第三节化学反应中的能量关系(1)

1 H2(g)+ 2 O2(g)→H2O(l) (g)→
Qp=-285.83kJ·mol-1
恒容反应热和热力学能变 反应热和热力学能变 热力学能
恒容反应热 封闭系统，在恒容过程中，体系和环境之 封闭系统，在恒容过程中，体系和环境之 间交换的热量为恒容反应热。 表示。 间交换的热量为恒容反应热。用QV表示。 因为：∆V = 0，所以：体积功 = 0； 因为： ，所以：体积功W ； QV = ∆ U 在恒容且非体积功为零的过程中， 即，在恒容且非体积功为零的过程中，封闭系 统从环境吸收的热等于系统热力学能的增加。 统从环境吸收的热等于系统热力学能的增加。
说明：（ ） 说明：（1）H 无明确物理意义 ：（ p（2）H2 1 ） 是状态函数 （3）单位 、kJ ）单位J、 在定压且非体积功为零的过程中， 即，在定压且非体积功为零的过程中，封 （4）绝对值无法测知 ） 闭系统从环境吸收的热等于系统焓的增加
Q = H - H = ∆H
反应焓变 化学反应在封闭体系中、 化学反应在封闭体系中、恒压条件下 进行，如果体系不做非体积功： 进行，如果体系不做非体积功： ∆H = H2 - H1 = Qp 化学反应的焓变等于恒压反应热 吸热反应： 吸热反应：Qp > 0, ∆H > 0 放热反应 反应： 放热反应：Qp < 0, ∆H < 0 如：2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) (g) 571.66kJ· ∆H＝Qp=-571.66kJ·mol-1 ＝ 1 H2(g) + 2 O2(g) → H2O(l) ∆H＝ Qp=-285.83kJ·mol-1 ＝
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恒压反应热和反应焓变 恒压反应热: 恒压反应热 化学反应在恒温恒压条件下 进行，如果体系不做非体积功，此时的反 应热称为该反应的恒压反应热。 应热称为该反应的恒压反应热。 有气体参与的反应： 有气体参与的反应： 反应始态(1)→反应终态(2) 反应始态 →反应终态 ∆ U = Qp + W = Qp - p∆V ∆ 恒压反应热不等于体系热力学能的变化
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热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式 如: H2(g) +
1 2
298.15K O2(g) 100kPa H2O(g)
∆rHm = -241.82 kJ·mol-1
表示在298.15K、100kPa下 表示在298.15K、100kPa下，当反应进度 1 反应， 时 与 反应 ξ=1mol时(1mol H2(g)与2 mol O2(g)反应， 生成1mol H2O(g)时), 放出 热量。 生成 时 放出241.82kJ热量。 热量 ∆rHm——摩尔反应焓变 摩尔反应焓变
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功和热 功和热是体系的状态发生变化时 是体系的状态发生变化时， 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。 环境之间传递或交换能量的两种形式。 为正值； 环境对体系做功，W为正值； 为正值 热(Q)：体系和环境之间因温度不同而传 ： 为负值。 体系对环境做功，W为负值。 为负值 递或交换的能量的形式。 递或交换的能量的形式。 体系吸热 吸热， 为正值；体系放热 放热， 为 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 ：除了热之外， [注意 单位均为 、kJ 注意] 注意 单位均为J、 它的传递或交换能量的形式。 它的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 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， 非体积功 除体积功外的功，如电功
能量守恒定律——热力学第一定律 热力学第一定律 能量守恒定律 在任何变化过程中，能量不会自生自灭， 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， 只能从一种形式转化为另一种形式，能量 总值不变。 总值不变。 封闭体系：始态(1) → 终态 终态(2) 封闭体系：始态 ∆ U = U2 - U1 = Q + W ●热力学第一定律：热力学能的变化等于 热力学第一定律： 体系从环境吸收的热量加上环境对体系所 做的功。 做的功。
1-3-2 反应热和反应焓变
化学反应时，如果体系不做非体积功， 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， 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 反应热。 吸收或放出的热量，称为该反应的反应热。 通常, =1mol(即发 通常,反应热的数值为反应进度ξ =1mol(即发 反应) 生1mol反应) 时的反应热。 反应 时的反应热。 如： 2H2(g)+O2(g)→2H2O(l) Qp=-571.66kJ·mol-1 (g)→ 571.66kJ·
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如：煤燃烧时放热； 煤燃烧时放热； 碳酸钙分解要吸热； 碳酸钙分解要吸热； 原电池反应可产生电能； 原电池反应可产生电能； 电解食盐水要消耗电能； 电解食盐水要消耗电能； 镁条燃烧时会放出耀眼的光； 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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能量守恒定律——热力学第一定律 热力学第一定律 能量守恒定律
几种过程的热力学第一定律的形式 几种过程的热力学第一定律的形式: 热力学第一定律的形式 (1)隔离系统 隔离系统:Q=0,W=0, ∆U=0,认为内能守恒 认为内能守恒. 隔离系统 认为内能守恒 循环系统: (2)循环系统 ∆U=0, Q=-W 循环系统 例: 某封闭体系在某一过程中从环境中吸收了 50kJ 的热量，对环境做了30kJ的功 30kJ的功， 50kJ 的热量，对环境做了30kJ的功，则体系 在过程中热力学能变为： 在过程中热力学能变为： ∆U体系 = （+50kJ）+（-30kJ） = 20kJ ） （ ） 体系热力学能净增为20kJ。 。 体系热力学能净增为
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1-3-1 基本概念和术语
体系和环境 体系: 所需研究的那部分物质或空间。 体系 所需研究的那部分物质或空间。 环境: 环境 体系之外与体系有一定联系的 其它物质或空间。 其它物质或空间。 体系 物质 能量 环境
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敞开体系 体系 封闭体系 孤立体系
敞开系统
封闭系统
隔离系统 没有物质交 换 没有能量交 换
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
第三节
化学反应中的能量关系
化学反应是反应物分子中旧 键的削弱、 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, 形成的过程。前者需要吸收能量, 后者则会释放能量。 后者则会释放能量。 因此， 因此，化学反应过程往往伴 随有能量的吸收或释放。 随有能量的吸收或释放。
P1=P
2
9
过程和途径
1.过程：当系统从始态到终态时， 1.过程：当系统从始态到终态时，某些性质 过程 随时间的变化发生一系列改变。 随时间的变化发生一系列改变。这个改变称 为过程. 为过程 定温过程：始态、终态温度相等， 定温过程：始态、终态温度相等，并且过 程中始终保持这个温度。 程中始终保持这个温度。T1=T2 定压过程：始态、终态压力相等， 定压过程：始态、终态压力相等，并且过 程中始终保持这个压力。 程中始终保持这个压力。p1=p2 定容过程：始态、终态容积相等， 定容过程：始态、终态容积相等，并且过 程中始终保持这个容积。 程中始终保持这个容积。V1=V2 2.途径 途径： 2.途径：系统从始态变为终态所经历的过程 总和，被称为途径。 总和，被称为途径。
热力学能(以往称内能 热力学能 以往称内能) 以往称内能 热力学能(U)——体系内部能量的总和 体系内部能量的总和 热力学能 包括体系内分子的内动能、 包括体系内分子的内动能、分子间相互 作用能、分子内部能量， 作用能、分子内部能量，但不包括体系 整体运动的动能和在外力场中的位能。 整体运动的动能和在外力场中的位能。 由于体系内部质点的运动及相互作用很 复杂， 复杂，所以体系热力学能的绝对值无法 测知。 测知。 终态) 始态) 是状态函数 ∆U = U(终态 - U(始态 终态 始态 单位——J、kJ 单位 、
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298 K，101.3 kPa ， 途 径 (I) 375 K，101.3 kPa ， 恒 压 过 程
恒温过程
298K，506.5 kPa ， 恒 压 过 程 程 (II)
途径(II) 途径
过
恒温过程 (I) 过程
375 K，506.5 kPa ，
过程
途径
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状态函数的特征： 状态函数的特征： ①描述系统所处状态的各状态函数之间是相 互关联的。 互关联的。 系统状态一定,状态函数一定。 ②系统状态一定,状态函数一定。 当系统状态发生变化时， ③当系统状态发生变化时，状态函数的变化 值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。 值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。 系统循环一周，状态函数改变为0 ④系统循环一周，状态函数改变为0。 状态函数有特征， 状态函数有特征，状态一定值一定 殊途同归变化等， 殊途同归变化等，周而复始变化零
体 积 功 的 计 算
W = − Fex × l
V1 pex
= − pex ⋅ A ⋅ l
l
= − pex (V2 − V1 ) = − pex ⋅ ∆V
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反应焓变
∆ U = Qp + W = Qp - p∆V ∆ U2-U1=Qp - p (V2-V1) Qp=(U2+pV2) – (U1+ pV1) 焓: H = U + PV
人们研究化学反应的目的, 人们研究化学反应的目的 应该从两个方面 去看. 一是从物质方面考虑: 去看 一是从物质方面考虑 N2 + 3H2 －2NH3 制取氨 用硫粉处理洒落的汞: 用硫粉处理洒落的汞: S + Hg －HgS 消除单质汞 而不是制备 消除单质汞, 而不是制备HgS 二是从能量方面考虑: 大量的煤炭燃烧: 二是从能量方面考虑 大量的煤炭燃烧 C + O2 －CO2 目的是获得能量 不是制取 CO2. 目的是获得能量, 蓄电池充电的化学反应, 蓄电池充电的化学反应 是为了转化和储 存能量