普通化學(xué)(第五版)浙江大學(xué)普通化學(xué)教研組

教材：《普通化學(xué)》

(第五版)教師:王一兵學(xué)時(shí)：48(講課40;實(shí)驗(yàn)8)1緒論1、化學(xué)的定義與分支

化學(xué)的定義一直頗有爭(zhēng)議。定義大體分為五類(lèi):1.籠統(tǒng)式

2.具體式

3.微觀式

4.擴(kuò)張式

5.哲學(xué)式2

Fe+S=====FeS（黑色）

化學(xué)是在原子和分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其變化規(guī)律和變化過(guò)程中能量關(guān)系的學(xué)科.（教材）

無(wú)機(jī)化學(xué)：無(wú)機(jī)物有機(jī)化學(xué)：碳?xì)浠衔锛把苌锓治龌瘜W(xué)：測(cè)量和表征物理化學(xué)：所有物質(zhì)系統(tǒng)高分子化學(xué)：高分子化合物3化學(xué)是研究從原子，分子片，分子，超分子，生物大分子，到分子的各種不同尺度和不同復(fù)雜程度的聚集態(tài)的合成和反應(yīng)，分離和分析，結(jié)構(gòu)和形態(tài)，物理性能和生物活性及其規(guī)律和應(yīng)用的科學(xué)。（徐光憲）第一是原子層次的化學(xué)

第二是分子片層次的化學(xué)

第三是分子層次的化學(xué)

第四是超分子層次的化學(xué)

第五是生物分子層次的化學(xué)

第六是宏觀聚集態(tài)的化學(xué)

第七是介觀聚集態(tài)的化學(xué)

第八是復(fù)雜分子體系的化學(xué)

4

化學(xué)發(fā)展史——四次革命2、化學(xué)的發(fā)展和作用5

波義耳1661年發(fā)表了“懷疑派化學(xué)家”(TheScepticalChymist)，指出:“化學(xué)不是為了煉金，也不是為了治病，它應(yīng)當(dāng)從煉金術(shù)和醫(yī)學(xué)中分離出來(lái)，成為一門(mén)獨(dú)立的科學(xué)”。波義耳極為崇尚實(shí)驗(yàn)，指出，“空談毫無(wú)用途，一切來(lái)自實(shí)驗(yàn)”。他把嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)方法引入化學(xué)研究，使化學(xué)成為一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)。恩格斯的評(píng)價(jià)：“把化學(xué)確立為科學(xué)”

被譽(yù)為“化學(xué)之父”（墓碑語(yǔ)）。6

法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫1783年出版名著“關(guān)于燃素的回顧”，提出燃燒的氧化學(xué)說(shuō)。拉瓦錫1789年出版了“初等化學(xué)概論”，首次給元素下了一個(gè)科學(xué)和清晰的定義：“元素是用任何方法都不能再分解的簡(jiǎn)單物質(zhì)”。以科學(xué)元素說(shuō)取代了傳統(tǒng)思辨的舊元素論。揭開(kāi)了困惑人類(lèi)幾千年的燃燒之謎，以批判統(tǒng)治化學(xué)界近百年的“燃素說(shuō)”為標(biāo)志，發(fā)動(dòng)了第二次化學(xué)革命，被譽(yù)為“化學(xué)中的牛頓”。7

英國(guó)化學(xué)家道爾頓創(chuàng)立科學(xué)原子論(化學(xué)原子論)，揭示了各種化學(xué)定律、化學(xué)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，成為說(shuō)明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論，完成了化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一次極為重大的理論綜合。有人稱(chēng)為近代化學(xué)史上的第三次化學(xué)革命。

1803年，道爾頓提出了原子學(xué)說(shuō)：元素是由非常微小的、看不見(jiàn)的、不可再分割的原子組成；原子既不能創(chuàng)造，不能毀滅，也不能轉(zhuǎn)變，所以在一切化學(xué)反應(yīng)中都保持自己原有的性質(zhì)；同一種元素的原子其形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)都相同，不同元素的原子的形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)則不相同，原子的質(zhì)量（而不是形狀）是元素最基本的特征；不同元素的原子以簡(jiǎn)單的數(shù)目比例相結(jié)合，形成化合物。化合物的原子稱(chēng)為復(fù)雜原子，它的質(zhì)量等于其組合原子質(zhì)量的和。

8

1930年，美國(guó)化學(xué)家鮑林（L.Pauling，1901－1994）和德國(guó)物理學(xué)家J.C.Slater（1900－1976）把量子力學(xué)處理氫分子的成果推廣到多原子分子體系，建立了價(jià)鍵理論（VBT）。闡明了共價(jià)鍵的方向性和飽和性，指出了由于原子軌道重疊方式不同而形成的σ鍵和π鍵這兩種基本共價(jià)鍵類(lèi)型。9路甬祥:21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)將在四個(gè)層面上展開(kāi)

1.研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)極其運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2.生命科學(xué)

3.地球及環(huán)境科學(xué)

4.對(duì)人腦及認(rèn)知的研究10學(xué)習(xí)要求：了解定容熱效應(yīng)(qv)的測(cè)量原理。熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。了解狀態(tài)函數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念和熱化學(xué)定律。理解等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變的關(guān)系、等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能變的關(guān)系。掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。了解能源的概況，燃料的熱值和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

化學(xué)

計(jì)算與信息科學(xué)物理學(xué)數(shù)學(xué)天文學(xué)

地質(zhì)與環(huán)境科學(xué)

工程科學(xué)

生命科學(xué)材料科學(xué)11★化學(xué)是理論與應(yīng)用并重的科學(xué)

化學(xué)

醫(yī)藥衛(wèi)生軍事國(guó)防衣、食、住、行資源利用，環(huán)境保護(hù)新能源冶金

信息電子

新材料生物技術(shù)12化學(xué)仍是解決食物短缺問(wèn)題的主要學(xué)科之一化學(xué)繼續(xù)推動(dòng)材料科學(xué)發(fā)展化學(xué)是提高人類(lèi)生存質(zhì)量和生存安全的有效保障化學(xué)在能源和資源的合理開(kāi)發(fā)和高效安全利用中起關(guān)鍵作用化學(xué)是生命科學(xué)的重要支柱133

學(xué)習(xí)的目的、內(nèi)容和要求學(xué)習(xí)目的了解當(dāng)代化學(xué)學(xué)科的概貌用化學(xué)的觀點(diǎn)分析、認(rèn)識(shí)生活和工作中的化學(xué)問(wèn)題學(xué)習(xí)內(nèi)容理論化學(xué)：兩條“主線”應(yīng)用化學(xué)：化合物知識(shí)；化學(xué)在相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)習(xí)要求辨證的思維發(fā)展的眼光實(shí)踐的方法14教學(xué)內(nèi)容課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系

基礎(chǔ)理論部分為重點(diǎn)講授的內(nèi)容，它由五部分組成：（1）化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律：如熱力學(xué)第一定律、第二定律、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、界面現(xiàn)象和膠體分散系統(tǒng)。（2）溶液與離子平衡：化學(xué)平衡、相平衡、離子平衡、氧化還原反應(yīng)平衡和配位平衡，以及建立在平衡基礎(chǔ)上的常規(guī)化學(xué)分析原理。（3）電化學(xué)與金屬腐蝕：原電池、電極電勢(shì)、電解、金屬的腐蝕及防止。（4）物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：物質(zhì)的聚集狀態(tài)、原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)、配合物結(jié)構(gòu)。（5）應(yīng)用部分。15C3H3

Clearhead

(清醒的頭腦）

Cleverhands（靈巧的雙手）

Cleanhabit（清潔的習(xí)慣）16第1章熱化學(xué)與能源熱化學(xué)與能源第1章17目錄1.1反應(yīng)熱的測(cè)量1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算1.3常見(jiàn)能源及其有效與清潔利用1.4清潔能源與可持續(xù)發(fā)展選讀材料核能Ⅰ.核燃料和核能的來(lái)源Ⅱ.核電的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)本章小結(jié)18教學(xué)基本要求1.了解用彈式熱量計(jì)測(cè)量等容熱效應(yīng)(qv)的原理，熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算法。2.了解狀態(tài)函數(shù)的意義。了解化學(xué)反應(yīng)中的焓變?cè)谝话銞l件下的意義。理解等壓熱效應(yīng)(qp)

與反應(yīng)中的焓變的關(guān)系。了解qv與反應(yīng)中的內(nèi)能變的關(guān)系。初步掌握化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的近似計(jì)算。3.適當(dāng)了解能源中的燃料燃燒反應(yīng)的熱效應(yīng)。19舉例：2H2+O2===2H2O298.15K、1atm下放出熱量是-483.6kJ/mol1、在通常情況下能否發(fā)生。2、如果不能，那么又需要在什么條件下才能發(fā)生。3、發(fā)生以后，反應(yīng)能進(jìn)行到什么程度，也就是說(shuō)結(jié)果如何。上述問(wèn)題就屬于化學(xué)熱力學(xué)范疇。化學(xué)熱力學(xué)就是研究在化學(xué)變化和物理變化中伴隨發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化和傳遞的學(xué)科。20化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)熱力學(xué)〈

化學(xué)反應(yīng)的程度熱化學(xué)：研究化學(xué)反應(yīng)中熱與其他能量變化的定量關(guān)系的學(xué)科。（熱量變化問(wèn)題的學(xué)科）測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)本章主要兩部分內(nèi)容〈

計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)

熱效應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)時(shí)放出或吸收的熱量。211.1

反應(yīng)熱的測(cè)量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。開(kāi)放系統(tǒng)

有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)

只有能量交換1.1.1幾個(gè)基本概念1系統(tǒng)與環(huán)境圖1.1系統(tǒng)的分類(lèi)隔離系統(tǒng)

無(wú)物質(zhì)和能量交換22應(yīng)用相的概念需區(qū)分：*相與聚集態(tài)不同；2相：

系統(tǒng)可分為:

單相（均勻）系統(tǒng)；多相（不均勻）系統(tǒng)。

系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分。*相數(shù)與物質(zhì)種類(lèi)數(shù)；*相與數(shù)量無(wú)關(guān)。23a.相與相之間有明確的界面。b.在界面處，從宏觀看，性質(zhì)改變是突躍的。

思考：

1).101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少?2).CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)?3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3+NO(g)相數(shù)？

243

狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)

狀態(tài)函數(shù)用于表示系統(tǒng)性質(zhì)的物理量X稱(chēng)狀態(tài)函數(shù)，如氣體的壓力p、體積V、溫度T等。狀態(tài)就是系統(tǒng)一切性質(zhì)的總和。狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也必然發(fā)生部分或全部變化。25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)。當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的變化量只與系統(tǒng)的始、末態(tài)有關(guān)，而與變化的實(shí)際途徑無(wú)關(guān)。圖1.2狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)以下例子說(shuō)明：當(dāng)系統(tǒng)由始態(tài)變到終態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)壓力p和體積V的變化量與途徑無(wú)關(guān)。系統(tǒng)壓力從3po變?yōu)閜°26廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類(lèi)：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等。強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。思考：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱(chēng)為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。27狀態(tài)函數(shù)有兩個(gè)特征：a.系統(tǒng)的狀態(tài)確定之后，每一狀態(tài)函數(shù)都具有單一確定的值，而不會(huì)具有多個(gè)不等的值。例:系統(tǒng)狀態(tài)確定后，溫度只能具有單一確定的值。若測(cè)出某些易測(cè)的性質(zhì)，就可以通過(guò)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)式計(jì)算難測(cè)的。這就是引進(jìn)狀態(tài)函數(shù)方便之處（PV=nRT)。b.系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)過(guò)程的前后，狀態(tài)發(fā)生變化，狀態(tài)函數(shù)的值也可能發(fā)生變化，其改變的數(shù)值只取決于系統(tǒng)的初、終狀態(tài)，而與變化時(shí)體系所經(jīng)歷的具體途徑無(wú)關(guān)。

狀態(tài)函數(shù)有特征，狀態(tài)一定值一定，殊途同歸變化等，周而復(fù)始變化零。284

過(guò)程與途徑系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱(chēng)為過(guò)程；可逆過(guò)程體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)程，由狀態(tài)Ⅰ變到狀態(tài)Ⅱ之后，如果通過(guò)逆過(guò)程能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原，這樣的過(guò)程稱(chēng)為可逆過(guò)程。它是在一系列無(wú)限接近平衡條件下進(jìn)行的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)一個(gè)過(guò)程的具體步驟稱(chēng)途徑。思考：過(guò)程與途徑的區(qū)別。設(shè)想如果你要把20°C的水燒開(kāi)，要完成“水燒開(kāi)”這個(gè)過(guò)程，你可以有多種具體的“途徑”：如可以在水壺中常壓燒；也可以在高壓鍋中加壓燒。295

化學(xué)計(jì)量數(shù)對(duì)于任意一化學(xué)反應(yīng)：

aA+cC=dD+gG

或?qū)懗桑?=dD+gG-aA-cCACDG---化學(xué)式acdg---化學(xué)計(jì)量數(shù)。一般用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式為：

30B稱(chēng)為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)。符號(hào)規(guī)定：反應(yīng)物：B為負(fù)；產(chǎn)物：B為正。附例1.1

應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)通式形式表示下列合成氨的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式：

N2+3H2==2NH3解：用化學(xué)反應(yīng)通式表示為：

0=

-N2-3H2+2NH3316

反應(yīng)進(jìn)度ξ（extentofreaction)

若反應(yīng)前物質(zhì)B的物質(zhì)的量為nB(0),也是ξ=0時(shí)B的物質(zhì)的量，反應(yīng)時(shí)間T后B的物質(zhì)的量為nB（ξ），也是ξ=ξ時(shí)的B的物質(zhì)的量。這樣，微分后得定義式為：

nB

為物質(zhì)B的物質(zhì)的量，dnB表示微小的變化量。Δξ=ΔnB/υB對(duì)任一反應(yīng)，有：ΔnA/-υA=ΔnC/-υC=ΔnD/υD=ΔnG/υG=Δξ32可以看出隨反應(yīng)進(jìn)行ΔnB增大或減少，ξ也逐漸增大或減少，所以反應(yīng)進(jìn)度ξ是表示反應(yīng)進(jìn)行程度的參數(shù)，由于υ是純數(shù)，ξ單位為摩爾。ξ是不同于“物質(zhì)的量”的另一種新的物理量，但具有相同的量綱。未反應(yīng)時(shí)ξ為零。反應(yīng)進(jìn)度的單位是摩爾（mol），它與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)。對(duì)于反映：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)若反應(yīng)進(jìn)行到反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol時(shí)，按定義ΔnN2/-1=ΔnH2/-3=ΔnNH3/2==Δξ=1-0ΔnN2=-1mol；ΔnH2=-3mol；ΔnNH3=2mol上述反應(yīng)ξ=1mol時(shí)的含義為，該反應(yīng)進(jìn)行到這樣的進(jìn)度，消耗了1mol的N2，3mol的H2，生成了2mol的NH3。若反應(yīng)為：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)，有：ΔnN2/（-1/2）=ΔnH2/（-3/2）=ΔnNH3/1==Δξ=1-033

ξ=1mol時(shí)的含義為，該反應(yīng)進(jìn)行到這樣的進(jìn)度，消耗了1/2mol的N2，NH33/2mol的H2，生成了1mol的NH3。顯然ξ的單位是對(duì)整個(gè)反應(yīng)而言，n是對(duì)某一物質(zhì)而言，與方程式寫(xiě)法有關(guān)。

注意：反應(yīng)進(jìn)度與反應(yīng)方程式是對(duì)應(yīng)的。反應(yīng)進(jìn)度為1的反應(yīng)也稱(chēng)為摩爾反應(yīng)。引入反應(yīng)進(jìn)度的優(yōu)點(diǎn)是在反應(yīng)進(jìn)行到任何時(shí)刻時(shí)，可用任一反應(yīng)物或任一生成物來(lái)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，所得的值總是相等的。341.1.2

反應(yīng)熱的測(cè)量熱化學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正。摩爾反應(yīng)熱指當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)系統(tǒng)放出或吸收的熱量。思考：反應(yīng)熱有定容反應(yīng)熱和定壓反應(yīng)熱之分。前者的反應(yīng)條件是恒容，后者的反應(yīng)條件是恒壓。用彈式量熱計(jì)測(cè)量的反應(yīng)熱是定容反應(yīng)熱還是定壓反應(yīng)熱？答：定容反應(yīng)熱（定容）反應(yīng)熱可在彈式量熱計(jì)中精確地測(cè)量。測(cè)量反應(yīng)熱是熱化學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。351

反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法圖1.3彈式量熱計(jì)1)

測(cè)量裝置及原理36372).測(cè)量方法與步驟：●準(zhǔn)確稱(chēng)量反應(yīng)物(固態(tài)或液態(tài)）裝入鋼彈內(nèi)，通入氧氣，密封;●

將鋼彈安放在一鋼質(zhì)容器中，向容器內(nèi)加入足夠的已知質(zhì)量的水，使鋼彈淹沒(méi)，鋼彈與環(huán)境絕熱;●

精確測(cè)定系統(tǒng)的起始溫度(T1);●

電火花引發(fā)反應(yīng)，測(cè)量系統(tǒng)(包括鋼彈及內(nèi)部物質(zhì)、水和金屬容器等)的終態(tài)溫度(T2)。38

3).計(jì)算：

設(shè)有nmol物質(zhì)完全反應(yīng)，所放出的熱量使彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的溫度從T1上升到T2，彈式量熱計(jì)與恒溫水浴的熱容為Cs(J·K-1)，比熱容為cs(J·K-1kg-1

)，則：39

∑C叫做量熱計(jì)常數(shù)（calorimeterconstant）為彈液(如水)和熱量計(jì)部件(如杯體，鋼彈,溫度計(jì),攪拌棒和引燃絲等)熱容之和。

q＝-{q(H2O)+qb}

＝-{C(H2O)△T+Cb△T}

＝-∑C·△T40示例例1.1（P13）聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為412熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱(chēng)為熱化學(xué)方程式。其標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)法是：先寫(xiě)出反應(yīng)方程，再寫(xiě)出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者之間用分號(hào)或逗號(hào)隔開(kāi)。例如：標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)；書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注意：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。42反應(yīng)熱與反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)；

一般標(biāo)注的是等壓熱效應(yīng)qp。思考：qp與qv相同嗎？。431.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算并不是所有的反應(yīng)熱都可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。例如反應(yīng)：2C(s)+O2(g)==2CO(g)思考：為什么上述反應(yīng)的反應(yīng)熱無(wú)法實(shí)驗(yàn)測(cè)定？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法控制生成產(chǎn)物完全是CO。因此，只能用理論方法來(lái)計(jì)算反應(yīng)熱。441.2.1

熱力學(xué)第一定律封閉系統(tǒng)，不做非體積功時(shí)，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功w，則系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU(U2–U1)為：ΔU

=q+w熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律在熱力學(xué)中的的應(yīng)用。其中，內(nèi)能現(xiàn)稱(chēng)為熱力學(xué)能。451熱力學(xué)能符號(hào)：U

，單位：J。

U

是狀態(tài)函數(shù)；無(wú)絕對(duì)數(shù)值。包括分子平動(dòng)能、分子振動(dòng)能、分子轉(zhuǎn)動(dòng)能、電子運(yùn)動(dòng)能、核能等即內(nèi)能—系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和。46在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱(chēng)為熱。

符號(hào)：q

，單位：J；q不是狀態(tài)函數(shù)；系統(tǒng)吸熱：q>0；系統(tǒng)放熱：q<02、熱熱力學(xué)中將能量交換形式分為熱和功。47

3、功系統(tǒng)與環(huán)境交換能量的另一種形式—功

符號(hào)：W

，單位：J。

W不是狀態(tài)函數(shù)；系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功:W<0；環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作功:W>0。48在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱(chēng)為功。由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱(chēng)為體積功w體。所有其它的功統(tǒng)稱(chēng)為非體積功w′。思考：1mol理想氣體，密閉在1)氣球中，2)鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高20oC時(shí)，是否做了體積功？1)做體積功，2)未做體積功。w=w體+w′49等外壓過(guò)程中，體積功w體=–p

外(V2–V1)=–p外ΔV

pp外

=F/Al

p外

=F/A，l=ΔV/A因此，體積功w體=F·

l

=–(p外·

A)·(ΔV/A)

=–

p外

ΔV圖1.4體積功示意圖50

設(shè)有摩爾氣體放入汽缸內(nèi)，下面有恒溫器，在恒溫下進(jìn)行。并設(shè)活塞無(wú)重量，與汽缸無(wú)摩擦。放上4個(gè)砝碼表示4個(gè)大氣壓，用以調(diào)節(jié)外壓。通過(guò)兩個(gè)途徑恒溫膨脹。甲：降為1個(gè)大氣壓，一次膨脹，乙3次。

W甲=-P外ΔV=-ΔVW乙=-（3ΔV1+2ΔV2+ΔV3）=-（ΔV+2ΔV1+ΔV2）=-（W甲+2ΔV1+ΔV2）由此可見(jiàn)，系統(tǒng)始態(tài)和終態(tài)固定，一次膨脹所做的功小于三次。功與途徑有關(guān)，若外壓無(wú)限小，多次功（可逆）最大。51熱—無(wú)序能；功—有序能；能的品位不同。一封閉系統(tǒng)，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收熱q，得功w，變到狀態(tài)2,熱力學(xué)能U2，則有：U1U2q>0w>0ΔU

=q+w4、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式521.2.2

化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓通常把反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做反應(yīng)熱。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為：

定容反應(yīng)熱恒容過(guò)程，體積功w體

=0，不做非體積功w′=0時(shí)，所以，w=w體+

w′=0

，qV=ΔU定壓反應(yīng)熱恒壓過(guò)程，不做非體積功時(shí)，w體=–

p(V2–V1)，所以

qp=ΔU+p(V2–V1)可以利用這兩個(gè)公式計(jì)算反應(yīng)熱。531焓∵qP

=△U+p(V2–

V1)=(U2-U1)+p(V2–

V1)=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)公式qp

=ΔH的意義：等壓熱效應(yīng)即為焓的增量，所以可以通過(guò)ΔH的計(jì)算求出qP

的值。令

H

=

U+p

V則qp

=H2–

H1=ΔHH稱(chēng)為焓，是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)。思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的絕對(duì)數(shù)值？是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對(duì)數(shù)值。542

定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知 定容反應(yīng)熱：qV=ΔUV；

定壓反應(yīng)熱：qp=ΔUp+p(V2–V1)

等溫過(guò)程，ΔUpΔUV，則：qp

–

qV

=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT對(duì)于理想氣體反應(yīng)，有：對(duì)于有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)，由于凝聚相相對(duì)氣相來(lái)說(shuō)，體積可以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體的物質(zhì)的量。ΔH–ΔU=qp

–

qV=p(V2–V1)思考：若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)的qV,m

為多少？該反應(yīng)的Δn(g)=0，qV

=qp

所以 對(duì)于沒(méi)有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)0的反應(yīng)，qVqp

對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且Δn(g)0的反應(yīng)，qVqp=（nG+nD-nA-nC）RT

55因?yàn)棣?ΔnB/υB所以ΔnB=ξυB563

蓋斯定律化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無(wú)關(guān)。始態(tài)

C(石墨)+O2(g)終態(tài)

CO2(g)中間態(tài)

CO(g)+?O2(g)即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。57蓋斯定律示例由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反應(yīng)熱也可以加和。附例1.3

已知反應(yīng)和的反應(yīng)焓，計(jì)算的反應(yīng)焓，解：58應(yīng)用代數(shù)運(yùn)算法時(shí)必須注意兩點(diǎn)：

①、只有條件（如溫度）相同的反應(yīng)和聚集狀態(tài)相同的同一物質(zhì)，才能相加減。反應(yīng)條件、聚集狀態(tài)相同的同一物質(zhì)才能加減。②、將方程式同乘或除一系數(shù)時(shí)，該反應(yīng)熱效應(yīng)也應(yīng)同乘或除一系數(shù)。方程式乘或除系數(shù)，反應(yīng)熱效應(yīng)也應(yīng)同乘或除。591.2.3

反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算1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p=100kPa）下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力p

下，質(zhì)量摩爾濃度為b

(1.0mol.kg-1),并表現(xiàn)出無(wú)限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài);本書(shū)采用近似c=1.0mol.dm-3)液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力p

下的純液體或純固體。602標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓

水和離子的相對(duì)焓值：規(guī)定以水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。ΔfHm0（H+，298.15）=0思考：以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是生成焓(反應(yīng)物和生成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài))?(1)(2)(3)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)時(shí)反應(yīng)的焓變稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，記作指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)壓力和該溫度下最穩(wěn)定的單質(zhì)。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P為白磷(s)，即P（s，白）。613

標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變及測(cè)定測(cè)定原理：由于qp

=ΔH所以可以通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱得到反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol的焓變稱(chēng)為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:記作624

反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算穩(wěn)定單質(zhì)可從手冊(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算298.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓.反應(yīng)物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)rHmfHm

(p)fHm

(r)由蓋斯定律，得：63已知：ΔfHm0（NH3，g,298.15）=-46.0kJ/molΔfHm0（NO，g,298.15）=90.4kJ/molΔfHm0（H2O，g,298.15）=-241.8kJ/mol

4NH3(g)+5O2(g)ΔHm4NO(g)+6H2O(g)

ΔHm1ΔHm22N2+6H2+5O2

ΔHm1=5ΔfHm(O2)+4ΔfHm0

（NH3）=4×(-46.0)+5×0=-184.0kJ/molΔHm2=4ΔfHm0(NO)+6ΔfHm0

（H20）=4×90.4+6×(-241.8)=-1089.2kJ/mol由蓋斯定律：ΔHm1+ΔHm=ΔHm2ΔHm=ΔHm2-ΔHm1=｛4ΔfHm(NO)+6ΔfHm（H20）｝-｛5ΔfHm(O2)+4ΔfHm（NH3）｝

=-1089.2-（-184.0）=-905.2kJ/mol64標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算示例解：從手冊(cè)查得298.15K時(shí)Fe2O3和Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為–824.2和–1675.7kJ·mol-1。例

試計(jì)算鋁熱劑點(diǎn)火反應(yīng)的反應(yīng)計(jì)量式為：65例3：計(jì)算反應(yīng)Zn(S)+Cu2+(aq)＝Zn2+(aq)+Cu(S)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。解：Zn(S)+Cu2+(aq)＝Zn2+(aq)+Cu(S)△fHm/kJ.mol-1064.77-153.890

＝{(-153.89)+0-0-64.77}kJ.mol-1

＝-218.66kJ.mol-166注意事項(xiàng)物質(zhì)的聚集狀態(tài)，查表時(shí)仔細(xì)應(yīng)用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓時(shí)需要注意公式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)方程式相符數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)；溫度的影響67

復(fù)習(xí)：△U=q+w△U=qv

（定容，w′＝0）

△H=qp

（定壓，w′＝0)

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓△fHm

處于標(biāo)準(zhǔn)壓力下的穩(wěn)定單質(zhì)生成標(biāo)準(zhǔn)壓力下1mol純物質(zhì)的反應(yīng)焓叫做物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。

反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變△rHm

由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變公式為68§1-3能源及其有效與清潔利用

能源是指能提供能量的源泉或資源。人類(lèi)的文明始于火的使用，燃燒現(xiàn)象是人類(lèi)最早的化學(xué)實(shí)踐之一，燃燒把化學(xué)與能源緊密地聯(lián)系在一起。人類(lèi)巧妙地利用化學(xué)變化過(guò)程中所伴隨的能量變化，創(chuàng)造了五光十色的物質(zhì)文明。

現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活離不開(kāi)能源。能源既是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)條件之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源供需之間將會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越尖銳的矛盾。因此，如何節(jié)約能源，研究和發(fā)展利用新能源，就引起了世界范圍內(nèi)極大的關(guān)注。691.3

常見(jiàn)能源及其有效與清潔利用能源是自然界中為人類(lèi)提供能量的物質(zhì)資源。能源是當(dāng)今社會(huì)的三大支柱（材料、能源、信息）之一。能源是我們賴(lài)以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。701.3.1

世界能源的結(jié)構(gòu)與能源危機(jī)1.能源的分類(lèi)一次能源二次能源常規(guī)

能源燃料能源煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能煤氣、焦碳、成品燃油、液化氣、酒精非燃料能源水能電力、蒸汽、熱水新能源燃料能源核能人工沼氣、氫能非燃料能源太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能、海洋能激光利用

狀況使用

性質(zhì)形成條件表1.2能源的分類(lèi)712能量消耗前六名的國(guó)家美國(guó)中國(guó)俄羅斯日本德國(guó)印度51015202530能源結(jié)構(gòu)比例(占世界%)國(guó)家煤炭

石油

天然氣

核能

水電25.410.47.26.04.12.9圖1.8世界六國(guó)消耗的一次能源比例及總比例（占世界）722

世界能源的結(jié)構(gòu)和消耗195019601970198019902010102030405060能源結(jié)構(gòu)比例(%)年代圖1.7世界消耗的一次能源結(jié)構(gòu)煤炭

石油

天然氣

水電及其它73741.3.2煤炭與潔煤技術(shù)煤炭的成分與熱值煤炭的主要成分：碳、氫、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或體積的燃料完全燃燒放出的熱量。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29.3MJ·kg-1。無(wú)煙煤：低硫，較好；煙煤：高硫，燃燒環(huán)境污染；褐煤：儲(chǔ)量大，但熱值低。煤炭的分類(lèi)：75思考：我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)重要地位：占總能量的70%以上。此外，我國(guó)也是世界上煤炭?jī)?chǔ)量最大的國(guó)家之一，因此，如何高效、科學(xué)、清潔地利用煤炭資源是我國(guó)能源科學(xué)和研究中的重要課題。我國(guó)煤炭的一個(gè)特點(diǎn)是煤炭中含硫量較高，煤炭中的硫在燃燒時(shí)生成二氧化硫。大氣中的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。761.3.3

石油和天然氣石油石油是多種烴類(lèi)的混合物，其中含有鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧、含硫的有機(jī)物。思考：世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)在哪兒？我國(guó)的原油產(chǎn)地在哪兒？世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)是中東。我國(guó)的原油產(chǎn)地在東北、西北和山東（黑龍江省的大慶油田、新疆的克拉瑪依油田和山東省的勝利油田是中國(guó)三大油田）。771

石油燃料產(chǎn)品石油經(jīng)過(guò)分餾和裂解等加工過(guò)程后可得到石油氣、汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油和瀝青等產(chǎn)品。思考：以上產(chǎn)品中最重要的是什么？汽油。95%的汽油用于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。衡量汽油質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是辛烷值。直餾汽油的辛烷值約為55~72之間，在汽油中加入少量四乙基鉛可以將辛烷值提高到79~88，為了防止鉛在汽缸中沉積，加入少量二溴乙烷，使生成揮發(fā)性的溴化鉛，與尾氣一同排入大氣。思考：汽車(chē)尾氣污染物是什么？如何解決？主要污染物：NO、CO、HC和含鉛化物等。解決方法：采用無(wú)鉛汽油，對(duì)汽車(chē)尾氣進(jìn)行催化凈化。782天然氣天然氣是低級(jí)烷烴的混合物，主要成分是甲烷，常與石油伴生。其熱值約為55.6MJ?kg-1。天然氣的優(yōu)點(diǎn)：可直接應(yīng)用易于管道輸送

污染少793

沼氣和生物質(zhì)能植物殘?bào)w在隔絕空氣的情況下發(fā)生自然分解時(shí)產(chǎn)生的氣體稱(chēng)為沼氣。沼氣約含60%的甲烷，其余為二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考：可用哪些原料制備沼氣？如果你來(lái)自農(nóng)村，你家使用過(guò)沼氣嗎？農(nóng)村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。都是。沼氣也屬于生物質(zhì)能。柴火是生物質(zhì)能的直接利用。思考：沼氣和柴火是生物質(zhì)能嗎？80光合作用是生命活動(dòng)中的關(guān)鍵過(guò)程，植物光合作用的簡(jiǎn)單過(guò)程如下：植物

水+二氧化碳----->有機(jī)體+氧太陽(yáng)能

生物質(zhì)能的現(xiàn)代利用：將植物枝桿等在汽化爐中加壓汽化制成可燃?xì)怏w。發(fā)電814可燃冰—未來(lái)的新能源天然氣被包進(jìn)水分子中，在深海的低溫高壓下形成的透明結(jié)晶，外形似冰，用火柴一點(diǎn)就著，故稱(chēng)“可燃冰”。CH4·xH2O(s)。形成條件：低溫高壓如0℃，76MPa。儲(chǔ)量：數(shù)據(jù)相差較大?？偭肯喈?dāng)于161萬(wàn)億噸煤，可用100萬(wàn)年；是地球上煤、石油和天然氣能量總和的2~3倍。分布：深水大陸架和陸地永久凍土帶。我國(guó)東海、南海有大量可燃冰，約相當(dāng)于全國(guó)石油儲(chǔ)量的一半。開(kāi)采難，儲(chǔ)量豐富。821.3.4

煤氣和液化氣煤氣煤的合成氣及煉焦氣都是城市煤氣。來(lái)源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產(chǎn)品。液化氣煤氣的組成H2：50%；CO：15%；CH4：15%，熱值約16MJ?M-3思考：與煤氣相比，液化氣有哪些優(yōu)點(diǎn)