第一章 热化学与能源 优质课件

5. 化学反应计量式与反应进度
(1) 化学反应计量式
化学反应方程式又称为化学反应计量式。
对任一反应： aA+dD = eE + fF
也可写为
0= eE+fF -aA-dD
或简化成
0 BBB
B代表反应物或产物，υB为反应式中相应物质B的化学计量数。 对于反应物，υB为负值（如υA = -a，υB = -d）； 对于产物，υB为正值（如υE = e，υF = f）。
● 工程实际应用：
能源、大气污染、水污染、金属腐蚀及防止、金属材 料及表面处理、非金属材料、有机及生物高分子材料、
生命物质等。
本课程共计40学时。
成绩评定方法： 平时：20％（包括考勤、课堂提问、
作业完成情况等） 考试：80％
第一章 热化学与能源
主要内容
（一）反应热的测量 1．几个基本概念 2．反应热的测量
宏观物理量 宏观性质
状态函数
广度性质
有加和性， 与物质总量有关.
如V、n、m及后 面将介绍的U、 H、S、G等.
强度性质
没有加和性， 与物质总量无关. 温度T、压力p、 密度ρ等
两类性质之间可以互相转化，如ρ=m/V。
状态函数的特点：
（1）在条件一定时，状态一定，状态函数就有一 定值，而且是唯一值（状态一定，其值一定，周 而复始其变化值为零）
2. 相：系统中具有相同的物理性质和化学性质的 均匀部分。 单相系统和多相系统。（举例） 相与相之间有明确的界面。
相与物态的区别
物态：气态、液态、固态 相：气体混合物为一相；液体混合物可以是一相、 两相或多相共存； 固体混合物：分子水平的均匀混合，形成“固溶 体”，否则，多少种固体物质就有多少个固相。 （不同物态必为不同相，但不同相不一定是不同物态）
如气体的压缩与膨胀、液体的蒸发与凝固以及化学反应等 等都是热力学过程。
系统由同一始态变到同一终态可以经由不同的方式， 这种不同的方式称为途径（path）。
途径也可以说是系统由始态到终态所经历的过程总和。
始态
途径Ⅰ 途径Ⅱ
终态
可逆过程(reversible process)
系统经过某过程由状态I变到状态II之后，当系统沿该 过程的逆过程回到原来状态时，体系与环境能够同时复 原而不留下任何变化痕迹的过程。（p34）
1.0mol N2和3.0mol 的H2反应并生成了 2.0mol的NH3
若上述合成氨反应写成：（比较前面计算）
1 2
N2
g

3 2
H2
g

NH3
g
t 0
3.0
10.0
0 (mol)
t t1时 2.0
Fra Baidu bibliotek
7.0
普通化学
化学是在原子和分子层次上研究物质的组 成、结构、性质及其变化规律的学科。
新材料
新能源
生物技术
冶金
化学
环境保护
医药卫生
国防军事
衣食住行
化学的分支学科：
无机化学：无机物 有机化学：碳氢化合物及衍生物 分析化学：测量和表征 物理化学：所有物质系统 高分子化学：高分子化合物 若干新分支：环境化学、核化学等等
准静态恒温膨胀
始态
终态
准静态恒温压缩
可逆过程是一种热力学常用的重要过程，也是从实 际过程中抽象出来的一种理想化的自发过程，自然界并 不严格存在，自然界的实际过程只能尽量地趋近于它。
例如：在气、液两相平衡共存时液体蒸发或气体冷 凝的过程（相平衡）；可逆的化学反应达到动态平衡时 反应物变成产物或产物变成反应物的过程（化学平衡）， 都可近似地看作可逆过程。
（二）反应热的理论计算 1．热力学第一定律 2．化学反应的反应热与焓 3．反应标准摩尔焓变的计算
（三）能源
§1.1 反应热效应的测量
1.1.1 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。
敞开系统
封闭系统
隔离（孤立）系统
有物质和能量交换 只有能量交换 无物质和能量交换
(2) 反应进度
表示反应进行的程度，常用符号ξ （音ksai）表示，其定 义为：
d B1dnB
△ξ=ξ(t2) -ξ(t1) =
nB nB (t2 ) nB (t1)
B
B
反应进度ξ的单位为mol。 ξ = △nB /υB 因ξ1=0，令ξ2= ξ
例如： N2g 3H2g 2NH3g
t0时 nB/mol 3.0 10.0
0
0
t1时 nB/mol 2.0
7.0
2.0
1
t2时 nB/mol 1.5
5.5
3.0
2
1

n1N2 N2

(2.0 3.0)mol 1
1.0mol
1

n1H2 H2

(7.0 10.0)mol 3
1.0mol
3. 状态与状态函数
系统的状态（state）是用来描述系统的诸如压力、 体积、温度等各种宏观性质的综合表现。
状态函数(state function)： 描述状态的物理量。
始态 体系的宏观性质改变了， 终态 体系的状态也发生改变。
如:温度（T） 压强（p） 体积（V） 物质的量（n） 质量（m） 密度（ρ）
普通化学作为一门基础课程，是对化学科学各 分支的基础知识作一整体的介绍，使学生了解 当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观 点、方法分析问题、解决问题。了解化学对人 类社会的作用和贡献。
教学内容
● 基本理论和基本知识：
热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学，电 化学，物质结构基础，元素化学，有机高分子化合物 等。
（2）条件变化时，状态也将变化，但状态函数的 变化值只取决于始态和终态，而与状态变化的具 体途径无关。（殊途同归，值变相等）
（3）当状态变化时，状态函数也改变，但并不一 定所有的状态函数都改变。
（4）状态函数的集合（和、差、积、商）也是状 态函数。
4. 过程与可逆过程
热力学系统中发生的一切变化都称为热力学过程，简称过 程（process）。
1

n1NH 3 NH 3

(2.0 0)mol 2
1.0mol
2 1.5mol
ξ=1.0mol时，表明按该化学反应计量式进行了 1.0mol反应，简称摩尔反应。
对于 N2g 3H2g 2NH3g
表示：
1.0mol N2 和1.0mol 的3H2反应并生成 了1.0mol的2NH3