧开，要
24、完成“水烧开水烧开”这个这个过程，你可以有多种具体的过程，你可以有多种具体的“途径途径”：如可以在水壶中常：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。压烧；也可以在高压锅中加压烧。29首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页5化学计量数化学计量数对于任意一化学反应：对于任意一化学反应：aA+cC=dD+gG或写成：或写成：0=dD+gG-aA-cCACDG-化学式化学式acdg-化学计量数。化学计量数。一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，守恒关系，通式为：通式为：30首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页B 称为B 的化学计量数。符号
25、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+2NH331首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页6反应进度反应进度（extentofreaction)若反应前物质若反应前物质B的物质的量为的物质的量为nB(0),也是也是=0时时B的物质的量，反应时间的物质的量，反应时间T后后B的物质的量为的物质的量为nB（），也是），也是=时的时的B的物质的量。这样，微的物质的量。这样，微分后得定义式为：分后得定义式为：nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。=
26、nB/B对任一反应，有：nA/-A=nC/-C=nD/D=nG/G=32首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页可以看出随反应进行nB增大或减少，也逐渐增大或减少，所以反应进度是表示反应进行程度的参数，由于是纯数，单位为摩尔。是不同于“物质的量”的另一种新的物理量，但具有相同的量纲。未反应时为零。反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。对于反映：对于反映：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)若反应进行到反应进度若反应进行到反应进度=1mol时，按定义时，按定义nN2/-1=nH2/-3=nNH3/2=1-0nN2=-1mol；nH2=-3mol；nNH3=2mol上述反应
27、上述反应=1mol时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了1mol的的N2，3mol的的H2，生成了，生成了2mol的的NH3。若反应为：。若反应为：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)，有：，有：nN2/（-1/2）=nH2/（-3/2）=nNH3/1=1-033首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页=1mol时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了1/2mol的的N2，NH33/2mol的的H2，生成了，生成了1mol的的NH3。显然。显然的单位是对整个反应而言，的单位是对整个反应而言，n
28、是对某一物质而言，与方程式写法有关。是对某一物质而言，与方程式写法有关。注意：反应进度与反应方程式是对应的。反应进度为注意：反应进度与反应方程式是对应的。反应进度为1的反应也称的反应也称为摩尔反应。为摩尔反应。引入反应进度的优点是在反应进行到任何时刻时，可用任一反应物引入反应进度的优点是在反应进行到任何时刻时，可用任一反应物或任一生成物来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。或任一生成物来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。34首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.1.2反应热的测量反应热的测量热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。摩尔反应
29、热指当反应进度为摩尔反应热指当反应进度为1mol时系统放出或吸时系统放出或吸收的热量。收的热量。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（定容）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。35首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1反应热的实验测量方法反应热的实验测量方法图1.3 弹式量热计1)测量装置及原理测量装置及原理36首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页37首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页38首页首页上一页上一页下一页下
30、一页末页末页 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：39首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页q-q(H2O)+qb-C(H2O)T+CbT-CT40首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页示例示例例例1.1（P13）联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)已知：解解：燃烧：燃烧0.5g联氨放热为联氨放热为41首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2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热化学方表示化学反应与热
31、效应关系的方程式称为热化学方程式。其标准写法是：程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：。例如：标明反应温度、压力及反应物、生成物的标明反应温度、压力及反应物、生成物的状态；状态；书写热化学方程式时应注意：书写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=298.15K，p=100kPa下。下。42首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 反应热与反应式的化学计量数有关；反应热与
32、反应式的化学计量数有关；一般标注的是等压热效应一般标注的是等压热效应qp。思考思考：qp与qv相同吗？。43首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2反应热的理论计算反应热的理论计算 并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思考思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？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。44首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2.1热力学第一定律热力学第一定律封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热收热q，从环境得
33、功从环境得功w，则系统内能的增加则系统内能的增加U(U2U1)为：为：U=q+w热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。其中，内能现称为热力学能。45首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1 1 热力学能热力学能符号：符号：U，单位：单位：J J。U 是状态函数；是状态函数；无绝对数值。无绝对数值。包括分子平动能、包括分子平动能、分子振动能、分子分子振动能、分子转动能、电子运转动能、电子运动能、核能等动能、核能等即内能即内能系统内部能量的总和。系统内部能量的总和。46首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页在在物理或化学变化的物理或化学变化的过程过程中，系统与环境中，系统与环境
34、存在温度差而交换的能量称为热。存在温度差而交换的能量称为热。符号：符号：q ，单位：，单位：J J；q不是状态函数；不是状态函数；系统吸热：系统吸热：q0；系统放热：系统放热：q 02、热、热热力学中将能量交换形式分为热和功。热力学中将能量交换形式分为热和功。47首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 3 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 符号：符号：W，单位：单位：J J。W 不是状态函数；系统对环境作功不是状态函数；系统对环境作功:W 0。48首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页 在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热在物理或化学变化的过程
35、中，系统与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。以外的方式交换的能量都称为功。由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功体积功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。思考思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，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 49首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页等外压过程中，体积功等外压过程中，体积功w体体=p外外(V2V1)=p外外Vpp外外=F/Alp外=F/A，l=V/A因此，体积功w体体
36、=F l =(p外 A)(V/A)=p外 V 图1.4 体积功示意图50首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页设有摩尔气体放入汽缸内，下面有恒温器，在设有摩尔气体放入汽缸内，下面有恒温器，在恒温下进行。并设活塞无重量，与汽缸无摩擦。放恒温下进行。并设活塞无重量，与汽缸无摩擦。放上上4个砝码表示个砝码表示4个大气压，用以调节外压。通过两个大气压，用以调节外压。通过两个途径恒温膨胀。个途径恒温膨胀。甲：降为甲：降为1个大气压，一次膨胀，乙个大气压，一次膨胀，乙3次。次。W甲甲=-P外外V=-VW乙乙=-（3V1+2V2+V3）=-（V+2V1+V2）=-（W甲甲+2V1+V2）由此可见，系统始态
37、和终态固定，一次膨胀所做的由此可见，系统始态和终态固定，一次膨胀所做的功小于三次。功与途径有关，若外压无限小，多次功小于三次。功与途径有关，若外压无限小，多次功（可逆）最大。功（可逆）最大。51首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页热热无序能；功无序能；功有序能；能的品位不同。有序能；能的品位不同。一封闭系统，热力学能一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热从环境吸收热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+w4、热力学第一定律的数学表达式、热力学第一定律的数学表达式52首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2.2化学反应的反应热
38、与化学反应的反应热与焓焓 通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。收或放出的热量叫做反应热。根据反应条件的不同，反应热又可分为：根据反应条件的不同，反应热又可分为：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定定压反应热压反应热恒压过程，不做非体积功时，w体=p(V2V1)，所以qp=U+p(V2V1)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。53首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1焓焓 qP=U+p(V2V1)=(U2-U1)+p(V2V1)
39、=(U2+p2V2)(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，所以可以通过等压热效应即为焓的增量，所以可以通过H的的计算求出计算求出qP的的值。值。令令H=U+pV则则qp=H2H1=HH 称为焓，是一个重要的热力学函数。称为焓，是一个重要的热力学函数。思考思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？是是状态函数，但不能知道它的绝对数值。状态函数，但不能知道它的绝对数值。54首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2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已知定容反应热：qV=UV；定压反应热：qp=Up+p(V2 V1)等温过程，Up UV
40、，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。HU=qpqV=p(V2 V1)思考思考：若反应 C(石墨)+O2(g)CO2(g)的qp,m为393.5kJmol 1，则该反应的qV,m 为多少？该该反应的反应的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的的反应，反应，qV qp=（nG+nD-nA-nC
41、）RT 55首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页因为=nB/B所以所以nB=B56首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3盖斯定律盖斯定律化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终化学反应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。态有关而与变化的途径无关。始态始态C(石墨石墨)+O2(g)终态终态CO2(g)中间态中间态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。57首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页盖斯定律示例盖斯定律示例由盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可由盖斯定律知：若化学反应可以
42、加和，则其反应热也可以加和。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：58首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页应用代数运算法时必须注意两点：应用代数运算法时必须注意两点：、只有条件（如温度）相同的反应和聚集状、只有条件（如温度）相同的反应和聚集状态相同的同一物质，才能相加减。态相同的同一物质，才能相加减。反应条件、聚集状态相同的同一物质才能加减。反应条件、聚集状态相同的同一物质才能加减。、将方程式同乘或除一系数时，该反应热效、将方程式同乘或除一系数时，该反应热效应也应同乘或除一系数。应也应同乘或除一系数。方程式乘或除系数，反应热效应也应同乘或除。方程式乘或除系数，反
43、应热效应也应同乘或除。59首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.2.3反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算1 热力学标准态：热力学标准态：气体物质的标准态：标准压力p=100kPa）下表现出理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。60首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页2标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓水和离子的相对焓值：水和离子的相对焓值：规定以水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。fH
44、m0（H+，298.15）=0思考思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)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 指定单质通常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）。61首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页3标准摩尔焓变及测定标准摩尔焓变及测定测定原理：测定原理：由于由于qp=H所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件
45、下的反应热得到反应标准摩尔焓变下的反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 =1mol1mol的焓变称为反应的焓变称为反应的标准摩尔焓变的标准摩尔焓变:记作记作62首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页4反应的标准摩尔焓变的计算反应的标准摩尔焓变的计算稳定单质稳定单质可从手册数据计算可从手册数据计算298.15K时的标准摩尔反应焓时的标准摩尔反应焓.反应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 rHm fHm(p)fHm(r)由盖斯定律，得：由盖斯定律，得：63 已知：已知：f fH Hmm0 0（NHNH3 3，g,298.15g,298.15）=-4
46、6.0kJ/mol=-46.0kJ/mol f fH Hmm0 0（NONO，g,298.15g,298.15）=90.4 kJ/mol=90.4 kJ/mol f fH Hmm0 0（H H2 2O O，g,298.15g,298.15）=-241.8 kJ/mol=-241.8 kJ/mol 4NH4NH3 3(g)+5O(g)+5O2 2(g)(g)HHmm 4NO(g)+6H 4NO(g)+6H2 2O(g)O(g)HHmm 1 H 1 Hmm2 2 2N 2N2 2+6H+6H2 2+5O+5O2 2 HHmm 1=5 1=5f fH Hmm(O(O2 2)+4)+4 f fH Hm
47、m0 0 （NHNH3 3）=4(-46.0)+50=-184.0 kJ/mol=4(-46.0)+50=-184.0 kJ/mol HHmm 2=4 2=4 f fH Hmm0 0(NO)+6 (NO)+6 f fH Hmm0 0 （H H2 20 0）=490.4+6(-241.8)=-=490.4+6(-241.8)=-1089.2kJ/mol 1089.2kJ/mol 由盖斯定律：由盖斯定律：HHmm 1+H 1+Hmm=HHmm 2 2 HHmm=HHmm 2-H 2-Hmm 1 1 =4fH4fHmm(NO)+6fH(NO)+6fHmm（H H2 20 0）-5fH5fHmm(O(
48、O2 2)+4fH)+4fHmm（NHNH3 3）=-1089.2-=-1089.2-（-184.0-184.0）=-905.2 kJ/mol=-905.2 kJ/mol6464首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页标准摩尔反应焓变计算示例标准摩尔反应焓变计算示例解解：从手册查得298.15K时Fe2O3和Al2O3的标准摩尔生成焓分别为824.2和1675.7kJmol-1。例例试计算铝热剂点火反应的反应计量式为：65首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页66首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页注意事项注意事项 物质的聚集状态，查表时仔细物质的聚集状态，查表时仔细应用物质的标准摩尔生
49、成焓计算标准摩尔反应焓时需要注意 公式中化学计量数与反应方程式相符公式中化学计量数与反应方程式相符 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67首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页68首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1-3 能源及其有效与清洁利用 能源是指能提供能量的源泉或资源。人类的文明能源是指能提供能量的源泉或资源。人类的文明始于火的使用，燃烧现象是人类最早的化学实践之一，始于火的使用，燃烧现象是人类最早的化学实践之一，燃烧把化学与能源紧密地联系在一起。人类巧妙地利燃烧把化学与能源紧密地联系在一起。人类巧妙地利用化学变化过程中所伴随的能量变化
50、，创造了五光十用化学变化过程中所伴随的能量变化，创造了五光十色的物质文明。色的物质文明。现代社会的生产和生活离不开能源。能源既是工现代社会的生产和生活离不开能源。能源既是工农业生产中必需的物质基础，也是人类赖以生存的物农业生产中必需的物质基础，也是人类赖以生存的物质条件之一。随着社会的发展，能源供需之间将会出质条件之一。随着社会的发展，能源供需之间将会出现越来越尖锐的矛盾。因此，如何节约能源，研究和现越来越尖锐的矛盾。因此，如何节约能源，研究和发展利用新能源，就引起了世界范围内极大的关注。发展利用新能源，就引起了世界范围内极大的关注。69首页首页上一页上一页下一页下一页末页末页1.3常见能源及