第1章 熱化學(xué)與能源

1、1常州大學(xué)懷德學(xué)院常州大學(xué)懷德學(xué)院第第1章章 熱化學(xué)與能源熱化學(xué)與能源2學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 1. 了解反應(yīng)熱的測量方法了解反應(yīng)熱的測量方法2. 學(xué)會反應(yīng)熱的理論計算學(xué)會反應(yīng)熱的理論計算3. 了解能源的分類了解能源的分類3基本概念基本概念 系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)與環(huán)境 、相、相 與與 組分、組分、 狀態(tài)與狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)、狀態(tài)函數(shù)、 過程與途徑、可逆過程、過程與途徑、可逆過程、化學(xué)計量數(shù)化學(xué)計量數(shù) 、反應(yīng)進(jìn)度、反應(yīng)進(jìn)度 、等容熱效、等容熱效應(yīng)、等壓熱效應(yīng)、應(yīng)、等壓熱效應(yīng)、熱化學(xué)方程式、熱熱化學(xué)方程式、熱力學(xué)能、功和熱、焓、蓋斯定律、力學(xué)能、功和熱、焓、蓋斯定律、反反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變、物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩

2、爾焓變、物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓變。生成焓變。4本章作業(yè)本章作業(yè)p.28 31 1、2 (這兩題不必上交這兩題不必上交) 3、5、6、9、11、14、17 (這七題必須上交這七題必須上交)5目目 錄錄n 1.1 反應(yīng)熱的測量反應(yīng)熱的測量n 1.2 反應(yīng)熱的理論計算反應(yīng)熱的理論計算n1.3 常見能源及有效與清潔利用常見能源及有效與清潔利用6 1.1 熱化學(xué)熱化學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng) 作為研究對象的那一部分物質(zhì)和空間作為研究對象的那一部分物質(zhì)和空間環(huán)境環(huán)境 系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間和空間1.1.1 幾個基本概念幾個基本概念1. 1. 系統(tǒng)系統(tǒng)(system)與環(huán)境

3、與環(huán)境(surrounding)7開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)有物質(zhì)和能量交換有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)只有能量交換只有能量交換隔離系統(tǒng)隔離系統(tǒng)無物質(zhì)和能量交換無物質(zhì)和能量交換常見的三類系統(tǒng)常見的三類系統(tǒng)82. 相相(phase)和組分和組分(component) 系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分稱為相。根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為：勻部分稱為相。根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為：單相（均勻）系統(tǒng)單相（均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)相與相之間有明確的界面系統(tǒng)內(nèi)相與相之間有明確的界面93. 3. 狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)

4、 用于表示系統(tǒng)性質(zhì)的物理量稱用于表示系統(tǒng)性質(zhì)的物理量稱狀狀態(tài)函數(shù)態(tài)函數(shù)，如氣體的壓力，如氣體的壓力p p、體積、體積V V、溫度、溫度T T 等等 狀態(tài)狀態(tài)就是系統(tǒng)一切性質(zhì)的總和。有平衡就是系統(tǒng)一切性質(zhì)的總和。有平衡態(tài)和非平衡態(tài)之分。態(tài)和非平衡態(tài)之分。如系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)都處如系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)都處于定值，則系統(tǒng)為于定值，則系統(tǒng)為平衡態(tài)平衡態(tài)。狀態(tài)變化時，系。狀態(tài)變化時，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也必然發(fā)生部分或全部變化。統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也必然發(fā)生部分或全部變化。10狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。 當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)函數(shù)的變當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)函數(shù)的

5、變化量只與系統(tǒng)的始、終態(tài)有關(guān)，而與變化化量只與系統(tǒng)的始、終態(tài)有關(guān)，而與變化的實際途徑無關(guān)。的實際途徑無關(guān)。狀態(tài)函數(shù)的三個特點：狀態(tài)函數(shù)的三個特點：狀態(tài)一定，其值一定；狀態(tài)一定，其值一定；殊途同歸，值變相等；殊途同歸，值變相等；周而復(fù)始，值變?yōu)榱恪Ｖ芏鴱?fù)始，值變?yōu)榱恪?1狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)示例：狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)示例： 例例1 1水從水從2525升溫至升溫至8080 () ()始態(tài)始態(tài) 25 25 終態(tài)終態(tài) 8080 () 0 () 0 30 () 70 30 () 7012途徑途徑 T802555途徑途徑 T(0-25)+(80-0)=55途徑途徑 T(30-25)+(70-30)+(80-70) =55

6、13廣度性質(zhì)和強度性質(zhì)廣度性質(zhì)和強度性質(zhì)廣度性質(zhì)廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。強度性質(zhì)強度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)的分類狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)的分類14思考思考 力和面積是什么性質(zhì)的物理力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強量？它們的商即壓強( (熱力學(xué)中熱力學(xué)中稱為壓力稱為壓力) )是強度性質(zhì)的物理量。是強度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？由此可以得出什么結(jié)論？15答：力和面積都是廣度性質(zhì)的物理答：力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個廣度性質(zhì)的物理量量。結(jié)論是兩個廣度性質(zhì)的物理

7、量的商是一個強度性質(zhì)的物理量。的商是一個強度性質(zhì)的物理量。推論推論： 摩爾體積是什么性質(zhì)的物理量？摩爾體積是什么性質(zhì)的物理量？16過程與途徑過程與途徑 系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程(process)(process)實現(xiàn)一個過程的具體步驟稱實現(xiàn)一個過程的具體步驟稱途徑途徑(path)。可逆過程可逆過程 (reversible process)(reversible process) 體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)變到狀態(tài)變到狀態(tài)之后，如果通過逆過程能使體系和環(huán)境都完之后，如果通過逆過程能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原，這樣的過程稱為可逆過程。它是在全復(fù)

8、原，這樣的過程稱為可逆過程。它是在一系列無限接近平衡條件下進(jìn)行的過程。一系列無限接近平衡條件下進(jìn)行的過程。174. 4. 化學(xué)計量數(shù)和反應(yīng)進(jìn)度化學(xué)計量數(shù)和反應(yīng)進(jìn)度化學(xué)反應(yīng)方程的通式：化學(xué)反應(yīng)方程的通式：BB0 = B B B 稱為稱為B B 的化學(xué)計量數(shù)，并規(guī)定反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)，并規(guī)定反應(yīng)物的的 B B為負(fù)；產(chǎn)物的為負(fù)；產(chǎn)物的 B B為正。為正?；瘜W(xué)反應(yīng)方程化學(xué)反應(yīng)方程式也稱為化學(xué)反應(yīng)計量方程式。式也稱為化學(xué)反應(yīng)計量方程式。(1) 化學(xué)計量數(shù)化學(xué)計量數(shù)18例例 用化學(xué)反應(yīng)通式形式表示下列合用化學(xué)反應(yīng)通式形式表示下列合成氨的化學(xué)反應(yīng)計量方程式：成氨的化學(xué)反應(yīng)計量方程式： N2 + 3H2 =

9、2NH3解：解：用化學(xué)反應(yīng)通式表示為：用化學(xué)反應(yīng)通式表示為： 0 = - N2 - 3H2 + 2NH 2NH3 319(2) 反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度的定義：反應(yīng)進(jìn)度的定義：nB 為物質(zhì)為物質(zhì)B B的物質(zhì)的量，的物質(zhì)的量，dnB表示微小表示微小的變化量。的變化量。反應(yīng)進(jìn)度為正值。反應(yīng)進(jìn)度為正值。 BBdnd20某一物質(zhì)某一物質(zhì)B的物質(zhì)的量從開始的的物質(zhì)的量從開始的nB(0)變化到變化到nB()時，時，反應(yīng)進(jìn)度可表示為：反應(yīng)進(jìn)度可表示為：反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol）有限的變化量有限的變化量21 如如 對于反應(yīng)：對于反應(yīng)： 0 = N2 3H2 + 2NH3 當(dāng)有當(dāng)有1m

10、ol NH3生成時，反應(yīng)進(jìn)度為生成時，反應(yīng)進(jìn)度為0.5mol。若將反應(yīng)寫成若將反應(yīng)寫成322NHH23N21則反應(yīng)進(jìn)度為則反應(yīng)進(jìn)度為1 mol1 mol。反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)計量方程寫法有關(guān)反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)計量方程寫法有關(guān)22反應(yīng)進(jìn)度與選用的物質(zhì)無關(guān)反應(yīng)進(jìn)度與選用的物質(zhì)無關(guān) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 反應(yīng)前物質(zhì)的量反應(yīng)前物質(zhì)的量n1/mol 10 30 0某時刻物質(zhì)的量某時刻物質(zhì)的量n2/mol 8 24 4則反應(yīng)進(jìn)度為：則反應(yīng)進(jìn)度為：=n2(N2)-n1(N2)/ (N2)=（8-10）/（-1）=2mol=n2(H2)-n1(H2)/ (H2)=（24-30）/（-3）=2mo

11、l=n2(NH3)-n1(NH3)/ (NH3)=（4-0）/（2）=2mol23注意注意1. 所以當(dāng)涉及反應(yīng)進(jìn)度時，必須指明化所以當(dāng)涉及反應(yīng)進(jìn)度時，必須指明化 學(xué)反應(yīng)方程式學(xué)反應(yīng)方程式2. 對于同一反應(yīng)方程式，不論選用哪種對于同一反應(yīng)方程式，不論選用哪種 物質(zhì)表示反應(yīng)進(jìn)度均是相同的物質(zhì)表示反應(yīng)進(jìn)度均是相同的。24 nB / 1mol = B表示按化學(xué)計量方程進(jìn)行一次反應(yīng)，這樣表示按化學(xué)計量方程進(jìn)行一次反應(yīng)，這樣的反應(yīng)稱為的反應(yīng)稱為摩爾反應(yīng)，所以，摩爾反應(yīng)就摩爾反應(yīng)，所以，摩爾反應(yīng)就是是反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度等于等于1mol的反應(yīng)。的反應(yīng)。反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度等于等于1mol 的意義的意義251.1.2

12、 熱效應(yīng)及其測量熱效應(yīng)及其測量 系統(tǒng)在變化過程中放出或吸收的熱量系統(tǒng)在變化過程中放出或吸收的熱量稱為熱效應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)簡稱稱為熱效應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)簡稱反反應(yīng)熱。應(yīng)熱。研究化學(xué)反應(yīng)中熱量和其它能量研究化學(xué)反應(yīng)中熱量和其它能量變化的定量關(guān)系的學(xué)科稱為熱化學(xué)。熱變化的定量關(guān)系的學(xué)科稱為熱化學(xué)。熱化學(xué)中化學(xué)中規(guī)定：規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正。為正。1. 熱效應(yīng)熱效應(yīng)26物理和化學(xué)中常見的熱效應(yīng)物理和化學(xué)中常見的熱效應(yīng)摩爾反應(yīng)熱指的是反應(yīng)進(jìn)度為摩爾反應(yīng)熱指的是反應(yīng)進(jìn)度為1 mol1 mol時的反應(yīng)熱時的反應(yīng)熱反應(yīng)熱：反應(yīng)熱：包括生成熱、燃燒熱、中和熱、分解熱包括生成

13、熱、燃燒熱、中和熱、分解熱相變熱：包括熔化熱、蒸發(fā)熱、升華熱相變熱：包括熔化熱、蒸發(fā)熱、升華熱此外，還有溶解熱、稀釋熱等此外，還有溶解熱、稀釋熱等272. 熱效應(yīng)的測量熱效應(yīng)的測量 熱效應(yīng)不是狀態(tài)函數(shù)，所以化學(xué)反熱效應(yīng)不是狀態(tài)函數(shù)，所以化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)途徑有關(guān)，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)途徑有關(guān)，化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常在等容或等壓條件下進(jìn)行，前應(yīng)經(jīng)常在等容或等壓條件下進(jìn)行，前者的反應(yīng)熱稱為等容熱效應(yīng)，后者的者的反應(yīng)熱稱為等容熱效應(yīng)，后者的反應(yīng)熱稱為等壓熱效應(yīng)。反應(yīng)熱稱為等壓熱效應(yīng)。28(1) 測量熱效應(yīng)的儀器測量熱效應(yīng)的儀器 彈式熱量計彈式熱量計圖1.2 彈式量熱計29彈式熱量計所吸收的熱可分為兩部分

14、：彈式熱量計所吸收的熱可分為兩部分： 一部分是加入的水所吸收的。一部分是加入的水所吸收的。 另一部分是鋼彈及內(nèi)部物質(zhì)和金屬容另一部分是鋼彈及內(nèi)部物質(zhì)和金屬容器等（簡稱鋼彈組件）所吸收的器等（簡稱鋼彈組件）所吸收的。 (2) 熱效應(yīng)測量的數(shù)據(jù)處理熱效應(yīng)測量的數(shù)據(jù)處理30 熱容熱容(C)和比熱容和比熱容(c) 熱容：熱容：比熱容：比熱容：1()_qCj.KdT 11()CcjK_kg_m 理化手冊可以查到常見物質(zhì)的理化手冊可以查到常見物質(zhì)的熱容或比熱容熱容或比熱容31 設(shè)有設(shè)有n mol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出的熱物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出的熱量使彈式量熱計與恒溫水浴的溫度從量使彈式量熱計與恒溫水浴的溫度從

15、T1上升到上升到T2，彈式量熱計與恒溫水浴的熱，彈式量熱計與恒溫水浴的熱容分別為容分別為 C（H2O）和）和Cb (JK-1)， 比熱比熱容為容為c（H2O）和）和cb (JK-1kg-1 )，則：，則：32摩爾反應(yīng)熱：摩爾反應(yīng)熱：nqq/m222222()()()() () ()qqbbbbH Oc H Om H OTC H OTqCTqH OqC H OTCTqCT 常用燃料如煤、天然氣、汽油等的常用燃料如煤、天然氣、汽油等的 燃燒反應(yīng)均可按此法得到燃燒反應(yīng)均可按此法得到。 33 用彈式量熱計測量的反應(yīng)熱是用彈式量熱計測量的反應(yīng)熱是等容反應(yīng)熱還是等壓反應(yīng)熱？等容反應(yīng)熱還是等壓反應(yīng)熱？思考思

16、考34例例1.1聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：聯(lián)氨燃燒反應(yīng)： N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知：已知： T T cm mK82.294K18.293KJ848g1210O)(Hg5000. 0)HN(211b24235解：燃燒解：燃燒0.5g0.5g聯(lián)氨放熱為聯(lián)氨放熱為kJ69.9J9690J)18.29382.294()848121018.4()OH()OH()OH(b22b2TcTmcqqqmol0156. 0) 1/(molg0 .32/g)5 . 00(11mV,molkJ2 .621mol0156. 0/kJ69. 9/qq36(3) (3) 熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程

17、式 表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為為熱化學(xué)方程式。熱化學(xué)方程式。其標(biāo)準(zhǔn)寫法是：其標(biāo)準(zhǔn)寫法是：先寫先寫出反應(yīng)方程，再寫出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者出反應(yīng)方程，再寫出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者之間用分號或逗號隔開。之間用分號或逗號隔開。37例如：例如：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)； 1mV,molkJ620q2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)； 1molkJ570p,mq若不注明若不注明T, p, 皆指在皆指在T=298.15 K，p=100kPa下下。38 標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的 量和狀

18、態(tài)；量和狀態(tài)；書寫熱化學(xué)方程式時應(yīng)注意：書寫熱化學(xué)方程式時應(yīng)注意： 反應(yīng)熱與反應(yīng)式的化學(xué)計量數(shù)有關(guān)反應(yīng)熱與反應(yīng)式的化學(xué)計量數(shù)有關(guān)； 一般標(biāo)注的是等壓熱效應(yīng)一般標(biāo)注的是等壓熱效應(yīng)q qp p。391.2 反應(yīng)熱與焓反應(yīng)熱與焓 有些反應(yīng)熱不能用實驗測定。例如反應(yīng)：有些反應(yīng)熱不能用實驗測定。例如反應(yīng)：2C(s) + O2(g) = 2CO(g) 實驗過程中無法控制生成產(chǎn)物完全是實驗過程中無法控制生成產(chǎn)物完全是CO。此類反應(yīng)只能用理論方法來計算反此類反應(yīng)只能用理論方法來計算反應(yīng)熱。反應(yīng)熱計算的理論依據(jù)是熱力學(xué)應(yīng)熱。反應(yīng)熱計算的理論依據(jù)是熱力學(xué)第一定律。第一定律。401.2.1 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一

19、定律21-U = UU = q+ wThe First Law Of Thermodynamics411 . 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律Uqw對于對于 封閉系統(tǒng)，不做非體積功時，若系封閉系統(tǒng)，不做非體積功時，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功從環(huán)境得功w，則系，則系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加統(tǒng)熱力學(xué)能的增加U 即即(U2 U1)為：為：熱力學(xué)能從前稱為內(nèi)能。熱力學(xué)能從前稱為內(nèi)能。42能量守恒定律能量守恒定律 熱力學(xué)第一定律實際上是能量守恒定熱力學(xué)第一定律實際上是能量守恒定律在熱力學(xué)中的的應(yīng)用。律在熱力學(xué)中的的應(yīng)用。是能量守恒與是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)所具有的特殊轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)

20、域內(nèi)所具有的特殊形式，形式，說明熱力學(xué)能、熱和功之間可以說明熱力學(xué)能、熱和功之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。第一定律相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。第一定律是人類經(jīng)驗的總結(jié)，也可以表述為：是人類經(jīng)驗的總結(jié)，也可以表述為：第第一類永動機是不可能制成的一類永動機是不可能制成的。43第一類永動機第一類永動機（first kind of perpetual motion first kind of perpetual motion mechine)mechine) 一種既不靠外界提供能量，本身也不減少一種既不靠外界提供能量，本身也不減少能量，卻可以不斷對外作功的機器稱為第一類能量，卻可以不斷對外作功的機器

21、稱為第一類永動機，它顯然與能量守恒定律矛盾。永動機，它顯然與能量守恒定律矛盾。歷史上歷史上曾一度熱衷于制造這種機器，均以失敗告終，曾一度熱衷于制造這種機器，均以失敗告終，也就證明了能量守恒定律的正確性。也就證明了能量守恒定律的正確性。44（1）熱力學(xué)能）熱力學(xué)能 系統(tǒng)蘊藏的能量系統(tǒng)蘊藏的能量 系統(tǒng)內(nèi)部運動能量的總和稱系統(tǒng)內(nèi)部運動能量的總和稱熱力學(xué)能，用熱力學(xué)能，用U表示，舊稱內(nèi)能表示，舊稱內(nèi)能。內(nèi)部運動包括分子的平動、。內(nèi)部運動包括分子的平動、轉(zhuǎn)動、振動以及電子運動和核運動。由于分子轉(zhuǎn)動、振動以及電子運動和核運動。由于分子內(nèi)部運動的相互作用十分復(fù)雜，因此目前內(nèi)部運動的相互作用十分復(fù)雜，因此目前

22、尚無尚無法測定熱力學(xué)能的絕對數(shù)值。法測定熱力學(xué)能的絕對數(shù)值。熱力學(xué)能的特征熱力學(xué)能的特征：狀態(tài)函數(shù)、狀態(tài)函數(shù)、 無絕對數(shù)值、無絕對數(shù)值、 廣度性質(zhì)廣度性質(zhì)45思考思考： 同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在下，前者放在10000m高空，以高空，以400m/s飛飛行的飛機上，后者靜止在地面上。兩者行的飛機上，后者靜止在地面上。兩者的熱力學(xué)能相同嗎？的熱力學(xué)能相同嗎？答：相同。答：相同。46（2 2）功和熱）功和熱 狀態(tài)變化時傳遞的能量狀態(tài)變化時傳遞的能量 在在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為熱，與環(huán)境存在

23、溫度差而交換的能量稱為熱，用用Q 或或 q 表示。熱力學(xué)中規(guī)定：表示。熱力學(xué)中規(guī)定： 系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。47功功 在在物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與物理或化學(xué)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為功，用功，用W表示。熱力學(xué)中規(guī)定：系統(tǒng)得表示。熱力學(xué)中規(guī)定：系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。功功w 和熱量和熱量q都不是狀態(tài)函數(shù)。都不是狀態(tài)函數(shù)。48（3） 體積功和非體積功體積功和非體積功w = w體體+ w 由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體積功換的功

24、稱為體積功w體體。所有其它的功統(tǒng)。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功稱為非體積功w 49思考思考： 1mol理想氣體，密閉在理想氣體，密閉在 1)氣球中，氣球中，2) 鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高20C時，是否做了體積功？時，是否做了體積功？答：答：1)1)做體積功，做體積功，2)2)未做體積功。未做體積功。50（4）等外壓過程體積功的計算等外壓過程體積功的計算w體體= p 外外(V2 V1) = p外外V pp外外 = F / Al p外外 = F / A，l = V / A因因此，體積功此，體積功w體體= F l = (p外外 A) (V/A) = p外外 V 體積功示

25、意圖體積功示意圖51例例 理想氣體體積變化時的體積功理想氣體體積變化時的體積功1mol理想氣體從始態(tài)理想氣體從始態(tài)100kPa, 22.4dm3經(jīng)等經(jīng)等溫恒外壓溫恒外壓p2 = 50kPa膨脹到平衡，求系統(tǒng)膨脹到平衡，求系統(tǒng)所做的功。所做的功。解解：終態(tài)平衡時的體積為：終態(tài)平衡時的體積為：3-33-32112m1044.8Pa50000/m1022.4Pa100000/pVpVJ1120m10) 4 .228 .44(Pa5000033Vpw外體熱熱無序能；功無序能；功有序能；能的品位不同有序能；能的品位不同521.2.2 反應(yīng)熱與焓反應(yīng)熱與焓 反應(yīng)熱反應(yīng)熱指的是反應(yīng)物和生成物具有相指的是反應(yīng)

26、物和生成物具有相同溫度時，系統(tǒng)吸收或放出的熱量。若同溫度時，系統(tǒng)吸收或放出的熱量。若反應(yīng)在等溫等壓條件下進(jìn)行，反應(yīng)熱稱反應(yīng)在等溫等壓條件下進(jìn)行，反應(yīng)熱稱為為等壓反應(yīng)熱等壓反應(yīng)熱 ；若反應(yīng)在等溫等壓條件；若反應(yīng)在等溫等壓條件下進(jìn)行，反應(yīng)熱稱為下進(jìn)行，反應(yīng)熱稱為等容反應(yīng)熱等容反應(yīng)熱。531. 等容反應(yīng)熱等容反應(yīng)熱 等容過程，體積功等容過程，體積功 w體體 = 0，若，若不做非體積功不做非體積功 ，即，即w = 0 時，由時，由U= q + w 可得：可得： qV = U結(jié)論：結(jié)論：在等溫等容且不做非體積功在等溫等容且不做非體積功的條件下，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于的條件下，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于熱力熱力學(xué)能變。學(xué)

27、能變。542. 等壓反應(yīng)熱與焓等壓反應(yīng)熱與焓 (1) 等壓反應(yīng)熱等壓反應(yīng)熱等壓過程，不做非體積功時：等壓過程，不做非體積功時： w = w體體 = p(V2V1) 由由U= q + w 可得：可得： qp = U+ p (V2V1)55(2) 焓焓 qP =U + p(V2 V1) = (U2 - U1)+ p(V2 V1) = (U2 + p 2V2) (U1 + p 1V1)令令 H = U + p V則則 qp =H2 H1=HH 稱為焓，是狀態(tài)函數(shù)稱為焓，是狀態(tài)函數(shù)56結(jié)論：在等溫等壓且不做非體積結(jié)論：在等溫等壓且不做非體積功的條件下，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于功的條件下，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于焓變。

28、焓變。57 3. qV = U 和和 qp =H 的意義的意義 熱效應(yīng)不是熱效應(yīng)不是狀態(tài)函數(shù)，狀態(tài)函數(shù)，與變化的途徑與變化的途徑有關(guān)。但是，若指定途徑，則熱只決定有關(guān)。但是，若指定途徑，則熱只決定于始終態(tài)，于始終態(tài)， 所以，所以， qV 和和qP也具有狀態(tài)也具有狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)，只決定于始終態(tài)，而與途函數(shù)的性質(zhì)，只決定于始終態(tài)，而與途徑無關(guān)。徑無關(guān)。58思考：思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能知道它的絕對數(shù)值嗎？能知道它的絕對數(shù)值嗎？59已知定容反應(yīng)熱：已知定容反應(yīng)熱：qV = U；定壓反應(yīng)熱：定壓反應(yīng)熱：qp = Up + p(V2 V1)等溫過程，等溫過程， Up UV，則：則：H U

29、 = qp qV = p(V2 V1) 4. qV 與與 qp 的關(guān)系的關(guān)系60假定參加反應(yīng)的氣體都是理想氣體假定參加反應(yīng)的氣體都是理想氣體21g( B )nnRTVVVp gpV( B )nqqp VnRT 由：由：可得可得:g( B )Bn gpV( B )nqqRT 61對于摩爾反應(yīng)對于摩爾反應(yīng)gpV( B )nqqRT g( B )pVnRTqq gp,mV ,m( B )nqqRT 62 對于有凝聚相參與的反應(yīng)，由對于有凝聚相參與的反應(yīng)，由于凝聚相相對氣相來說，體積可于凝聚相相對氣相來說，體積可以忽略，因此在上式中，只需考以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體的物質(zhì)的量。慮氣體的物質(zhì)的量

30、。注意注意63思考思考：若反應(yīng)若反應(yīng) C(石墨石墨) + O2(g) CO2(g)的的qp,m為為393.5kJmol 1，則該反應(yīng)的，則該反應(yīng)的qV,m 為多少？為多少？答：該反應(yīng)的答：該反應(yīng)的 ，所以，所以qV = qp 0g( B )n 64例題例題 p.15 例例1.2 131113326867 58 314 10298 15327210gp,mV ,m( B )n_qqRT(. ).(kJ mol)(kJ mol)(JmolK) ( K ) 65qV 與與 qp關(guān)系關(guān)系小結(jié)小結(jié)對于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或氣體的對于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或氣體的 n(g) = 0的反應(yīng)，的反應(yīng)，qV

31、qp對于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且氣體的對于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且氣體的n(g) 0 的反應(yīng)的反應(yīng)gp,mV ,m( B )nqqRT 66 已經(jīng)知道，有些反應(yīng)的反應(yīng)熱是不已經(jīng)知道，有些反應(yīng)的反應(yīng)熱是不能用實驗測定。例如反應(yīng)：能用實驗測定。例如反應(yīng)：2C(s) + O2(g) = 2CO(g)5. 蓋斯定律蓋斯定律 考慮到化學(xué)反應(yīng)的等壓或等容反應(yīng)熱考慮到化學(xué)反應(yīng)的等壓或等容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無關(guān)，所以，可以按照狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)徑無關(guān)，所以，可以按照狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)計算，這種計算方法就是計算，這種計算方法就是蓋斯定律。蓋斯定律。67蓋斯定

32、律是蓋斯定律是熱力學(xué)第一定律的直接推論熱力學(xué)第一定律的直接推論始態(tài)始態(tài)C(石墨石墨) + O2(g)終態(tài)終態(tài)CO2(g)1 m,rH中間態(tài)中間態(tài)CO(g) + O2(g)2 m,rH3 m,rH3 m,r2 m,r1 m,rHHH即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運算即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運算68(2)-(1) COO21C2式式112,1 ,3,molkJ5 .100molkJ)283(5 .393mrmr mrHHH由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和, ,則其反應(yīng)熱也可以加和。則其反應(yīng)熱也可以加和。12,molkJ0 .283 Hmr COO2

33、1CO22 COOC2211 ,molkJ5 .393 Hmr69例題例題 p.15 例例1.3 1231(1)-(2)(3) =2()-483.64-(-479.4)222 2 (_)rm,rm,rm,_HH_H.kJ mol 701.2.3 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變1. 1. 熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p 下表現(xiàn)出下表現(xiàn)出理想理想 氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)溶液中溶質(zhì)溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力p 下，質(zhì)量下，質(zhì)量摩爾濃度為摩爾濃度為m (1.0mol.kg-1),并表現(xiàn)出無限稀溶液并表現(xiàn)出無

34、限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài)中溶質(zhì)的狀態(tài); 本書采用近似本書采用近似c =1.0 mol.dm-3)液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是: :標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力p 下的純液下的純液體或純固體。體或純固體。712. 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(1) 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成反應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時由標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時由指定單質(zhì)指定單質(zhì)生成單位生成單位“物質(zhì)物質(zhì)的量的量”的純物質(zhì)的純物質(zhì)B的反應(yīng)稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生的反應(yīng)稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成反應(yīng)。成反應(yīng)。記作記作 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成反應(yīng)可以是假想的反應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成反應(yīng)可以是假想的反應(yīng)。fm.B H72298.15K時的數(shù)據(jù)可以從手冊及教材的附錄時的數(shù)據(jù)可以從手冊及教

35、材的附錄3中查到中查到 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓負(fù)值越物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓負(fù)值越大，該物質(zhì)的熱穩(wěn)定性越高。大，該物質(zhì)的熱穩(wěn)定性越高。73 指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)壓力和該溫度下指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)壓力和該溫度下最穩(wěn)定的單質(zhì)。如最穩(wěn)定的單質(zhì)。如C：石墨：石墨(s)；Hg：Hg(l) 等。但等。但P為白磷為白磷(s) 。指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零(2) 指定單質(zhì)指定單質(zhì)74思考思考 以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是生成焓以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是生成焓( (反應(yīng)物和生反應(yīng)物和生成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài))?)?CO(g)(O21)C(2g石墨(g) CO)g(O)C(22石墨

36、 (g)CO)(O21CO(g)22g(1)22C()Og2CO (g) (4)( ) 石墨(2)(3)答：答： （2）、（）、（4）不是）不是753. 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下, ,反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度 = = 1mol1mol的焓變稱的焓變稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?yōu)榉磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變: :記作記作( )rm,HT764. 4. 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計算穩(wěn)定單質(zhì)穩(wěn)定單質(zhì)反應(yīng)物反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物生成物標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) r Hm f Hm (p) f Hm (r)由蓋斯定律，得：由蓋斯定律，得：Bm,fBBmrHH77rmBfm,BBH

37、H 的應(yīng)用的應(yīng)用( )+() = gG( )+dD( )aA lbB aqsgrmfm,Gfm,Dfm,Afm,B()()HgHdHaHbH 注意：計算公式與物質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)，注意：計算公式與物質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)， 與熱化學(xué)方程式的寫法有關(guān)。與熱化學(xué)方程式的寫法有關(guān)。781223rm1223rm31(s)+(g) =(s) 837 94232(s)+(g) =(s) 1675 82AlOAl OH. kJ molAlOAl OH. kJ mol 與熱化學(xué)方程式的寫法有關(guān)與熱化學(xué)方程式的寫法有關(guān)( )rm,HT79標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計算示例標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計算示例（p23p23）例例1.4 試計算鋁熱劑點火反應(yīng)的試計算鋁熱劑點火反應(yīng)的反應(yīng)計量式為：反應(yīng)計量式為：)K15.298(mr H ) s (Fe2) s (OAl) s (OFe2Al(s)323280解：從手冊查得解：從手冊查得298.15K時時Fe2O3和和Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)摩的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為爾生成焓分別為824.2和和1675.7