无机及分析化学
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稳定单质的标准生成焓为0. 稳定单质的标准生成焓为 . 生成焓的负值越大,表明形成该物质时放 生成焓的负值越大, 出的能量越多,对热越稳定. 出的能量越多,对热越稳定.
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思考: 思考:以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓 反应物和生成物都是标准态)? (反应物和生成物都是标准态)? (2) C(石墨) + O 2 (g) = CO2 (g) (1) CO(g) + 1 O 2 ( g ) = CO 2 (g)
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二. 盖斯定律
例如: 例如 C(石墨)+ )+O (1) C(石墨)+O2 (g) → CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol 天 津 科 技 大 学 (2) C (石墨)+1/2O2 (g) → CO(g) (石墨 石墨) ΔH2=? (3) CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ΔH3=-283.0kJ/mol
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②状态函数: 状态函数: 状态函数 凡能决定体系状态的一切宏观性质 物理量)都叫做状态函数. (物理量)都叫做状态函数. 特点: 特点: a.体系的一些状态函数是相互联系,相 体系的一些状态函数是相互联系, 体系的一些状态函数是相互联系 互制约的. 互制约的. b.任何状态函数的变化值,只决定于体 任何状态函数的变化值, 任何状态函数的变化值 系的始态和终态. 系的始态和终态.而与变化的途径无 关.
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3.热化学反应方程式
表示化学反应与其热效应关系的 化学方程式称为热化学反应方程式. 化学方程式称为热化学反应方程式.
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在化学反应式后用 在化学反应式后用 rHm表示反应的热 效应. 指恒压下的反应热) 效应.(指恒压下的反应热)
要求: 要求: 应注明物质的聚集状态(s (s, ①应注明物质的聚集状态(s,l,g) 应正确写出化学反应计量方程式. ② 应正确写出化学反应计量方程式.(P19)
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三. 标准摩尔反应焓变 1.摩尔反应焓变(△rHm) 摩尔反应焓变( rHm的定义: 的定义:
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某化学反应按所给定的化学计量方 程式反应,当反应进度ξ=1mol时的 程式反应,当反应进度 时的 反应焓变称为摩尔反应焓变. 反应焓变称为摩尔反应焓变. rHm的单位为: J/mol 或 kJ/mol 的单位为:
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二. 状态和状态函数
状态: ①状态: 由一系列表征系统性质的宏观物理 量(如T,P,V等)所确定下来的系统 , , 等
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的存在形式称系统的状态. 的存在形式称系统的状态. 容量性质:与物质的数量有关, 容量性质:与物质的数量有关,具有加和 :m, 热容量) 性,如:m,v,n,Cr(热容量)等. 强度性质:与物质的数量无关, 强度性质:与物质的数量无关,不具有加 和性, 密度) C(比热 比热) 和性,如:T,P,ρ(密度),C(比热)等.
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NH3(g)+5/4 O2(g)
298.15K 标准态
NO(g)+3/2H2O(g)
rHθm= -226.37kJ/mol
四. 标准摩尔生成焓
(△fHmθ)
在标准状态下, 稳定单质生成 在标准状态下,由稳定单质生成 1mol纯物质 时 反应的焓变称为B标准 1mol纯物质B时,反应的焓变称为 标准 纯物质
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作非体积功, 并使 体系终态温度恢复 作非体积功 , 并使体系终态温度恢复 到始态温度, 到始态温度 , 则在这一过程中放出或 吸收的热量称为该反应的反应热. 吸收的热量称为该反应的反应热. 只做体积功时: 只做体积功时:W= - P△V △
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三. 热和功(Heat and Work) 热和功 热和功是系统发生状态变化时与环境 进行能量交换的两种形式. 进行能量交换的两种形式. 热(Q):由于温度不同而造成的能量的传 ) 递. 功(W):除热之外,所有其他形式的能量 ) 除热之外, 传递. 包括体积功和非体积功) 传递.(包括体积功和非体积功)
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C(石墨) + O2(g) C(石墨 石墨)
△H2 天 津 科 技 大 学
△H1
CO2(g)
△H3
CO(g) + 1/2O2(g)
(2)式 (3)式 ∵(1)式 = (2)式 + (3)式 (1)式 ∴ △H1 = △H2 + △H3 △H2 =△H1 -△H3= -393.5 – (-283.0) △ △ = -110.5 kJ/mol
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数学表达式: - 数学表达式:U-(Q+W)=0 + ) 即:U=Q+W +
2.2 热化学 (Thermochemistry) )
化学反应的热效应(反应热) 一. 化学反应的热效应(反应热) (Heat of reaction) 定义: 系统发生化学变化时, 定义 : 系统发生化学变化时 , 当系统不
四.热力学能与热力学第一定律 (First law of thermodynamics) )
1.热力学能(U) 热力学能( )
(Thermodynamics Energy) )
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定义:体系内部能量的总和, 定义:体系内部能量的总和,(包括分 子的动能,势能,键能,核能等) 子的动能,势能,键能,核能等)
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摩尔生成焓,记作△fHmθ 摩尔生成焓,记作△ 298.15K时的数据可以从手册及教材的 时的数据可以从手册及教材的 附录3中查到. 附录 中查到. 中查到
稳定的单质 如C:石墨 ;Hg:Hg(l) :石墨(s); : 为白磷(s), 等.但P为白磷 ,即P(s,白). 为白磷 (, 由定义可推出: 由定义可推出:
1 C(石墨) + O 2 ( g ) = CO(g) (3) 2
2C(石墨) + O 2 (g) = 2CO (g) (4)
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均为状态函数, ①∵U,P,V均为状态函数,∴H也是 , , 均为状态函数 也是 状态函数. 状态函数. 在恒压不作非体积功的条件下, QP=H2-H1=H 的绝对值也不可测, ② H的绝对值也不可测,但可以通过 的绝对值也不可测 恒压反应热求出: H= QP 恒压反应热求出: ③焓是体系的容量性质,具有加合 性.
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盖斯定律: 盖斯定律:在整个过程处于恒 定律 容或恒压情况时, 容或恒压情况时,化学反应 的热效应只与始, 的热效应只与始,终状态有 而与变化的途径无关. 关,而与变化的途径无关.
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另一种说法: 另一种说法:在恒容或恒压条 件下, 件下,一个化学反应无论是 一步完成, 一步完成,还是分成几步完 成,其总反应的反应热等与 各步反应热之和. 各步反应热之和.(P17)
(1)热力学能是状态函数, 热力学能是状态函数, 的绝对数值是不可求的, (2)U的绝对数值是不可求的,只能测 的绝对数值是不可求的 出反应前后U的变化值 . 出反应前后 的变化值U. 的变化值
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U=U终-U始 终 始 为容量性质, (3)U为容量性质,具有加和性, 为容量性质 具有加和性, 能量单位: 或 . 能量单位:J或kJ.
思考:同一体系,同一状态时 能有不同的U值.不同体系或同 一体系不同状态时能有相同的U 值.这两句话是否正确?
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热力学第一定律(能量守恒定律) 2. 热力学第一定律(能量守恒定律)
定律:在任何过程中, 定律:在任何过程中,能量不会自生自 灭 , 只能从一种形式转化为另一种形 转化过程中,能量的总值不变. 式.转化过程中,能量的总值不变.
第二章 化学反应的一般原理
2.1基本概念和术语 2.1基本概念和术语
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2.2热化学 2.2热化学 2.3化学反应的方向 2.3化学反应的方向 2.4化学反应速率 2.4化学反应速率 2.5化学平衡及其移动 2.5化学平衡及其移动
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2.1 基本概念和术语
一.体系和环境 体系和环境 体系—人为选取一定种类 人为选取一定种类, 体系 人为选取一定种类 , 一定数量的 物质作为研究的对象, 物质作为研究的对象 , 这一部分物 质或空间叫做体系. 质或空间叫做体系. 环境:与体系有密切联系的一部分物质或 环境 与体系有密切联系的一部分物质或 空间. 空间.
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焓变( (2) 焓变(△H) 的符号相同, ①∵H= QP ∴H与Qp 的符号相同, 与 吸热为" ,放热为" . 吸热为"+",放热为"-". 反应的H受温度的影响比较小 受温度的影响比较小, ②反应的 受温度的影响比较小,故可 下的H代替其它温度下的 代替其它温度下的H. 用 298K下的 下的 代替其它温度下的 . ③∵U= Q+W Q=U-W 在恒压及不做非体积功的条件下: 在恒压及不做非体积功的条件下: QP=H=U+PV +
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途径Ⅰ 10℃ 天 津 科 技 大 学 途径Ⅲ 50℃
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30℃
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1. Q和W不是状态函数 和 不是状态函数 2. Q和W的符号 和 的符号
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若系统吸热Q为正值 放热 取负值, 若系统吸热 为正值,放热 取负值, 为正值 放热Q取负值 若环境对体系功, 为正值 为正值,体系对 若环境对体系功 , W为正值 体系对 环境做功, 为负值 为负值. 环境做功 W为负值.
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物质的标准态和标准摩尔焓变. 2. 物质的标准态和标准摩尔焓变. 标准态: 标准态: Pθ:101325 Pa (本书中用 本书中用100kPa) 本书中用 cθ:1mol/L T:可任意选定,通常选 可任意选定, 可任意选定 通常选298.15K 在标准态时反应的摩尔焓变称为反 应的标准摩尔焓变 △rHmθ
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③注明反应温度.298.15K时,不需注明. 注明反应温度.298.15K时 不需注明.
例:用热化学方程式表示下列内容. 用热化学方程式表示下列内容. 298.15K,1个标准大气压下,,每氧化 个标准大气压下,, 在298.15K,1个标准大气压下,,每氧化 (g)生成NO(g)和 O(g),放热 生成NO(g) 1molNH3(g)生成NO(g)和H2O(g),放热 226.37kJ. 226.37kJ
1.恒容反应热 在不作非体积功的情况下, 在不作非体积功的情况下, 恒容过程的V ΔV=0 恒容过程的 终=V始 即ΔV=0 体积功W= PΔV=0 W=体积功W=-PΔV=0 则U=QV 2.恒压反应热 恒压过程通常是在敞口容器中进行的. 恒压过程通常是在敞口容器中进行的. P终=P始=P外 由于体系只做体积功, 由于体系只做体积功,∴W=-PV - 则U=QP-PV
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*在反应物和生成物都是固态和液态 时:H≈U 在有气体参与的反应中, *在有气体参与的反应中,PV=△nRT, △ , + 为气体摩尔数 则H=U+△nRT (△n为气体摩尔数 的变化量.) 的变化量.) 恒温恒容时: U=QV 恒温恒容时: 恒温恒压时: 恒温恒压时: H= QP
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3.体系的焓与反应的焓变 3.体系的焓与反应的焓变
( 1 ) 焓 (H) : 在恒压和不作非体积功的条 ) 件下, 件下, 由能量守恒定律 U= QP-PV QP=U+PV + =U2-U1+P(V2-V1) =( U2+P V2)-(U1+P V1) - 定义: 定义:H=U+PV
稳定单质的标准生成焓为0. 稳定单质的标准生成焓为 . 生成焓的负值越大,表明形成该物质时放 生成焓的负值越大, 出的能量越多,对热越稳定. 出的能量越多,对热越稳定.
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思考: 思考:以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓 反应物和生成物都是标准态)? (反应物和生成物都是标准态)? (2) C(石墨) + O 2 (g) = CO2 (g) (1) CO(g) + 1 O 2 ( g ) = CO 2 (g)
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二. 盖斯定律
例如: 例如 C(石墨)+ )+O (1) C(石墨)+O2 (g) → CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol 天 津 科 技 大 学 (2) C (石墨)+1/2O2 (g) → CO(g) (石墨 石墨) ΔH2=? (3) CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ΔH3=-283.0kJ/mol
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②状态函数: 状态函数: 状态函数 凡能决定体系状态的一切宏观性质 物理量)都叫做状态函数. (物理量)都叫做状态函数. 特点: 特点: a.体系的一些状态函数是相互联系,相 体系的一些状态函数是相互联系, 体系的一些状态函数是相互联系 互制约的. 互制约的. b.任何状态函数的变化值,只决定于体 任何状态函数的变化值, 任何状态函数的变化值 系的始态和终态. 系的始态和终态.而与变化的途径无 关.
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3.热化学反应方程式
表示化学反应与其热效应关系的 化学方程式称为热化学反应方程式. 化学方程式称为热化学反应方程式.
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在化学反应式后用 在化学反应式后用 rHm表示反应的热 效应. 指恒压下的反应热) 效应.(指恒压下的反应热)
要求: 要求: 应注明物质的聚集状态(s (s, ①应注明物质的聚集状态(s,l,g) 应正确写出化学反应计量方程式. ② 应正确写出化学反应计量方程式.(P19)
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三. 标准摩尔反应焓变 1.摩尔反应焓变(△rHm) 摩尔反应焓变( rHm的定义: 的定义:
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某化学反应按所给定的化学计量方 程式反应,当反应进度ξ=1mol时的 程式反应,当反应进度 时的 反应焓变称为摩尔反应焓变. 反应焓变称为摩尔反应焓变. rHm的单位为: J/mol 或 kJ/mol 的单位为:
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二. 状态和状态函数
状态: ①状态: 由一系列表征系统性质的宏观物理 量(如T,P,V等)所确定下来的系统 , , 等
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的存在形式称系统的状态. 的存在形式称系统的状态. 容量性质:与物质的数量有关, 容量性质:与物质的数量有关,具有加和 :m, 热容量) 性,如:m,v,n,Cr(热容量)等. 强度性质:与物质的数量无关, 强度性质:与物质的数量无关,不具有加 和性, 密度) C(比热 比热) 和性,如:T,P,ρ(密度),C(比热)等.
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NH3(g)+5/4 O2(g)
298.15K 标准态
NO(g)+3/2H2O(g)
rHθm= -226.37kJ/mol
四. 标准摩尔生成焓
(△fHmθ)
在标准状态下, 稳定单质生成 在标准状态下,由稳定单质生成 1mol纯物质 时 反应的焓变称为B标准 1mol纯物质B时,反应的焓变称为 标准 纯物质
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作非体积功, 并使 体系终态温度恢复 作非体积功 , 并使体系终态温度恢复 到始态温度, 到始态温度 , 则在这一过程中放出或 吸收的热量称为该反应的反应热. 吸收的热量称为该反应的反应热. 只做体积功时: 只做体积功时:W= - P△V △
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三. 热和功(Heat and Work) 热和功 热和功是系统发生状态变化时与环境 进行能量交换的两种形式. 进行能量交换的两种形式. 热(Q):由于温度不同而造成的能量的传 ) 递. 功(W):除热之外,所有其他形式的能量 ) 除热之外, 传递. 包括体积功和非体积功) 传递.(包括体积功和非体积功)
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C(石墨) + O2(g) C(石墨 石墨)
△H2 天 津 科 技 大 学
△H1
CO2(g)
△H3
CO(g) + 1/2O2(g)
(2)式 (3)式 ∵(1)式 = (2)式 + (3)式 (1)式 ∴ △H1 = △H2 + △H3 △H2 =△H1 -△H3= -393.5 – (-283.0) △ △ = -110.5 kJ/mol
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数学表达式: - 数学表达式:U-(Q+W)=0 + ) 即:U=Q+W +
2.2 热化学 (Thermochemistry) )
化学反应的热效应(反应热) 一. 化学反应的热效应(反应热) (Heat of reaction) 定义: 系统发生化学变化时, 定义 : 系统发生化学变化时 , 当系统不
四.热力学能与热力学第一定律 (First law of thermodynamics) )
1.热力学能(U) 热力学能( )
(Thermodynamics Energy) )
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定义:体系内部能量的总和, 定义:体系内部能量的总和,(包括分 子的动能,势能,键能,核能等) 子的动能,势能,键能,核能等)
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摩尔生成焓,记作△fHmθ 摩尔生成焓,记作△ 298.15K时的数据可以从手册及教材的 时的数据可以从手册及教材的 附录3中查到. 附录 中查到. 中查到
稳定的单质 如C:石墨 ;Hg:Hg(l) :石墨(s); : 为白磷(s), 等.但P为白磷 ,即P(s,白). 为白磷 (, 由定义可推出: 由定义可推出:
1 C(石墨) + O 2 ( g ) = CO(g) (3) 2
2C(石墨) + O 2 (g) = 2CO (g) (4)
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均为状态函数, ①∵U,P,V均为状态函数,∴H也是 , , 均为状态函数 也是 状态函数. 状态函数. 在恒压不作非体积功的条件下, QP=H2-H1=H 的绝对值也不可测, ② H的绝对值也不可测,但可以通过 的绝对值也不可测 恒压反应热求出: H= QP 恒压反应热求出: ③焓是体系的容量性质,具有加合 性.
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盖斯定律: 盖斯定律:在整个过程处于恒 定律 容或恒压情况时, 容或恒压情况时,化学反应 的热效应只与始, 的热效应只与始,终状态有 而与变化的途径无关. 关,而与变化的途径无关.
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另一种说法: 另一种说法:在恒容或恒压条 件下, 件下,一个化学反应无论是 一步完成, 一步完成,还是分成几步完 成,其总反应的反应热等与 各步反应热之和. 各步反应热之和.(P17)
(1)热力学能是状态函数, 热力学能是状态函数, 的绝对数值是不可求的, (2)U的绝对数值是不可求的,只能测 的绝对数值是不可求的 出反应前后U的变化值 . 出反应前后 的变化值U. 的变化值
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U=U终-U始 终 始 为容量性质, (3)U为容量性质,具有加和性, 为容量性质 具有加和性, 能量单位: 或 . 能量单位:J或kJ.
思考:同一体系,同一状态时 能有不同的U值.不同体系或同 一体系不同状态时能有相同的U 值.这两句话是否正确?
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热力学第一定律(能量守恒定律) 2. 热力学第一定律(能量守恒定律)
定律:在任何过程中, 定律:在任何过程中,能量不会自生自 灭 , 只能从一种形式转化为另一种形 转化过程中,能量的总值不变. 式.转化过程中,能量的总值不变.
第二章 化学反应的一般原理
2.1基本概念和术语 2.1基本概念和术语
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2.2热化学 2.2热化学 2.3化学反应的方向 2.3化学反应的方向 2.4化学反应速率 2.4化学反应速率 2.5化学平衡及其移动 2.5化学平衡及其移动
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一.体系和环境 体系和环境 体系—人为选取一定种类 人为选取一定种类, 体系 人为选取一定种类 , 一定数量的 物质作为研究的对象, 物质作为研究的对象 , 这一部分物 质或空间叫做体系. 质或空间叫做体系. 环境:与体系有密切联系的一部分物质或 环境 与体系有密切联系的一部分物质或 空间. 空间.
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焓变( (2) 焓变(△H) 的符号相同, ①∵H= QP ∴H与Qp 的符号相同, 与 吸热为" ,放热为" . 吸热为"+",放热为"-". 反应的H受温度的影响比较小 受温度的影响比较小, ②反应的 受温度的影响比较小,故可 下的H代替其它温度下的 代替其它温度下的H. 用 298K下的 下的 代替其它温度下的 . ③∵U= Q+W Q=U-W 在恒压及不做非体积功的条件下: 在恒压及不做非体积功的条件下: QP=H=U+PV +
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若系统吸热Q为正值 放热 取负值, 若系统吸热 为正值,放热 取负值, 为正值 放热Q取负值 若环境对体系功, 为正值 为正值,体系对 若环境对体系功 , W为正值 体系对 环境做功, 为负值 为负值. 环境做功 W为负值.
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物质的标准态和标准摩尔焓变. 2. 物质的标准态和标准摩尔焓变. 标准态: 标准态: Pθ:101325 Pa (本书中用 本书中用100kPa) 本书中用 cθ:1mol/L T:可任意选定,通常选 可任意选定, 可任意选定 通常选298.15K 在标准态时反应的摩尔焓变称为反 应的标准摩尔焓变 △rHmθ
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③注明反应温度.298.15K时,不需注明. 注明反应温度.298.15K时 不需注明.
例:用热化学方程式表示下列内容. 用热化学方程式表示下列内容. 298.15K,1个标准大气压下,,每氧化 个标准大气压下,, 在298.15K,1个标准大气压下,,每氧化 (g)生成NO(g)和 O(g),放热 生成NO(g) 1molNH3(g)生成NO(g)和H2O(g),放热 226.37kJ. 226.37kJ
1.恒容反应热 在不作非体积功的情况下, 在不作非体积功的情况下, 恒容过程的V ΔV=0 恒容过程的 终=V始 即ΔV=0 体积功W= PΔV=0 W=体积功W=-PΔV=0 则U=QV 2.恒压反应热 恒压过程通常是在敞口容器中进行的. 恒压过程通常是在敞口容器中进行的. P终=P始=P外 由于体系只做体积功, 由于体系只做体积功,∴W=-PV - 则U=QP-PV
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*在反应物和生成物都是固态和液态 时:H≈U 在有气体参与的反应中, *在有气体参与的反应中,PV=△nRT, △ , + 为气体摩尔数 则H=U+△nRT (△n为气体摩尔数 的变化量.) 的变化量.) 恒温恒容时: U=QV 恒温恒容时: 恒温恒压时: 恒温恒压时: H= QP
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3.体系的焓与反应的焓变 3.体系的焓与反应的焓变
( 1 ) 焓 (H) : 在恒压和不作非体积功的条 ) 件下, 件下, 由能量守恒定律 U= QP-PV QP=U+PV + =U2-U1+P(V2-V1) =( U2+P V2)-(U1+P V1) - 定义: 定义:H=U+PV