第一章热化学和能源

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对于同一个化学反应,化学计量数与化学反应方 程式的写法有关。
例: N2(g) + 3H2(g)=2NH3(g)
v(N2)=-1, v(H2)=-3, v(NH3)=2
1/2N2(g) + 3/2H2(g)=NH3(g)
v(N2)=-1/2, v(H2)=-3/2, v(NH3)=1
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6. 反应进度
化学与其它学科相互渗透
学习要求:
计算与 了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验 计算 方法。 数 学
物理学
信息科 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 学 力学能变的关系。
掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。
地质与 化 学 了解能源的概况,燃料的热值和可持续发展战略。 环境科 学 天文学
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1.1.1 几个基本概念
1. 系统与环境
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 空间。
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换 图1.1 系统的分类
隔离系统 无物质和能量交换
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注意以下几点:
(1) 系统与环境之间的关系主要是物质和能量交换.系统的 边界有多种多样。可以是实际的,也可以是假想的。 如刚性壁,活动壁,绝热壁,透热壁,半透壁。 (2) 不同系统有不同的环境,常用热源这一概念描述。
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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。
可逆反应 :
在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆 反应的方向进行的反应,叫做可逆反应。 绝大部分的反应 都存在可逆性,一些反应在一般条件下并非可逆反应,而 改变条件(如将反应物至于密闭环境中、高温反应等等) 在学习可逆反应之前我们所接触的许多的反应都是可逆的 ,只不过可逆程度小而将其忽略了而已。
英国化学家道尔顿创立科学原子论(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化学革命。 1930年,美国化学家鲍林(L.Pauling,1901-1994)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 价键理论(VBT)。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成的σ键和π键这两种基本 共价键类型。
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对于同一反应,反应式写法不同,vB就不同,因而ξ值不同。 例: 反应前物质的量n1/mol 反应某时刻物质的量n2/mol 1/2N2 (g)+3/2H2 (g) =NH3 (g) 10 30 0 8 24 4
反应进度ξ 的定义:
d dnB
B
Baidu Nhomakorabea
nB 为物质B的物质的量,d nB表示微小的变化量。
ξ的单位是摩尔(mol),它与化学计量数的选配有关。
思考:反应进度与化学反应方程式的书写有关吗?
答:有关。如对于反应 N2 + 3H2 = 2NH3 ,当有1mol NH3生成时,反应
进度为0.5mol。
若将反应写成 则反应进度为1 mol。
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2. 相(phase):
系统中任何化学组成均匀,物理和化学组成都相同,
且可用机械方法分离出来的部分,称为相 。所谓均匀是指 其分散度达到分子或离子大小的数量级。
根据相的概念,系统可分为: 单相(均匀)系统 多相(不均匀)系统
常见的聚集状态有:固态(solid)、液态(liquid)、气态(gas)。
推论:摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量?
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4. 过程与途径 系统状态发生任何的变化称为过程。 实现一个过程的具体步骤称途径。
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开再降至常压。
happen?)
为什么是这种结构,为何发生这种变化(Why that
change or structure, rather than others?)
中学化学:宏观层面初步了解现象 大学化学:宏观及微观层面 ——初步了解本质和量化

C——石墨?金刚石? 合成氨?氨分解?条件、产率? MnO2与浓盐酸反应,与稀盐酸不反应;
教材:《普通化学》 (第五版) 教师: 何敏
一、本课程的教与学
1、教学方式:理论以多媒体授课为主(32学时),尽量采
用启发、讨论式教学方法。
2、学习要求:看三遍书:预习、细读、精读。
培养学生的自学能力,要求学生学会听课,尽快适应 大学的教学方法。
3、课堂要求:遵守课堂纪律,随时检查课堂笔记,不迟
到,不早退。
Lecture 1
教学目标:
• 了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方 法。
• 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。
出 问 题



将马路上撒了盐(或融雪剂)的雪堆在树下?
利用中学的化学知识不能解决的问题 *能否利用反应:NO+CO=1/2N2+CO2 来消 除大气污染物NO和CO呢? *能源危机日益严重,那么水变油是否可行 呢?
——化学热力学、化学动力学和物质结构
2 、化学的发展和作用
化学发展史 —— 四次革命
状态函数的三个特点:
① 状 态一定,其值一定; ② 殊途同归,值变相等 ; ③ 周而复始,值变为零。
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广度性质和强度性质
状态函数可分为两类: 广度性质:具有加和性,如体积、质量等。
强度性质:不具有加和性,如温度、压力等。 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)是强度性质的物理量。由此可以得出 什么结论? 答: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。
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重点:
(1)热化学基本概念:状态函数,可逆过程,化学计量数,反应进 度,反应热和焓。 (2) 定容热效应的测量原理和方法。
(3)热力学第一定律和盖斯定律及其应用。
(4)定压热效应(qp)与反应焓变的关系、定容热效应(qv)与热力学能 变的关系。 (5)化学反应的标准摩尔焓变的计算。
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难点:
特点:
不同相之间有明显的界面。超过此相界面一定有某些宏 观性质(如密度、折射率、组成等)发生突变。
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气体物质及其混合物:单相。 液体物质: 如相互溶解,则形成一个相(如酒精与水); 如互不相溶,混合时,则形成有明显界面分开的两个液 相(如四氯化碳和水)。 固态物质: 较为复杂,它有晶态和非晶态之分,晶态中 又有多种结构,分属不同的相。
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1 3 N 2 H 2 NH 3 2 2
反应进度ξ的值为正值。 反应进度只与化学反应方程式的写法有关,而与选择 系统中何种物质来表达无关。 换句话说,引入反应进度这个量的最大优点是在反 应进行到任意时刻时,可用任一反应物或产物来表示反 应进行的程度,所得的值总是相等的。
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例: 反应前物质的量n1/mol 反应某时刻物质的量n2/mol
5. 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守 恒关系, 通式为:
0 B B
B
B 称为B 的化学计量数。 符号规定:反应物: B为负;产物:B为正。
例:应用化学反应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:用化学反应通式表示为:
0= - N2 - 3H2 + 2NH3
工程 科学
生命 科学
材 料科 学
★ 化学是理论与应用并重的科学
信息电子 新材料 生物技术
冶金
化学
新能源
医药 卫生
军事 国防
衣、食、 住、行
资源利用, 环境保护
3 学习的目的、内容和要求
学习目的
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
学习内容
理论化学:两条“主线” 应用化学: 化合物知识;化学在相关学科中的应用 实验化学
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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 中的相数为多少?
答案: (1)在此条件下,存在3相(气、液、固各一相)。
(2)3相(气体1相,固体2相)。
第1章热化学与能源

1章
热化学与能源
Thermochemistry and Energy Sources
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目录
1.1 反应热的测量 1.2 反应热的理论计算 1.3 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
选读材料
核能
Ⅰ. 核燃料和核能的来源
Ⅱ. 核电的优势与发展趋势
本章小结
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N2(g)+3H2 (g) =2NH3 (g) 10 30 0 8 24 4
ξ=[n2(N2)-n1(N2)]/v(N2)=(8-10) mol/(-1)=2 mol 或 ξ=[n2(H2)-n1(H2)]/v(H2)=(24-30) mol/(-3)=2 mol 或ξ=[n2(NH3)-n1(NH3)]/v(NH3)=(4-0) mol/2=2 mol
(1)状态函数的性质。 (2)qp与反应焓变的关系、qV与热力学能变的关系。
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1.1 反应热的测量
化学反应发生时,伴随有能量的变化,通常多以热的形 式放出或吸收。燃料燃烧所产生的热量和化学反应中所发生 的能量转换和利用都是能源的重要课题。 热化学? 研究化学反应中热与其它能量变化的定量关系的学科。
恩格斯的评价:“把化学确立为科学”
被誉为“化学之父”(墓碑语)。
法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”,提 出燃烧的氧化学说。 拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论”,首次给元素下了一 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 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 人类几千年的燃烧之谜,以批判统治化学界近百年的“燃素说” 为标志,发动了第二次化学革命,被誉为“化学中的牛顿”。
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状态函数的性质
状态函数是状态的单值函数。 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、终态有关,而与变化的实际途径无关。 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。
外压从3pº 变为p° 3pº
V T
图1.2 状态函数的性质
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3. 状态与状态函数(state and state function)
• 状态是系统一切性质的总和。有平衡态和非平 衡态之分。
如系统的宏观性质都处于定值,则系统为平衡态。 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: 用于表示系统性质的物理量X 称状态函数,如 气体的压力p、体积V、温度T 等。
波义耳1661年发表了“怀疑派化学 家”(The ScepticalChymist),指 出:―化学不是为了炼金,也不是为了 治病,它应当从炼金术和医学中分离 出来,成为一门独立的科学”。波义 耳极为崇尚实验,指出,“空谈毫无 用途,一切来自实验”。他把严密的 实验方法引入化学研究,使化学成为 一门实验科学。
学习要求
辨证的思维 发展的眼光 实践的方法
绪 论
教学安排
第一章 热化学 能源 第二章 化学反应基本原理 第三章 溶液与离子平衡 第四章 电化学与金属腐蚀 第五章 物质结构基础 第六章 元素化学与无机材料 第七章 高分子化合物与材料 习题讨论课 6学时 6学时 6学时 4学时 4学时 1学时 1学时 4学时
4、作业:基本每次课布置一次作业,每周一交。。
二、成绩评定方法:
①上课考勤、提问
平时成绩
理论课
(约占30%)
② 作业
期末考试(统考、闭卷)
(约占70%)
绪论
1、普通化学解决所解决的问题?
2、化学的发展和作用? 3、学习的内容、目的和要求?
1、普通化学解决所解决的问题?
研究物质的形成、结构与性质和变化的科学 核心与特征:合成新物质(Synthesis) 物质的组成与结构(What have I got?) 物质的性质与变化(How did that transformation
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