工程化學(xué)課件-chapter

雜化軌道構(gòu)型第二章化學(xué)反應(yīng)基本原理C(石墨)C(金剛石)在什么條件下可能發(fā)生反應(yīng)？該反應(yīng)能不能進(jìn)行？P=15000倍實(shí)例1？

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=-264.7kJ/mol特征：（1）反應(yīng)產(chǎn)生了新物質(zhì)：H2O(l)（2）反應(yīng)前后元素的種類和原子數(shù)目保持不變（3）反應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境放出熱量ΔH=-264.7kJ/mol實(shí)例2

2-1化學(xué)熱力學(xué)初步熱力學(xué)基本概念及術(shù)語(yǔ)化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)方向化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的限度與化學(xué)平衡2-1-12-1-22-1-32-1-42-1-1熱力學(xué)基本概念及術(shù)語(yǔ)系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)：所需研究的物質(zhì)或空間環(huán)境：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)有一定聯(lián)系的其它物質(zhì)或空間系統(tǒng)和環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換分類：敞開系統(tǒng)封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)系統(tǒng)環(huán)境物質(zhì)能量系統(tǒng)和環(huán)境

狀態(tài)函數(shù)：能表征體系特性的宏觀性質(zhì)稱為狀態(tài)函數(shù)如物質(zhì)的量(n)、壓力(P)、體積(V)、溫度(T)狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)理想氣體T3=280K理想氣體T1=300K理想氣體T2=350K△T=350K-300K=50K狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)：(1)體系的狀態(tài)一確定，各狀態(tài)函數(shù)均有確定值。(2)體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),各狀態(tài)函數(shù)的改變量，只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān),與變化的途徑無(wú)關(guān)。(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間往往是有聯(lián)系的。狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力(P=100kPa)下純氣體液體固體標(biāo)準(zhǔn)壓力(P=100kPa)下純液體、純固體溶液中的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力(P)下質(zhì)量摩爾濃度為1mol·kg-1(近似為1mol·L-1)

標(biāo)準(zhǔn)(狀)態(tài)

熱(Q)：體系和環(huán)境之間因溫度不同而傳遞或交換的能量的形式。功和熱是體系的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，體系和環(huán)境傳遞或交換能量的兩種形式。體系吸熱，Q為正值；體系放熱，Q為負(fù)值。功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。功體積功:體系體積變化反抗外力所做的功非體積功:除體積功外的功，如電功環(huán)境對(duì)體系做功，W為正值；體系對(duì)環(huán)境做功，W為負(fù)值。[注意]功和熱不是狀態(tài)函數(shù)單位均為J、kJ功和熱

熱力學(xué)能(U)——體系內(nèi)部能量的總和。包括體系內(nèi)分子的內(nèi)動(dòng)能、分子間相互作用能、分子內(nèi)部能量，但不包括體系整體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和在外力場(chǎng)中的位能。單位——J、kJ是狀態(tài)函數(shù)U=U(終態(tài))-U(始態(tài))熱力學(xué)能(以往稱內(nèi)能)

能量守恒定律——熱力學(xué)第一定律

在任何變化過(guò)程中，能量不會(huì)自生自滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，能量總值不變。封閉體系：始態(tài)(1)→

終態(tài)(2)

U=U2-U1=Q+W熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上環(huán)境對(duì)體系所做的功。能量守恒定律——熱力學(xué)第一定律化學(xué)計(jì)量數(shù)(ν)化學(xué)反應(yīng)cC+dD=

yY+zZ移項(xiàng)0=-cC-dD+yY+zZ

令-c=νC、-d=νD、y=νY、z=νZ0＝∑BBνB可簡(jiǎn)化寫出化學(xué)計(jì)量式的通式：得0=νCC+νDD+νYY+νZZ

B——包含在反應(yīng)中的分子、原子或離子。νB——數(shù)字或簡(jiǎn)分?jǐn)?shù)，稱為(物質(zhì))B的化學(xué)計(jì)量數(shù)?；瘜W(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度例N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3

=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)

ν(N2)=-1、ν(H2)=-3、ν(NH3)=2表明反應(yīng)中每消耗1molN2和3molH2

生成2molNH3例反應(yīng)：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù)

ν(N2)=-1、ν(H2)=-3、ν(NH3)=2當(dāng)ξ0＝0時(shí),若有足夠量的N2和H2、n(NH3)＝0根據(jù)nB

＝νBξ、ξ＝nB/νBn(N2)/moln(H2)/moln(NH3)/molξ/mol0000--1

-1-321-2-642121232△nB=νBξ反應(yīng)進(jìn)度ξ對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)進(jìn)度(ξ)的值與選用反應(yīng)式中何種物質(zhì)的量的變化進(jìn)行計(jì)算無(wú)關(guān)。注意:同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法不同（亦即νB不同），相同反應(yīng)進(jìn)度時(shí)對(duì)應(yīng)各物質(zhì)的量的變化會(huì)有區(qū)別。例如：當(dāng)ξ=1mol時(shí)反應(yīng)方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3n(N2)/mol--1n(H2)/mol--3n(NH3)/mol12121232322-1-2化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)，如果體系不做非體積功，當(dāng)反應(yīng)終態(tài)的溫度恢復(fù)到始態(tài)的溫度時(shí)，體系所吸收或放出的熱量，稱為該反應(yīng)的反應(yīng)熱。如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

Qp=-571.66kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)→H2O(l)

Qp=-285.83kJ·mol-112通常,反應(yīng)熱的數(shù)值為反應(yīng)進(jìn)度=1mol(即發(fā)生1摩爾反應(yīng))時(shí)的反應(yīng)熱。

恒壓反應(yīng)熱和反應(yīng)焓恒壓反應(yīng)熱:

化學(xué)反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進(jìn)行，如果體系不做非體積功，此時(shí)的反應(yīng)熱稱為該反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱。有氣體參入的反應(yīng)：

反應(yīng)始態(tài)(1)→反應(yīng)終態(tài)(2)U=Qp+W

=Qp-pV恒壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化

反應(yīng)焓U=Qp+W

=Qp-pVU2-U1=Qp

-

p(V2-V1)Qp=(U2+pV2)–(U1+pV1)焓:H=U+PV說(shuō)明：（1）H無(wú)明確物理意義（2）H是狀態(tài)函數(shù)（3）單位J、kJ（4）絕對(duì)值無(wú)法測(cè)知H=H2-H1=Qp適用范圍：化學(xué)反應(yīng)在封閉體系中、恒壓條件下進(jìn)行，體系不做非體積功化學(xué)反應(yīng)的焓等于恒壓反應(yīng)熱吸熱反應(yīng)：Qp>0,H>0放熱反應(yīng)：Qp<0,H<0如：2H2(g)+O2(g)

→

2H2O(l)

H＝Qp=-571.66kJ·mol-1

H2(g)

+

O2(g)

→

H2O(l)

H＝

Qp=-285.83kJ·mol-112H=H2-H1=Qp

赫斯(Hess)定律在恒溫恒壓或恒溫恒容條件下，體系不做非體積功，則反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。C(s)+O2(g)rHmCO(g)+O2(g)12H1H2CO2(g)rHm=H1+H2H1=rHm-H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-1

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓定義：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的某物質(zhì)的焓變

(即恒壓反應(yīng)熱)。符號(hào)：fHm單位：kJ·mol-12.fHm代數(shù)值越小,化合物越穩(wěn)定。3.必須注明溫度，若為298.15K時(shí)可省略。1.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)fHm=0,如fHm(石墨)=0。注意：高溫時(shí)分解-157.3CuO(s)加熱不分解-635.09CaO(s)穩(wěn)定性fHm/(kJ·mol-1)物質(zhì)

標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變等于生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和減去反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和。

化學(xué)反應(yīng)：cC+dD=yY+zZ(任一物質(zhì)均處于溫度T的標(biāo)準(zhǔn)態(tài))rHm=[yfHm(Y)+zfHm(Z)]

-[cfHm(C)+dfHm(D)]rHm=ifHm(生成物)+ifHm(反應(yīng)物)計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)

計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)計(jì)算恒壓反應(yīng):4NH3(g)+5O2(g)

→4NO(g)+6H2O(g)的rHm例1解：4NH3(g)+5O2→4NO+6H2O(g)fHm/kJ·mol-1-46.11

090.25-241.82rHm=[4fHm(NO,g)+6fHm(H2O,g)]

-[4fHm(NH3,g)+5fHm(O2,g)]={[4(90.25)+6(-241.82)]-[4(-46.11)]}kJ·mol-1=-905.48kJ·mol-1

(rHm)3=2(rHm)2=-22.6kJ·mol-1反應(yīng)rHm/kJ·mol-1序號(hào)2Cu2O(s)+O2(g)

→4CuO(s)-292１CuO(s)+Cu(s)

→Cu2O(s)-11.3２計(jì)算fHm(CuO,s)。例2解:(2)式×2=3式