精品1-1chaper1热化学与能源优秀
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解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3
同一化学反应，化学计量数与化学反应方程式的 写法有关。
基本概念(反应进度)
反应进度：表示化学反应进行的程度
其定义式为：d＝dnB / B
对于有限变化： ＝nB / B
若初始时刻：ξ(0)＝0， t时刻： ξ(t)＝ξ
则也可写成：
教学内容
第一章 热化学与能源
化学
第二章 化学反应的基本原理与大气污染
反应
第三章 水溶液化学
基本
原理
第四章 电化学与金属腐蚀
第五章 物质结构基础
第六章 无机化合物 第七章 高分子化合物
物质结构理论 及物质性质
第八章 生物大分子基础
第九章 仪器分析基础
应用
热量来源
太阳 电能 风能 核能 化学能……
＝(2 0) 1mol
2
基本概念(反应进度)
例如： 合成氨的计量方程若写成：N2+3H2→2NH3，
则一单元反应是指消耗了1molN2和3molH2，生成了 2molNH3
若计量方程写成：1/2N2+3/2H2→NH3，则一单 元反应是指消耗了1/2molN2和3/2molH2 ，生成了 1molNH3 。
dimQ=L0M0 T0 I0 Θ0 N0 J0＝1
Ⅲ.量纲一致性方程(dimensionally
homogeneous equation)
物理量方程即各物理量之间关系的表达式 理论上合理的物理量方程，等号两边各项的量纲 必定相等，称为量纲一致性方程。
例如，理想气体状态方程 pV=nRT
dimp=ML-1T-2 ；dimV=L3 则方程式左边量纲为ML2T-2 dimn=N ；dimT=Θ 根据量纲一致性方程，方程式右边量纲为ML2T-2，
您可知道 您每天活动所需的热能哪里来?
过量的体脂肪的确可能增加心脏病、糖尿病和其他疾病发 作的危险。但脂肪是人体的主要能量贮存系统。
在人体运动过程中，脂肪发生水解生成一组叫做脂肪酸 的化合物，后者再通过一系列复杂反应转化为二氧化碳和水， 肌肉运动正是由该过程释放的能量驱动的。
CH3(CH2)14COOH(s) + 23O2(g) 16CO2(g) + 16H2O (l)
思考：
1) .101.325kPa，273.15K(0 ℃)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 的系统中的相数?
3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3+NO(g)相数？
基本概念(状态与状态函数)
nB (t) nB (0) B
用来计算物质的量的改变： nB＝ B
基本概念(反应进度)
对任一反应，A+C=D+G,有： -ΔnA/υA=-ΔnC/υC=ΔnD/υD=ΔnG/υG=Δξ
对同一化学反应方程式来说，反应进度(ξ)的值 与选用反应式中何种物质的量变化进行计算无关。 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。
0＝ BB B
则化学式前的系数称为化学计量数。是量纲为1的量。 生成物为正，反应物为负。 νC=-c,νD=-d, νY = y, νZ=z 分别为物质C、D、Y、Z的化 学计量数
基本概念(化学计量数)
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
rrHHmθmθ = －9977 kJ·mol-1
化学反应所涉及的问题
反应判据：反应发生与否 的理论依据
反应限度：生成多少产物， 有何规律
反应速度：完成反应需要 多少时间，反应的快慢
反应机理：反应是如何进 行的
能量 可能性
现实性
化学热力学 化学动力学
第一章 热化学与能源
1.1 热化学
1.1.1 几个基本概念 1.1.2热效应及其测量
状态(state)：是系统一切性质的总和。
体系的变量不随时间而改变，此时我们称其处于某种状态。状态变化时，系 统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。
状态函数(state function)：描述系统性质的物理量。
P V n T均为状态函数
状态函数分类
广度性质：其量值具有加和性，如V、m等 强度性质：其量值不具有加和性，如T等。
1t=103kg
1u≈1.660540×10-27kg
Ⅱ.量纲(dimension)
基本量
长度
质量
时间
热力学 温度
电流
物质 的量
发光 强度
量纲符号 L M T Θ
I
N
J
导出量：
其量纲表达式
dimQ=Lα Mβ Tγ Iδ Θζ Nε Jη
α、β、γ、δ、ζ、ε、η称为量纲指数
当量纲表达式中所有量纲指数均为0的量，称为量纲为1的量 （以前也称为无量纲量），
力
牛[顿]
N
N=kg·m/s2
压力、压强 帕[斯卡] Pa Pa=N/m2=kg/(m.s2)
能、功、热 焦[尔]
J
J=N·m=kg·m2/s2
功率
瓦[特]
W
W=J/s=kg·m2/s3
温度（摄氏） 摄氏度
℃
时间
小时、分 h,min
我国法定计量单位
量的名称 时间
角 体积 旋转速度 质量
单位名称 分
基本概念(过程和途径)
可逆过程
体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后， 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 接近平衡条件下进行的过程。
基本概念(化学计量数)
化学计量数
对于任一化学反应 cC+dD ＝yY+zZ 若将方程式写为： 0=yY+zZ-cC-dD，反应通式为:
恒温过程
恒容过程
恒压过程
基源自文库概念(过程和途径)
途径（road）：体系状态变化过程中 所采取的每一种具体方式。
每一种状态变化可以有不同的途径。
思考：过程与途径的区别。
设想如果你要把20 ℃的水烧开，要完成“水烧 开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如 可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。
[小]时 日，（天）
度 [角]分 [角]秒
升 转每分
吨 原子质量单位
单位符号 min h d ° ′ ″ L r/min
t u
换算关系和说明 1min=60s
1h=60min=3600s 1d=24h=86400s 1°=(π/180)rad 1′=(1/60) °=(π/10800)rad 1″=(1/60) ′=(π/648000)rad 1L=1dm3=10-3m3 1r/min=1r/60s
基本概念（相）
任何气体均能无限混合，无论多少种类均 属于一相。 液相则按照液体是否混溶，确定是单相还 是多相系统。 对于固体，不同固体能够达到分子尺度均 匀混合，形成固溶体，就是一相。否则，有 几种固体就是几相。
基本概念（相）
特点：a. 相与相之间有明确的界面 b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的
基本概念(反应进度)
例如： 反应 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 反应过程中有1mol N2和3molH2完全反应生成2molNH3。 反应进度变化以N2的物质的量改变量来计算:
＝ (0 1) 1mol
1
以H2的物质的量改变量来计算: ＝(0 3) 1mol
3
以NH3的物质的量改变量来计算:
基本概念（系统与环境）
系统 (system) －被划分出来作为研究对象的
那部分物质或空间（也称物系、体系）。
环境(environment)－系统之外，与系统密切
相关、影响所能及的部分的其它物质或空间。
系统分类
敞开(开放)系统 系统 (open system)
物质 能量
环境
封闭系统
系统
能量
环境
(closed system)
实际气体的状态方程——范德华方程：
(
p
a V 2m
)(Vm
b)
RT
基本概念(过程和途径)
体系从一个状态(始态)变成另一个状态(终态)，称系统经历 了一个热力学过程，简称过程（process）。
恒温过程(isaothermal process): T1 = T2 = Tex 恒压过程(isobaric process): p1 = p2 = pex 恒容过程(constant volume process): V1 = V2 = Vex
Prefix giga mega kilo hecto deca deci centi milli micro nano pico femto
词头 吉[咖]
兆 千 百 十 分 厘 毫 微 纳 皮 飞
词头符号 G M k h da d c m μ n p f
第一章 热化学与能源
1.1 热化学
1.1.1 几个基本概念 1.1.2热效应及其测量
隔离(孤立)系统
(isolated system) 系统
环境
系统分类
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换
隔离系统 无物质和能量交换
基本概念（相）
相（phase）：系统中任何物理和化学性质完全相同的部分 系统: 单相（均匀）系统；多相（不均匀）系统
应用相的概念需区分：
相与聚集态不同； 相数与物质种类数； 相与数量无关
则，dimR=ML2T-2N-1Θ-1
R的单位为kg·m2·s-2·mol-1·K-1=J·mol-1·K-1
Ⅳ.物理方程的单位一致性
任何一个物理量都要用数值和单位表示 构成十进倍数和分数单位的词头
所示因数 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
1960.10 第11届国际计量会议制定了国际上统一的国际单位 制包括七个基本单位和导出单位
SI基本单位
量的名称
量的符号
单位名称
单位符号
长度
l(L)
米
m
质量
m
千克
kg
时间
t
秒
s
电流
I
安[培]
A
热力学温度
T
开[尔文]
K
物质的量
n
摩尔
mol
发光强度
I(IV)
坎[德拉]
cd
常用的SI导出单位
量的名称 单位名称 单位符号 用SI基本单位表示
热效应及其测量
热化学－对反应热进行精密的测定，并研究与
其他能量变化的定量关系的学科。
反应的热效应q－化学反应时，若体系不做非体 积功，当反应结束的温度恢复到反应前的温度时，
体系所吸收或放出的热，简称反应热。包括燃烧 热、溶解热、相变热等。
热恒称压为反恒应压热反q应p-通热。常化学反应是在恒压条件下进行的，此过程的反应 应恒热容。反应热qv-化学反应在恒容条件下进行时，其反应热称为恒容反
p1=1.01×105Pa
p2=2.02×105Pa
性质，就T1可=29以8K通过相互关联的数T学1=式298计K 算难测的。
这就是引恒进压过状程态函数方便之处（P恒V=压n过R程T)
当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只
与系统p1=的T1.20始=13×9、81K0末5Pa态有关，而与p变2=T2化.20=2的3×981实K05P际a 途径无关。
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)是什么性质的物理量？由此可以得出 什么结论？
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。
推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？
状态函数的特征
状始态态函数是状态的恒单温值过程函数。若测出某些易测的
人类使用化石燃料面临哪些重大问题?
首先是新化石燃料的形成速度(如果仍在形成的话)肯定 赶不上现有化石燃料的消耗速度, 化石燃料基本上是一种不可 再生的能源。它们在不久的将来会被耗尽。
第二是它造成的环境问题。导致酸雨形成和制造所谓的 “温室”气体会导致地球变暖。
使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂
20101001送“嫦娥二号”奔月 的长征三号丙火箭的一、二级 火箭是装有液体四氧化二氮 (N2O4)的氧化剂，液体偏二甲 肼(UDMH)的燃烧剂。三级火 箭为液氢和液氧。液氢沸点为 -252.7℃
所以，在谈到反应进度时，必须指明相应的 计量方程式。
基本概念(反应进度)
ξ的量纲是mol，用反应系统中任一物质来 表示反应进度，同一时刻ξ值相同。
用反应进度来衡量反应进行的程度，最大的 好处是，无论选择何种反应物或 生成物来描述 该反应进行的程度，都会得到相同的结果。
补充：物理量的单位与量纲
Ⅰ.国际单位制（SI）与法定计量单位
恒温过程
终态
状态函数的特征 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。
状态方程
状态方程：状态函数之间的定量关系式。 如：理想气体状态方程
pV=nRT 描述状态函数压力p，体积V，温度T之间的关系。 R为摩尔气体常数，R=8.314J·mol-1·K-1。
pVm=RT Vm为摩尔体积
同一化学反应，化学计量数与化学反应方程式的 写法有关。
基本概念(反应进度)
反应进度：表示化学反应进行的程度
其定义式为：d＝dnB / B
对于有限变化： ＝nB / B
若初始时刻：ξ(0)＝0， t时刻： ξ(t)＝ξ
则也可写成：
教学内容
第一章 热化学与能源
化学
第二章 化学反应的基本原理与大气污染
反应
第三章 水溶液化学
基本
原理
第四章 电化学与金属腐蚀
第五章 物质结构基础
第六章 无机化合物 第七章 高分子化合物
物质结构理论 及物质性质
第八章 生物大分子基础
第九章 仪器分析基础
应用
热量来源
太阳 电能 风能 核能 化学能……
＝(2 0) 1mol
2
基本概念(反应进度)
例如： 合成氨的计量方程若写成：N2+3H2→2NH3，
则一单元反应是指消耗了1molN2和3molH2，生成了 2molNH3
若计量方程写成：1/2N2+3/2H2→NH3，则一单 元反应是指消耗了1/2molN2和3/2molH2 ，生成了 1molNH3 。
dimQ=L0M0 T0 I0 Θ0 N0 J0＝1
Ⅲ.量纲一致性方程(dimensionally
homogeneous equation)
物理量方程即各物理量之间关系的表达式 理论上合理的物理量方程，等号两边各项的量纲 必定相等，称为量纲一致性方程。
例如，理想气体状态方程 pV=nRT
dimp=ML-1T-2 ；dimV=L3 则方程式左边量纲为ML2T-2 dimn=N ；dimT=Θ 根据量纲一致性方程，方程式右边量纲为ML2T-2，
您可知道 您每天活动所需的热能哪里来?
过量的体脂肪的确可能增加心脏病、糖尿病和其他疾病发 作的危险。但脂肪是人体的主要能量贮存系统。
在人体运动过程中，脂肪发生水解生成一组叫做脂肪酸 的化合物，后者再通过一系列复杂反应转化为二氧化碳和水， 肌肉运动正是由该过程释放的能量驱动的。
CH3(CH2)14COOH(s) + 23O2(g) 16CO2(g) + 16H2O (l)
思考：
1) .101.325kPa，273.15K(0 ℃)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 的系统中的相数?
3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3+NO(g)相数？
基本概念(状态与状态函数)
nB (t) nB (0) B
用来计算物质的量的改变： nB＝ B
基本概念(反应进度)
对任一反应，A+C=D+G,有： -ΔnA/υA=-ΔnC/υC=ΔnD/υD=ΔnG/υG=Δξ
对同一化学反应方程式来说，反应进度(ξ)的值 与选用反应式中何种物质的量变化进行计算无关。 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。
0＝ BB B
则化学式前的系数称为化学计量数。是量纲为1的量。 生成物为正，反应物为负。 νC=-c,νD=-d, νY = y, νZ=z 分别为物质C、D、Y、Z的化 学计量数
基本概念(化学计量数)
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
rrHHmθmθ = －9977 kJ·mol-1
化学反应所涉及的问题
反应判据：反应发生与否 的理论依据
反应限度：生成多少产物， 有何规律
反应速度：完成反应需要 多少时间，反应的快慢
反应机理：反应是如何进 行的
能量 可能性
现实性
化学热力学 化学动力学
第一章 热化学与能源
1.1 热化学
1.1.1 几个基本概念 1.1.2热效应及其测量
状态(state)：是系统一切性质的总和。
体系的变量不随时间而改变，此时我们称其处于某种状态。状态变化时，系 统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。
状态函数(state function)：描述系统性质的物理量。
P V n T均为状态函数
状态函数分类
广度性质：其量值具有加和性，如V、m等 强度性质：其量值不具有加和性，如T等。
1t=103kg
1u≈1.660540×10-27kg
Ⅱ.量纲(dimension)
基本量
长度
质量
时间
热力学 温度
电流
物质 的量
发光 强度
量纲符号 L M T Θ
I
N
J
导出量：
其量纲表达式
dimQ=Lα Mβ Tγ Iδ Θζ Nε Jη
α、β、γ、δ、ζ、ε、η称为量纲指数
当量纲表达式中所有量纲指数均为0的量，称为量纲为1的量 （以前也称为无量纲量），
力
牛[顿]
N
N=kg·m/s2
压力、压强 帕[斯卡] Pa Pa=N/m2=kg/(m.s2)
能、功、热 焦[尔]
J
J=N·m=kg·m2/s2
功率
瓦[特]
W
W=J/s=kg·m2/s3
温度（摄氏） 摄氏度
℃
时间
小时、分 h,min
我国法定计量单位
量的名称 时间
角 体积 旋转速度 质量
单位名称 分
基本概念(过程和途径)
可逆过程
体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后， 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 接近平衡条件下进行的过程。
基本概念(化学计量数)
化学计量数
对于任一化学反应 cC+dD ＝yY+zZ 若将方程式写为： 0=yY+zZ-cC-dD，反应通式为:
恒温过程
恒容过程
恒压过程
基源自文库概念(过程和途径)
途径（road）：体系状态变化过程中 所采取的每一种具体方式。
每一种状态变化可以有不同的途径。
思考：过程与途径的区别。
设想如果你要把20 ℃的水烧开，要完成“水烧 开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如 可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。
[小]时 日，（天）
度 [角]分 [角]秒
升 转每分
吨 原子质量单位
单位符号 min h d ° ′ ″ L r/min
t u
换算关系和说明 1min=60s
1h=60min=3600s 1d=24h=86400s 1°=(π/180)rad 1′=(1/60) °=(π/10800)rad 1″=(1/60) ′=(π/648000)rad 1L=1dm3=10-3m3 1r/min=1r/60s
基本概念（相）
任何气体均能无限混合，无论多少种类均 属于一相。 液相则按照液体是否混溶，确定是单相还 是多相系统。 对于固体，不同固体能够达到分子尺度均 匀混合，形成固溶体，就是一相。否则，有 几种固体就是几相。
基本概念（相）
特点：a. 相与相之间有明确的界面 b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的
基本概念(反应进度)
例如： 反应 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 反应过程中有1mol N2和3molH2完全反应生成2molNH3。 反应进度变化以N2的物质的量改变量来计算:
＝ (0 1) 1mol
1
以H2的物质的量改变量来计算: ＝(0 3) 1mol
3
以NH3的物质的量改变量来计算:
基本概念（系统与环境）
系统 (system) －被划分出来作为研究对象的
那部分物质或空间（也称物系、体系）。
环境(environment)－系统之外，与系统密切
相关、影响所能及的部分的其它物质或空间。
系统分类
敞开(开放)系统 系统 (open system)
物质 能量
环境
封闭系统
系统
能量
环境
(closed system)
实际气体的状态方程——范德华方程：
(
p
a V 2m
)(Vm
b)
RT
基本概念(过程和途径)
体系从一个状态(始态)变成另一个状态(终态)，称系统经历 了一个热力学过程，简称过程（process）。
恒温过程(isaothermal process): T1 = T2 = Tex 恒压过程(isobaric process): p1 = p2 = pex 恒容过程(constant volume process): V1 = V2 = Vex
Prefix giga mega kilo hecto deca deci centi milli micro nano pico femto
词头 吉[咖]
兆 千 百 十 分 厘 毫 微 纳 皮 飞
词头符号 G M k h da d c m μ n p f
第一章 热化学与能源
1.1 热化学
1.1.1 几个基本概念 1.1.2热效应及其测量
隔离(孤立)系统
(isolated system) 系统
环境
系统分类
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换
隔离系统 无物质和能量交换
基本概念（相）
相（phase）：系统中任何物理和化学性质完全相同的部分 系统: 单相（均匀）系统；多相（不均匀）系统
应用相的概念需区分：
相与聚集态不同； 相数与物质种类数； 相与数量无关
则，dimR=ML2T-2N-1Θ-1
R的单位为kg·m2·s-2·mol-1·K-1=J·mol-1·K-1
Ⅳ.物理方程的单位一致性
任何一个物理量都要用数值和单位表示 构成十进倍数和分数单位的词头
所示因数 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
1960.10 第11届国际计量会议制定了国际上统一的国际单位 制包括七个基本单位和导出单位
SI基本单位
量的名称
量的符号
单位名称
单位符号
长度
l(L)
米
m
质量
m
千克
kg
时间
t
秒
s
电流
I
安[培]
A
热力学温度
T
开[尔文]
K
物质的量
n
摩尔
mol
发光强度
I(IV)
坎[德拉]
cd
常用的SI导出单位
量的名称 单位名称 单位符号 用SI基本单位表示
热效应及其测量
热化学－对反应热进行精密的测定，并研究与
其他能量变化的定量关系的学科。
反应的热效应q－化学反应时，若体系不做非体 积功，当反应结束的温度恢复到反应前的温度时，
体系所吸收或放出的热，简称反应热。包括燃烧 热、溶解热、相变热等。
热恒称压为反恒应压热反q应p-通热。常化学反应是在恒压条件下进行的，此过程的反应 应恒热容。反应热qv-化学反应在恒容条件下进行时，其反应热称为恒容反
p1=1.01×105Pa
p2=2.02×105Pa
性质，就T1可=29以8K通过相互关联的数T学1=式298计K 算难测的。
这就是引恒进压过状程态函数方便之处（P恒V=压n过R程T)
当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只
与系统p1=的T1.20始=13×9、81K0末5Pa态有关，而与p变2=T2化.20=2的3×981实K05P际a 途径无关。
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)是什么性质的物理量？由此可以得出 什么结论？
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。
推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？
状态函数的特征
状始态态函数是状态的恒单温值过程函数。若测出某些易测的
人类使用化石燃料面临哪些重大问题?
首先是新化石燃料的形成速度(如果仍在形成的话)肯定 赶不上现有化石燃料的消耗速度, 化石燃料基本上是一种不可 再生的能源。它们在不久的将来会被耗尽。
第二是它造成的环境问题。导致酸雨形成和制造所谓的 “温室”气体会导致地球变暖。
使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂
20101001送“嫦娥二号”奔月 的长征三号丙火箭的一、二级 火箭是装有液体四氧化二氮 (N2O4)的氧化剂，液体偏二甲 肼(UDMH)的燃烧剂。三级火 箭为液氢和液氧。液氢沸点为 -252.7℃
所以，在谈到反应进度时，必须指明相应的 计量方程式。
基本概念(反应进度)
ξ的量纲是mol，用反应系统中任一物质来 表示反应进度，同一时刻ξ值相同。
用反应进度来衡量反应进行的程度，最大的 好处是，无论选择何种反应物或 生成物来描述 该反应进行的程度，都会得到相同的结果。
补充：物理量的单位与量纲
Ⅰ.国际单位制（SI）与法定计量单位
恒温过程
终态
状态函数的特征 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。
状态方程
状态方程：状态函数之间的定量关系式。 如：理想气体状态方程
pV=nRT 描述状态函数压力p，体积V，温度T之间的关系。 R为摩尔气体常数，R=8.314J·mol-1·K-1。
pVm=RT Vm为摩尔体积