天津大学无机化学课件第一章化学中的计量和质量关系2

rHm=νi fHm(生成物)+νi fHm(反应物)
计算时，注意系数和正负号
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例1 计算恒压反应: 4NH3(g)+5O2(g) → 4NO(g)+6H2O(g)的rHm
解：
4NH3(g)+5O2 → 4NO+6H2O(g)
0 90.25 -241.82
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反应焓变
U = Qp + W = Qp - pV U2-U1=Qp - p (V2-V1) Qp=(U2+pV2) – (U1+ pV1) 焓: H = U + PV
说明：（1）H 无明确物理意义 p 2 1 （2）H 是状态函数 （3）单位J、kJ （4）绝对值无法测知
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反应进度
ν 对于化学计量方程式 0＝∑ BB B dξ = dnB /νB nB——B的物质的量
ξ的单位为mol，【读音[ksai]】 νB——为B的化学计量数 改写为 dnB = νB dξ 开始时ξ0=0, 、 nB =０ 反应进度为ξ时： nB =νBξ
第一章 化学反应中的 质量关系和能量关系
第二节 化学反应中的质量关系
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1-2-2 化学计量数与反应进度
化学计量数(ν)【读音[nju:]】
化学反应 cC + dD = yY + zZ 移项 0 = -cC - dD + yY + zZ 令 -c =νC、-d =νD、y =νY、z =νZ
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状态和状态函数 △T1=350K-300K=50K 理想气体 理想气体 T=300K T=350K 理想气体 T=280K 状态函数的特点 (1)体系的状态一确定，各状态函数均有确 △T2=(350-280)K+(280-3000)K=50K
定值
(2)体系状态发生变化时，各状态函数的改变 量，只与始态和终态有关，与变化的途径无关
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1-3-2 反应热和反应焓变
反应热：化学反应时，如果体系不做非体积功， 当反应终态的温度恢复到始态的温度时，体系所 吸收或放出的热量，称为该反应的反应热。 通常，反应热的数值为反应进度 =1mol(即发生 1mol反应) 时的反应热。 如： 2H2(g)+O2(g)→2H2O(l) Qp=-571.66kJ· -1 mol H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l) Qp=-285.83kJ· -1 mol
物质 fHm/(kJ· -1) mol 符号： CaO(s)fHm -635.09 单位： kJ· -1-157.3 CuO(s) mol
注意：
稳定性 加热不分解 高温时分解
1.最稳定纯态单质fHmΘ=0, 如fHmΘ(石墨)=0 2. fHm Θ代数值越小, 化合物越稳定 3.必须注明温度，若为298.15K时可省略
n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol 0 0 0 -1/2 -3/2 1 -1 -3 2 -2 -6 4
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例
ξ/mol 0 1/2 1 2
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例
反应：N2 + 3H2 = 2NH3
对同一化学反应方程式， 反应进度(ξ)的值与选用反应式中何种物 质的量的变化进行计算无关。
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反应进度
nB =νBξ
即任一化学反应各反应物及产物的改
变量(nB)均与反应进度(ξ)及各自的 计量系数(νB)有关。
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反应：N2 + 3H2 = 2NH3 N2、H2、NH3的化学计量数 ν(N2) =－1、ν(H2) =－3、ν(NH3) = 2 根据ξ＝ nB/νB 可确定反应进度。
(3)描述体系所处状态的各状态函数之间是 有联系的
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功和热
功和热是体系的状态发生变化时，体系与环境 之间传递或交换能量的两种形式。 环境对体系做功，W为正值； 热(Q)：体系和环境之间因温度不同而传递或 体系对环境做功，W为负值。 交换的能量的形式。 体系吸热，Q为正值；体系放热，Q为负值 功(W)：除了热之外，体系与环境之间其它的 [注意] 单位均为J、kJ 传递或交换能量的形式。 功和热不是状态函数 体积功:体系体积变化反抗外力所做的功 功 非体积功: 除体积功外的功，如电功
规定，反应物的化学计量数为负， 产物的化学计量数为正。
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1-2-2 化学计量数与反应进度
化学计量数(ν )
因此，对任一化学反应 cC + dD = yY + zZ 可得： 0 =νCC +νDD +νYY + νZZ 可简化写出化学计量式的通式： ν 0＝∑ BB
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热化学方程式
298.15K H2O(g) 如: H2(g) +1/2O2(g) 100kPa rHm = -241.82 kJ· -1 mol
注意：
1.注明反应的温度、压力等; 2.注明各物质的聚集状态; 3.同一反应, 反应式系数不同, rHm不同; 4.正、逆反应的Qp的绝对值相同, 符号相反. 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) rHm = -483.64 kJ· -1 mol HgO(s) →Hg(l) + 1 O2(g) rHm = 90.83 kJ· -1 mol 2 Hg(l) + 1O2(g) →HgO(s) rHm = -90.83 kJ· -1 mol 2
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环境
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状态和状态函数 状态函数 能表征体系特性的宏观性质称为状态函数 如：物质的量、压力、体积、温度等。 状态函数的特点 (1)体系的状态一确定，各状态函数均有确 定值。 (2)体系状态发生变化时，各状态函数的改 变量，只与始态和终态有关，与变化的 途径无关。
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赫斯(Hess)定律 在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做非体积功， 应用赫斯定律可以计算难以测定或无法 则反应热只取决于反应的始态和终态，而与变化过程 用实验测定的反应热。 的具体途径无关。
即化学反应的焓变只取决于反应的始态和终态，而与 变化过程的具体途径无关。
B
B——包含在反应中的分子、原子或离子 νB——(物质)B的化学计量数【读音[nju:]】
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例
N2 + 3H2 = 2NH3
0 = － N2 － 3H2 + 2NH3 =ν(N2)N2 +ν(H2)H2 +ν(NH3)NH3 N2、H2、NH3的化学计量数 ν(N2) =－1、ν(H2) =－3、ν(NH3) = 2 表明反应中每消耗1mol N2和3mol H2 生成2mol NH3
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能量守恒定律——热力学第一定律
在任何变化过程中，能量不会自生自灭，只 能从一种形式转化为另一种形式，能量总值 不变。
封闭体系：始态(1) → 终态(2) U = U2 - U1 = Q + W
热力学能的变化等于体系从环境吸收的热 量加上环境对体系所做的功。
fHmΘ/kJ· -1 -46.11 mol
rHm Θ = [4fHm Θ(NO,g) + 6fHm Θ(H2O,g)] - [4fHm Θ(NH3,g) + 5fHm Θ(O2,g)] ={[4(90.25)+6(-241.82)]-[4(-46.11)]}kJ· -1 mol = -905.48kJ· -1 mol 计算时, 注意系数和正负号
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如：煤燃烧时放热； 碳酸钙分解要吸热； 原电池反应可产生电能； 电解食盐水要消耗电能； 镁条燃烧时会放出耀眼的光； 叶绿素在光作用下使二氧化碳 和水转化为糖类。
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1-3-1 基本概念和术语
体系和环境 体系: 研究的对象。 环境: 体系之外与体系有一定联系的 其它物质或空间。 物质 体系 能量 敞开体系 体系 封闭体系 孤立体系
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第一章 化学反应中的 质量关系和能量关系
第三节
化学反应中的能量关系
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化学反应是反应物分子中旧
键的削弱、断裂和产物分子新键
形成的过程。前者需要吸收能量,
后者则会释放能量。 因此，化学反应过程往往伴
随有能量的吸收或释放。
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n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol 0 0 0 -1/2 -3/2 1 -1 -3 2 -2 -6 4
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ξ/mol 0 1/2 1 2
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注意: 同一化学反应如果化学反应方程式的写法 不同（亦即νB不同），相同反应进度时 对应各物质的量的变化会有区别。 例如：当ξ = 1mol 时
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标准摩尔反应焓变的计算
化学反应的标准摩尔反应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。 化学反应： cC + dD = yY + zZ (任一物质均处于温度T 的标准态) rHm = [yfHm(Y) + zfHm(Z)] - [cfHm(C) + dfHm(D)]