大学化学第二版(科学出版社)第一章第一节

解: 按题意,反应式为:
H2(g) + 1/2O2 (g) = H2O (l)
1mol H2和0.5mol O2, 完全反应生成1mol 液态H2O 时: QV ＝-282.1kJ. △n = [ 0 – (1 + 0.5) ] mol = -1.5mol QP = QV + △nRT = -282.1kJ + (-1.5mol)×8.314J· -1· -1×298.15K×10-3 mol K =-285.8kJ 所以, 当生成2mol 液态 H2O时的恒压反应热为: (-285.8kJ) ×2 = -571.6kJ 答:该温度下生成 2mol 液态 H2O时的恒压反应热为-571.6kJ.
则反应进度为:

n ( H 2 )

n( N 2 )
(N
2)
9mol 10 mol 1mol 1
(H
2)
17 mol 20 mol 1mol 3

n( NH 3 )
( NH

3)
2mol 0mol 1mol 2
结论: 对于同一反应方程式,用何种物质来表示反应进度 结果都是相同的。
-1
(2) CaCO3(方解石) = CaO(s) +CO2 (g) ，
二、 化学的定义
化学是在原子和分子水平上，研究物质组成、结构、 性能及其 变化规律和变化过程中能量关系的科学。
三、 化学的分类（五大分支）
按照研究对象或研究目的不同，可划分为五大分支学科： 无机化学、有机化学、高分子化学、分析化学和物理化学。
（1）无机化学：研究无机物的组成、结构、性质和无机化学
反应与过程的化学。
1、物质的聚集状态
物质在一定的温度和压力下所处的相对稳定的状态， 称为物质的聚集状态。( 通常有气、液、固三态)
2、相
系统中任何具有相同的物理性质和化学性质的组成均
匀的部分，称为相。（相也可分为气、液、固三相）
说明:（1）气态物质，无论包含多少种气体，也总是形成一个相。
（因为气体可以无限均匀混合） （2）液态混合物可形成一相、两相和多相。
b.体积功W（膨胀功，expansile work）
在恒定外压下 W ＝ － p外 • △V
C.热和功不是体系的状态函数,它们是途径函数。
六、反应进度(ξ)
1.定义： 反应进度是用来定量地描述和表征化学反应进行程度的物 理量。符号：ξ ，单位：mol 2.化学反应的一般形式：
对于某一反应：
可写为：
2.焓和焓变
焓(enthalpy)
焓变
根据 △U ＝ U2－U1 ＝ QP － P (V2－V1) 则有 QP＝(U2－U1 )＋P (V2－V1 )＝(U2＋PV2)－(U1 ＋PV1) 令： H ＝ U + P V 则 ： QP ＝ H2－H1 ＝ △H 即：△H ＝ QP
结论：恒压过程的热效应在数值上等于该系统在变化过程中的焓变。
热化学与能量转化—热和功
五、热和功
1、热 ( heat , Q） 体系和环境间因存在温度差而传递的能量。
2、功 ( work, W )
除热以外其它各种形式传递的能量,统称为功。 W ＝W(体积功) + W′(非体积功) 说明：a 热力学规定：
吸热为正（Q＞0，放热为负（Q＜0）；
得功为正（W＞0，做功为负(W＜0)。
(3)恒容反应热与恒压反应热的关系
又 ∵ △U ＝QV
∴ QV ＝ QP – △nRT
或 QP ＝ QV + △nRT
△n 为反应后和反应前所有气体的物质的量之和的改变量.
[例1-1] 298.15K 时, 向刚性密闭反应器中充入1mol H2和 0.5mol O2, 完全反应生成1mol 液态H2O 时放出热量282.1kJ. 试计算该温度下生成 2mol 液态 H2O时的恒压反应热.
（如水-酒精，为一相； 水-油，为两相）
（3）固态物质，每一种物质为一个相；同一物质不管分成多少部分 都是同一个相。 （如铁、食盐等。) （4）相与相之间是有明确界面的，如果界面发生了变化，则系统的 一些性质也要发生变化（密度、组成等）。（如水—冰）
热化学与能量转化—状态和状态函数
三、状态和状态函数
在恒温、只有体积功条件下,伴随化学反应所吸收或放出的热量,称为 化学反应的热效应,也叫反应热。
反应热分为两种: 恒容反应热(QV)和恒压反应热(QP)
(1)恒容反应热(QV)
是指化学反应在恒容 ( V1＝V2) 条件下的反应热。 在恒容和不做非体积功条件下： ∵ V1 ＝ V2, △V ＝ 0, W ＝- P△V＝0, Q ＝QV ∴ △U ＝ Q ＋ W ＝ QV
2、只需了解反应的始、终态，不考虑反应过程。
1.1 热化学与能量转化
1.1.1 基本概念
一. 系统和环境
(1) 系统 (system): 人为划定的被研究对象称为系统(之前称为体系)。 (2) 环境(environment): 系统之外与系统又有直接联系的其它部分称为环境。 系统的分类 ------依据系统与环境有无物质和能量的交换。
2
2
2
结论: 反应进度与方程式的写法有关,方程式写法不同,反应
热化学与能量转化—热力学第一定律
1.1.2 热力学第一定律
1. 内能 U( internal energy ) 系统内部各种能量的总和称为热力学能,也叫内能. 内能是系统的状态函数,内能变△U＝U2－U1 , 只与始态 和终态有关,而与变化的途径无关。 2.热力学第一定律(能量守恒)
四、本教材的内容
理论化学（上篇：讲授） 应用化学（下篇：自学） 实验化学（ 实验课 ）
五、学习方法
1、听： 听课；充分利用好课堂时间，解决问题。 2、做： 做好课堂笔记、作业和实验。 3、看： 认真观察实验现象，结合理论进行解释。
六、考核办法
1、平时成绩： 上课情况、作业情况 2、实验成绩： 实验情况、实验报告 3、期终考核： 试卷 10% 20% 70%
热化学与能量转化—反应进度
同理: 反应式（2）的计算结果见下表：
反应式（2）
vR 开始时物质的量/ mol 至t 时物质的量/ mol △nR
1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) = NH3(g)
-1/2 10 9 -1 -3/2 20 17 -3 1 0 2 2
ξ= △nR/vR
进度也不同。
⒈ 状态(state) 由一系列描述系统性质的物理量所确定下来的系统 的存在形式，称为系统的状态。（如PV=nRT) ⒉ 状态函数(state function) 用来描述系统状态的物理量,称为系统的状态函数。 （如 P、V、T、U、H 等） 特点: ①状态函数的变化值△只取决于体系的始态和终态, 与变化的途径无关。 水(373K) 水(323K)终态 水(298K)始态 △T =T2-T1= 25K 水(273K)
说明: (1) 由于H = U + PV, 其中的U、P、V 都是状态函数, 所以焓也是系统的状态函数. 即△H只与始态和终态 有关,与途径无关. (2) 对于恒压反应: 当△H>0, 表示吸热反应; 当△H<0, 表示放热反应。
1.1.4 化学反应的标准摩尔焓变
1、 Hess’Law（盖斯定律）
ξ=△nR/vR= [nR(ξ) - nR(0)]/vR
反应进度的微变定义为：
dξ= dnR/vR
说 明: (1) vR 符号: 反应物为负(-)；生成物为正(+)。
(2) 化学反应进度（ξ)的单位：mol。 (3)反应进度表示的意义：若ξ=1, 表明发生了1mol反应。
例如: 合成氨反应的有关数据见下表。试比较下列 两个反应式中反应进度是否相同？ 反应式 (1) N2 + 3H2 = 2NH3 vR -1 -3 2 开始时物质的量/mol 10 20 0 t 时刻物质的量/mol 9 17 2
（2）有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学，也有人
称之谓“碳的化学”。
（3）高分子化学：研究链状大分子的合成、大分子的链结构
和聚集态结构，以及大分子聚合物作为高分 子材料的成型及应用。 （4）分析化学：用来测量和表征物质的组成和结构的学科。
（5）物理化学：研究所有物质系统的化学行为的原理、规律
和方法的学科。 上述学科不断交叉、渗透、融合，界限越来越模糊，综合性越来越强。 《大学化学》就属于一门综合性的学科。（涉及无机、有机、分析、物 化等。）
ⅰ在恒压或恒容的条件下,化学反应的热效应只与反应的始态和 终态有关,而与变化途径无关（因为： Qv ＝△U ；Qp ＝△H ); ⅱ不管化学反应是一步完成，还是分几步完成,该反应的热效 应总值是相同的。即 △H = △H1 + △H2+ …
[例题] 已知：在298.15k、100 kPa时，
(1) Ca (s) + C(石墨) + 3/2O2(g) = CaCO3(方解石), △rHmө = -1206.92kJ•mol △rHmө = 178.3kJ•mol-1 求： 反应(3) Ca (s) +C(石墨) + 3/2O2(g) = CaO(s) +CO2(g)
例如：对上式： vA = -a ; vB = -b ; vD = d ; vE = e
3.化学反应进度的数学表达式
对于任一反应： 0 =ΣvR R
设反应开始时,物质R的反应进度为ξ=0，物质的量为nR(0).
设在反应进行至t时,物质R的反应进度为ξ=ξ, 物质的量为nR(ξ).
物质R的物质的量的变化量为：△nR = nR(ξ)－ nR(0) 反应进度(ξ)定义为：
即： △U ＝ QV
结论:恒容过程的热效应在数值上等于该系统在变化过程中的内能变。