浙江大学普通化学(第六版)第一章课件_热化学与能源

系统压力从 3pº变为p°
状态就是系统一切性质的总和。有平衡和非平衡 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。
图 1.2 状态函数的性质
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qV,m q / 9.69 kJ / 0.0156 mol 621 .2 kJ mol 1
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2 热化学方程式
表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方 程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相 应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如： qV,m 620 kJ mol 1 N2H4(l)+O2(g)=NΒιβλιοθήκη Baidu (g) +2H2O (l) ；
思考题1-2：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。
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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热量 q不是状态函数
内能的特征： 状态函数 无绝对数值 广度性质 思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在
10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。 两者的内能相同吗？ 相同。
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功与体积功
一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热q ，得功 w，变到状态2，热力学能 U2，则有：
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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：其量值具有加和性，如体积、质量等。 强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。 特点：①状态一定,状态函数一定。 ② 状态变化,状态函数也随之而变,且 状态函数的变化值只与始态、终态 有关,而与变化途径无关。
广度性质和强度性质
在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以 外的方式交换的能量都称为功。 功的符号规定： （注意功符号的规定尚不统一） 系统得功为正，系统作功为负。 由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体 积功w体。所有其它的功统称为非体积功w ′。 w= w体+ w ′
思考：1mol理想气体，密闭在1) 气球中，2) 钢瓶中；将理 想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？ 1)做体积功，2)未做体积功。 功 w也不是状态函数
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
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。
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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。 没有量纲的纯数
其中，内能现称为热力学能。
因此，只能用理论方法来计算反应热。
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1 热力学能
系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平 动、转动、振动以及电子运动和核运动。
由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法 测定内能的绝对数值。
2
热
在物理或化学变化的过程中，系统与环境 存在温度差而交换的能量称为热。 热的符号规定： 系统吸热为正，系统放热为负。
若不注明T, p, 皆指在 T=298.15 K， p=100kPa下。 书写热化学方程式时应注意： 标明反应温度、压力及反应物、生成物的 量和状态；
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一般标注的是等压热效应qp。 思考：qp与qv相同吗？。
不相同
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1.2 反应热与焓
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q>0 U1 w>0 ΔU = q +w U2
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4
体积功w体的计算
5
理想气体的体积功
pV nRT
等外压过程中，体积功 w体= – p 外(V2 – V1) = – p外Δ V
p外 = F / A， l = ΔV / A， 因此，体积功
l
根据理想气体的状态方程：
q
c
s
m
s
(T
2
T
1
)
C
s
T
由于完全反应，ξ = n 因此摩尔反应热：
解：燃烧0.5g联氨放热为
q [ q ( H 2 O ) q b ] [ c ( H 2 O ) m ( H 2 O ) T c b T ] ( 4 . 18 1210 848 ) ( 294 . 82 293 . 18 ) J 9690 J 9 . 69 kJ
胶黏剂及其性能
第七章 高分子化合物与材料 第八章 生命物质与人体健康
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目录
1.1 热化学 1.2 反应热与焓 1.3 能源的合理利用 本章小结
第
1章
热化学与能源
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1 .1
热化学
2相 系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称 为相。根据相的概念，系统可分为： 单相（均匀）系统 多相（不均匀）系统 相与相之间有明确的界面。
思考题 1-1：1) 101.325kPa，273.15K(0°C) 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。
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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。
具体课程要求安排： 1-16周 32学时 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 ,以 实现对学生的高素质化学通才教育。
理论学习：认真听课、做好笔记；及时消化、 完成作业 课程考核：理论考试占80%左右 平时占20%左右
学习内容
理论化学：两条 “主线 ” 【宏观和微观结构及物质性质】 应用化学： 化合物知识；化学在相关学科中的应用
有关。如对于反应： 0 = –N2 – 3H2 + 2NH3 ，当有1mol NH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成 1 3 N 2 H 2 NH 3 2 2 则反应进度为1 mol。
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下一页 图1.3 弹式量热计
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1. 反应热的实验测量方法
并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应： 2C(s) + O2(g) == 2CO(g) 为什么上述反应的反应热无法实验测定？
实验过程中无法控制生成产物完全是 CO。
1.2.1
热力学第一定律
封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸 收热q，从环境得功w，则系统内能的增加ΔU (U2 – U1)为： ΔU = q + w 热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力 学中的的应用。
附例 1.2 1 mol理想气体从始态100kPa, 22.4dm3 经等温恒外 压p2 = 50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。 解：终态平衡时的体积为：
图 1.4 体积功示意图
p
p外 = F / A
w体= F · l
= –(p外· A) ·(ΔV/A) = – p外 Δ V
V2 p1V1 / p 2 100000 Pa 22.4 10 -3 m 3 / 50000 Pa 44.8 10 -3 m 3
q p,m 570 kJ mol 1 2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)；
反应热与反应式的化学计量数有关；
2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)；
q p,m 570kJ mol 1
H2(g)+1/2O2(g)=H2O (l)； qp,m=-285 kJ·mol-1
qm q / n
思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反
应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测 量的反应热是定容反应热还是定压反应热？ 答：定容反应热
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( 0 0 .5) g / 32 . 0g mol 1 /( 1) 0 . 0156 mol
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过程与途径
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化学计量数
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 ° C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。
反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。 热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。 摩尔反应热指当反应进度为1 mol时系统放出或吸 收的热量。
（等容）反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热 是热化学的重要研究内容。
反应进度的单位是摩尔（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？
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绪论
大学化学（非化学化工类） 以现代化学的基本知识和原理为基础，注重于化学密切相关 而又被社会特别关注的能源、材料、信息、环境和生命等学科的 交叉内容，强调化学与社会、经济、技术的联系，力图使其成为 工程技术教育的基础。 学生通过学习本学科，能提高对物质世界和人类社会及其相 互关系的认识。能运用化学观点，即从分子原子层次处罚并深入 到电子运动、扩展到聚集状态的观点来理解宏观物质变化及其伴 随能量变化的原因和规律。 帮助非化学化工类学生明确学习化学原理、应用化学原理的 方法，培养学生正确的科学观、社会的社会观，并突出科学思维 方法和创新能力的培养，把化学的理论、方法与工程技术的观点 结合起来，培养迎接新世纪挑战的高级工程科技人才。
设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与 恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的 热容为Cs(J·K-1)， 比热容为cs(J·K-1 kg-1 )，则：
示例
例1.1 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知：
m ( N 2 H 4 ) 0. 5000 g m (H 2 O) 1210 g c b 848 J K 1 T1 293 . 18 K T2 294 .82 K
大学化学
李盛姬 材料与环境工程学院 Email： shengjili@hdu.edu.cn 手机：18506830213 办公室：6教南508
教材：《普通化学》 (第六版)
浙江大学普通化学教研组编
徐端钧 方文军 聂晶晶 沈宏修订
高等教育出版社，北京 出版年：2011年6月
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学习的目的和内容
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化学与机械
各种材料及其性能
金属腐蚀及其防腐
润滑剂及其性能
胶黏剂及其性能
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化学与机械
各种材料及其性能
目
录
绪论、第一章 热化学与能源 第二章 化学反应的基本原理与大气污染
金属腐蚀及其防腐
第三章 水化学与水污染 第四章 电化学与金属腐蚀
润滑剂及其性能
第五章 物质结构基础 第六章 元素化学与无机材料
附例 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 解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3
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反应进度
d dn B
1.1.2
热效应及其测量
反应进度 ξ 的定义：
B nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。或定 义
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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状态与状态函数
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、末态有关，而与变化的实际途径无关。（特点） 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。