二化学热力学基础

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02 化学热力学基础

02 化学热力学基础

2 化学热力学基础 习题1.已知:2Mg(s)+O 2(g )→MgO(s) ΔrHm =-1204kJ/mol计算:(1)生成每克MgO 反应的ΔrH 。

(2)要释放1kJ 热量,必须燃烧多少克Mg ?答案:(1)15.05kJ/g ;(2)0.04g知识点:难度:提示:题解:2.已知:Cu 2O(s)+21O 2(g)→CuO(s) ΔrH m =-143.7kJ/mol CuO(s)+Cu(s)→Cu 2O(s)ΔrH m =-11.5kJ/mol计算CuO(s)的标准摩尔生成焓。

答案:-155.2kJ/mol知识点:难度:提示:题解:3.当2.50g 硝化甘油[C 3H 5(NO 3)3]分解生成N 2(g)、O 2(g)、CO(g)与H 2O(l)时,放出19.9kJ 的热量。

(1)写出该反应的化学方程式。

(2)计算1mol 硝化甘油分解的ΔrH 。

(3)在分解过程中生成每1mol O 2放出多少热量?答案:(1)C 3H 5(NO 3)3→23N 2(g)+27O 2(g)+3CO(g)+25H 2O(l);(2)1806.9kJ/mol ;(3)516.3kJ 知识点:难度:提示:题解:4.由热力学数据表中查得下列数据:ΔfH m(NH 3,g)=-46.0kJ/molΔfH m(NO,g)=90.29kJ/molΔfH m(H 2O,g)=-241.8kJ/mol计算氨的氧化反应:4NH3(g)+5O 2(g )4NO(g)+6H 2O(g)的热效应ΔrH m 。

答案:-905.64 kJ/mol知识点:难度:提示:题解:5.在一敞口试管内加热氯酸钾晶体,发生下列反应:2KClO 3(s)2KCl(s)+3O 2(g)并放出89.5kJ 热量(298.15K )。

试求298.15K下该反应的ΔH和ΔU。

答案:ΔH=-89.5kJ;ΔU=-96.9kJ知识点:难度:提示:题解:6.在高炉中炼铁,主要反应有:C(s)+O2(g)CO2(g)12CO2(g)+12C(s)CO(g)CO(g)+13Fe2O3(s)23Fe(s)+CO2(g)(1)分别计算298.15K时各反应ΔrH m和各反应ΔrH m值之和;(2)将上列三个反应式合并成一个总反应方程式,应用各物质的ΔfH m(298.15K)数据计算总反应的ΔrH m,并与(1)计算结果比较,作出结论。

2第二章 化学热力学基础

2第二章 化学热力学基础
反应进度ξ 用以表示化学反应进行的程度
aA + bB dD + eE
定义:

nB (t ) nB (0)
nA
B


nB
B
(mol )
nE

A
nB
B

nD
D

E
15
反应进度 1mol
即nA A a
nB B b
按化学反应进行1mol反应 14
CH4 (g) 2O2 (g) CO2 (g) 2H 2 O(l)
(c) CH4 (g) 3 O 2 (g) CO(g) 2H 2 O(l)
2 3 (d) CH4 (g) O2 (g) CO(g) 2H 2 O(g) 2
25
(2)一个体系从环境得到了160J的功,其内 能增加了200J,则体系与环境交换的热量 为 。 (a)360J (b)-360J (c)40J (d)-40J
U1
Q W 13
பைடு நூலகம்
U2
ΔU= U2 - U1 = Q +W
注:① Q 、W正负号 ② Q 、W、 ΔU单位一致(J、kJ)
例.某一体系在变化过程中从环境吸收了50 kJ的热, 对环境 做功4 kJ , 则热力学能的变化为? ΔU=Q+W =50- 4=46 kJ
14
§2-2 化学反应的焓变
一.反应进度ξ
kJ
= ΔU + ΔnRT J kJ (×10-3)
23
例:使1molH2O(l)在373K, P 下变成1mol H2O(g)需要 提供40.68kJ的热量,求此过程做功W,ΔH及ΔU
解:

第二章 化学热力学基础

第二章 化学热力学基础

第二章化学热力学基础2.1 热力学概论2.1.11) 高炉炼铁反应Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 ?2) 汽车尾气污染问题2NO + 2CO = N2 + 2CO2 ?3) 将石墨转化为金刚石C (Graphite) = C (Diamond) ?实现这些化学反应的可能性及反应程度等问题需要化学热力学来解决热力学(themodynamics) :不需要知道物质的内部结构,只从能量观点出发,专门研究能量相互转变过程中所遵循规律的科学。

热力学将宏观物体作为整体看待,直接以宏观实验与观察为基础,从物体表现出的整体宏观现象上总结抽象出共同的规律作为自然法则,然后进行逻辑推演,进而解释和解决各种有关问题。

其理论支柱是四条热力学基本定律,它们是在漫长的岁月中,总结大量正反两方面的实践经验抽象出的宏观法则。

✓热力学研究各种能量之间的转换关系,如电能和机械能、电能和热能等。

✓热力学研究在各种变化过程中发生的各种能量效应。

✓热力学能判断一定条件下的变化能否发生以及进行到什么程度。

所以,尽管热力学是物理学的分支学科,但其应用范围极其广泛,它可以应用于工程学、化学、生物学等学科。

本章从热力学应用于化学的角度,对热力学的基本原理给予初步简介,仅帮助同学们初步地了解如何从宏观角度解释一些化学问题的方法。

化学热力学利用热力学的基本方法、原理来研究化学变化和与化学变化有关的物理变化中能量的转化或传递的学科。

研究化学反应时,常遇到这样一些问题:当几种物质放在一起时,①它们能发生反应吗?②如果发生反应,能量如何变化?③反应是否可进行到底?④反应速率多大?⑤反应是如何进行的(反应机理)?化学热力学的研究范围:①②③属于化学热力学问题,也就是化学反应的方向、限度以及伴随的能量变化。

而④⑤属于化学动力学问题。

化学热力学的作用:☞预测反应发生的可能性及进行的方向(判据)(热力学第二定律)☞判断反应进行的限度(平衡问题)☞确定化学反应的热效应(热力学第一定律)化学热力学的局限性通过化学热力学的研究,能够比较满意地解决①②③这三个问题,但并不能够解决④⑤这两个问题,体现出化学热力学的局限性,因为:✓热力学的研究对象是宏观物体,对于个别原子、分子等微观粒子的性质是无能为力的。

第二章 化学热力学基础

第二章 化学热力学基础

强度性质:体系的性质在数值上与体 系中物质的量无关,不具加和性。如温度、 压力、浓度、密度等。
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2.1.4 过程与途径
过程:体系状态发生变化的经过称为过程。 途径:完成过程的具体步骤称为途径。 298K, H2O(g) 途径1 298K,H2O(l) 始态 373K,H2O(l) 途径2
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状态函数:确定体系状态的宏观物理量 称为体系的状态函数。如质量、温度、压 力、体积、密度、组成等是状态函数。 状态函数的特点: 1. 体系的状态一定,状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和 终态决定,与体系经过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。
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能量守恒定律:自然界的一切物质都具 有能量,能量有不同的形式,能量可从一个 物体传递给另一个物体,也可从一种形式转 化为另一种形式,在传递和转化过程中,能 量总值不变。适用于宏观体系和微观体系。 电能 → 光能 化学能 → 机械能 机械能 → 电能
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(电灯) (内燃机) (发电机)
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反应进度ξ表示化学反应进行的程度。 aA t=0 t + dD = gG + hH nD(0) nD (t) nG(0) nG (t) nH(0) nH (t)
nA(0) nA(t)

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n B (t ) nB (0)
B

nB
B
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例:
t=0 t
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(2)注明物质的物态(g、l、s)或浓度, 如果固态物质有几种晶型,应注明晶型(P 有白磷、红磷,C有金刚石、石墨等). (3)反应热的数值与反应方程式的写法 有关。如:

第2章 化学热力学基础

第2章  化学热力学基础


n A

n A
A
1.5 0.5 1.0 1.0mol 3 / 2 1/ 2 1
A
3H2 + N2 = 2NH3 t=0 3 1 0 t 时刻 0 0 2

n A
A
3 1 2 1.0mol 3 1 2
3/2 H2 + 1/2N2 = t=0 3 1 t时刻 1.5 0.5 消耗(生成) 1.5 0.5
C
量热计常数,整个量热计升高 1 K 所需要的热量。
(2) 弹式量热计 弹式量热计适用于气体以及有机化合物的燃烧反应。测得的 反应热是恒容反应热Qv 。
P40 图 2-1 弹式量热计
【例】 1mol丙二酸[CH2(COOH)2]晶体 (QV) 中完全燃烧,298K时放出 在弹式量热计 的热量为 866.5kJ ,求 1mol 丙二酸在 298K 时的 等压反应热。 解:
U,p,V 都是状态函数,可见 U + pV 也是一个 状态函数。 令 H ≡ U + pV , H 称焓,是一个新的状态函数。 即 Qp = H 该式说明,在恒压反应中,体系的热效应 Q p 全部 用来改变体系的焓。对化学反应而言热效应等于焓变。
2、定容反应热 QV 与定压反应热 Q p 的关系 Qp = H Qv=U
学习重点
化学热力学的四个状态函数—热力学能、焓、熵、自 由能
学习难点
焓、 自由能
化学热力学的研究对象
热力学是自然科学中的一个重要分支 学科。它研究物质的热现象、热运动的规 律以及热运动和其它运动形式的相互转化 关系; 研究在一定条件下各个物理过程和化 学过程进行的方向和所能达到的限度。
热力学的方法 热力学的方法是一种演绎的方法,它 结合经验所得到的几个基本定律,讨论对 象的宏观性质。 (1)不考虑物质的内部结构。 (2)不涉及化学反应的速率和机理。 (3)只研究大量分子(或原子)表现 的集体行为。

2 化学热力学(大学化学)

2 化学热力学(大学化学)

应用Hess定律不仅可计算某些恒压反应热,而且 可计算难以或无法用实验测定的反应热。
第二章 化学热力学
下列两个反应的热效应可由实验测得: C + O2 = CO2 △H1=-393.4 KJ· -1 (1) mol CO + 1/2O2 = CO2 △H2=-283.0 KJ· -1 (2) mol 由此可求下面反应的热效应 C + 1/2O2 = CO △H3 =? (3) 因为反应(1)可视为由下图两个途径完成: C CO2
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。 H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g) rHm ⊝= -241.82 kJ· -1 mol
4.正、逆反应的Qp的绝对值相同, 符号相反。
HgO(s) →Hg(l) + O2(g) rHm ⊝ = 90.83 kJ· mol
第二章 化学热力学
本章学习要求
1 正确理解和掌握系统、环境、状态函数、功、热、 热力学能、焓、焓变、标准摩尔生成焓、自发过程、 熵、熵变、吉布斯自由能、自由能变、标准摩尔生成 自由能等概念。 2 能熟练掌握和运用热力学第一定律解决热力学有关 计算。 3 正确书写热化学方程式,熟练地运用盖斯定律计算 有关化学反应的热效应。 4 能熟练地计算有关过程的Gibbs自由能变,并能运用 热力学有关数据判断过程自发性的方向。

从环境吸热Q=10J
对环境作功W=5J

U1
U2= U1+Q + W △U= U2- U1= Q + W
U2 热力学第一定律
对于封闭体系热力学第一定律为:
ΔU= Q+W

无机化学[第二章化学热力学基础]课程预习.

无机化学[第二章化学热力学基础]课程预习.

第二章化学热力学基础一、热力学第一定律1.热力学的基本概念和常用术语(1)体系:热力学中称研究的对象为体系。

(2)环境:体系以外的其他部分。

按照体系与环境之间的物质和能量的交换关系,可分为三类:敞开体系体系与环境之间既有能量交换又有物质交换。

封闭体系体系与环境之间有能量交换但没有物质交换。

孤立体系(又称隔离体系) 体系与环境之间即无物质交换,又无能量交换。

(3)状态:由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系存在的形式称为体系的状态。

(4)状态函数:借以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。

(5)过程:体系的状态发生变化,从始态变到终态,我们说体系经历了一个热力学过程,简称过程。

(6)途径:实现过程的每一种具体方式。

(7)体积功:体系由于体积的变化而做功称为体积功,即W=p·△V。

(8)热力学能:指体系内一切能量的总和,通常用U表示。

2.热力学第一定律(1)热力学第一定律的内容热力学第一定律的实质就是能量守恒。

更确切地说,热力学第一定律是能量守恒与转化定律在涉及热现象的宏观过程中的具体描述,其关系式为△U=Q - W式中,Q表示体系从环境中吸收热量;W表示体系对环境做的功。

(2)功和热热和功是能量传递的两种形式,它们不是状态函数。

Q>0,系统吸热;Q<0,系统放热。

W>0,环境对系统做功;W<0,系统对环境做功。

对定压过程中气体膨胀或被压缩所做的体积功来说W= -p ex(V2 - V1);系统被压缩,W>0;系统膨胀,W<0。

二、热化学1.化学反应的热效应化学反应的热效应可以定义为:在无非体积功的体系和反应中,当生成物与反应物的温度相同时,化学反应过程中吸收或放出的热量,化学反应热效应一般称为反应热。

(1)恒容反应热恒容反应热指在恒容过程中完成的化学反应的热效应,通常用Q V表示。

△U=Q V当△U>0时,Q V>0,则该反应是吸热反应;当△U<0时,Q V<0,该反应是放热反应。

第二章化学热力学基础学习重点

第二章化学热力学基础学习重点

第二章化学热力学基础学习重点一.理解并熟悉热力学有关的概念:体系和环境状态和状态函数过程和途径常见的三个体系:敞开、封闭、孤立体系常见的三个过程:等压、等容、等温过程热和功热力学能(内能)和焓变化学反应热,等容反应热、等压反应热生成焓和标准生成焓;键能和离解能,键能和反应热的关系熵和熵变,标准摩尔熵Gibbs自由能和Gibbs自由能变,标准摩尔生成Gibbs自由能二.理解并熟练运用几个定律(包括两个判据)1.盖斯定律2.热力学第一定律:△U=Q-W3.热力学第二定律:△S(孤立)= △S(体系)+ △(环境)4.热力学第三定律:0K时,任何纯物质的完美晶体,S=05.两个判据:ⅰ.熵判据:△S(孤立)= △S(体系)+ △S(环境) ………………自发过程△S(孤立)= △S(体系)+ △S(环境) ………………不能进行ⅱ.G判据:等温等压吓,体系的G减小的方向是不能做非体积功的化学反应进行的方向.不及化学反应如此,任何等温等压虾,不做非体积功的自发过程的G都将减小.这正是热力学第二定律的另一种表述形式.△G<0 …………………自发进行△G>0 …………………不能自发进行△G=0 …………………可逆发应三.熟练掌握并运用几个热力学攻势(方程式)进行计算1.△U=Q-W2.Q v=△U3.Q p=△HH=U+PV △H=△U+△(PV)4.△r H mθ=∑υB△f H mθ(B)5.△S=Q r/T △r S mθ=∑υB△f S mθ(B)6.△G=△H-T△S 并分析自发进行的四种情况△r G mθ=∑υB△f G mθ(B)四.热力学的标准状态,尤其要注意所给定的热力学条件五.热力学化学方程式的书写六.问题:1.P△V和△(PV)2.H和Q。

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(2)等压过程:系统始态的压力与终态的压 力相同,并等于环境压力的过程称为等压过程。
(3)等容过程:系统的体积不发生变化的过 程称为等容过程。
(4)循环过程:如果系统由某一状态出发, 经过一系列变化又回到原来的状态,这种过程就 称为循环过程。
(四)热和功
1.热
由于系统与环境的温度不同,而在系统与环 境间所传递的能量称为热;用符号 Q表示。系统 吸热,Q>0;系统向环境放热,Q<0。
(2)强度性质:强度性质的量值与系统中物 质的量无关,不具有加和性。
(三)过程和途径
系统状态所发生的任何变化称为过程。 系统经历一个过程,由始态变化到终态,可 以采用多种不同的方式,通常把完成某一过程的 具体方式称为途径。 根据过程发生时的条件不同,可分为以下几 类:
(1)等温过程:系统的始态温度与终态温度 相同,并等于环境温度的过程称为等温过程。人 体具有温度调节系统,从而保持一定的体温,因 此在体内发生的生化反应可以认为是等温过程。
二、热力学第一定律
热力学第一定律就是能量守恒定律,它是 人类经验的总结,已为大量的实验所证实。
热力学第一定律可表述为:能量具有各种 不同的形式,它能从一种形式转化为另一种形 式,从一个物体传递给另一个物体,但在转化 和传递的过程中能量的总值不变。
(一)热力学能
热力学能也称内能,用符号U 表示,它是系统 内部能量的总和,包括系统内分子运动的动能、分 子间相互作用的势能和分子内各种粒子(原子、原 子核、电子等)及其相互作用的能量等。
一、热力学的一些基本概念
(一)系统、环境和相
当人们以观察、实验等方法进行科学研究 时,往往将某一部分的物质或空间与其余部分 分开,作为研究的对象,这部分作为研究对象 的物质或空间称为系统。
在系统以外,与系统有互相影响的其他部 分称为环境。
根据系统与环境之间的关系,把系统 分为三类:
(1)敞开系统:系统与环境之间既有 能量交换,又有物质交换。
系统状态是系统的各种物理性质和化学性质的 综合表现。在热力学中,把用于确定系统的物理 量(性质)称为状态函数。
状态函数的特点是:其量值只取决系统所处 的状态;其变化值仅取决于系统的始态和终态,而 与变化的途径无关。
系统的状态函数分为广度性质和强度性质两 类:
(1)广度性质:广度性质的量值与系统中物 质的量成正比,在系统内具有加和性。
对于有限变化,可以改写为:
(2)封闭系统:系统与环境之间只有 能量交换,没有物质交换。
(3)隔离系统:系统与环境之间既没 有能量交换,也没有物质交换。
系统中物理性质和化学性质完全相同的 均匀部分称为相,相与相之间存在明显的界 面。
通常把只含有一个相的系统称为均相系统;
含两个或两个以上相的系统称为多相系统。
(二)状态和状态函数
2.功
除热以外,在系统与环境之间传递的其他能 量都称为功,用符号W 表示。环境对系统做功, W>0;系统对环境做功,W<0。
功可以分为体积功和非体积功。体积功是系 统发生体积变化时与环境传递的功;非体积功是 除体积功以外的所有其他功,用符号 表示。
δW体 psu Adr psudV
功也与实现过程的途径有关,它也不是状态函数。
热力学能是状态函数,其量值取决于系统的状 态。在确定状态下,热力学能的量值一定,它的改 变量由系统的始态和终态决定,与变化所经历的途 径无关。
由于系统内部粒子的运动方式及其相互作用非 常复杂,热力学能的绝对值无法测量,但能测量出 其变化值。
当系统由状态 A 变化到状态 B 时:
U UB UA
(二
上式表明:对于不做非体积功的等压过程,系统
的焓变在数值上等于热。 由于焓是状态函数,其改变量ΔH 只取决于
系统的始态和终态,与实现变化的途径无关。所
以,Qp,W 0 必然也取决于系统的始态和终态,与 实现变化的途径无关。
第二节 热 化 学
一、反应进度 二、化学反应的摩尔热力学能变和摩尔焓变 三、热化学方程式 四、Hess 定律 五、标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓
利用热力学定律、原理和方法研究化学反应 以及伴随这些化学反应而发生的物理变化过程就 形成了化学热力学。
化学热力学主要研究和解决的问题有:
(1)化学反应及与化学反应密切相关的物理 过程中的能量变化;
(2)判断化学反应进行的方向和限度。
第一节 热力学第一定律
一、热力学的一些基本概念 二、热力学第一定律 三、焓
一、反应进度
化学反应一般可以写成如下形式:
AA BB YY ZZ
上式常写成下列简单形式:
(RR) PP
R
P
通常可写成如下更简单的形式:
0 BB B
式中:vB 是反应物或产物的化学计量数,对 反应物取负值,对产物取正值。
对任意反应:
0 vBB B
反应进度 定义为:
d def dnB vB
系统的热力学能改变是由于系统与环境之间 进行热和功传递的结果。由于能量既不能凭空产 生,也不能自行消失,系统所增加的能量一定等 于环境所失去的能量。
在任何过程中,系统热力学能的增加等于系 统从环境吸收的热与环境对系统所做的功之和。
U =Q +W
对于微小变化:
dU δQ δW
三、焓
对于不做非体积功的等压过程 (W´ 0) : δQW´0 dU psudV
对等压下发生的过程,psu=p ,且为一常数,则:
psudV =pdV =d(pV )
δQp,W´0 dU d( pV ) d(U pV )
由于 U,p,V 都是状态函数,因此它们的
组合 U+pV 也是状态函数。这一状态函数称为 焓,用符号 H 表示:
def
H U +pV
故:
dH =δQp,W 0

第 五 节
第第第第 四三二一 节节节节
二 章
应热 函化 化 热 热 用力 数学 学 化 力
学 变反 反 学 学
化 学
在 的应 应
第热
生 计的 的 物 算摩 方 化 尔向 学吉
一 定 律
力 学 基
中布

的斯
热力学是研究热与其他形式的能量之间转化 规律的一门科学。热力学的基础是热力学第一定 律和热力学第二定律。这两个定律都是人类的大 量经验的总结,有着广泛的、牢固的实验基础。
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