普通化學浙大六版緒論第一章

普通化學（第六版）

浙江大學

授課教師：張黎課時：46學時其中：教學38學時實驗8學時緒論

化學是研究和創(chuàng)造物質的科學，同工農業(yè)生產和國防現(xiàn)代化，同人民生活和人類社會等都有非常密切的關系?；瘜W已成為高科技發(fā)展的強大支柱，已滲入社會、技術和科學的各個領域。數(shù)學物理……化學是自然科學基礎課屬于自然科學基礎課，是培養(yǎng)大學生的基本素質課程?；瘜W緒論定義：化學是在原子和分子水平上研究物質的組成、結構和性質及其變化規(guī)律和變化過程中能量關系的科學

化學是研究從原子，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雜程度的聚集態(tài)的合成和反應，分離和分析，結構和形態(tài)，物理性能和生物活性及其規(guī)律和應用的科學。

徐光憲

化學的成就是社會文明的重要標志！無機化學：是研究元素、單質和無機化合物的來源、制備、結構、性質、變化和應用的一門化學分支。有機化學：碳化合物的化學，是研究有機化合物的結構，性質、制備的學科。分析化學：研究物質的組成、含量、結構和形態(tài)等化學信息的分析方法及理論的一門學科。化學的分支學科物理化學：在物理和化學兩大學科基礎上發(fā)展起來的。它以豐富的化學現(xiàn)象和體系為對象，大量采納物理學的理論成就與實驗技術，探索、歸納和研究化學的基本規(guī)律和理論，構成化學科學的理論基礎。物理化學的水平在相當大程度上反映了化學發(fā)展的深度。高分子化學：研究高分子化合物的合成、化學反應、物理化學、物理、加工成型、應用等方面的一門新興的綜合性學科。若干新分支：環(huán)境化學、核化學等等化學是一門既古老又年輕的科學!化學與其它學科的滲透與交叉

化學物理學

數(shù)學

地學材料科學生命科學工程科學

天文學計算與信息科學2.化學的地位和作用

化學仍是解決食物短缺問題的主要學科之一

化學繼續(xù)推動材料科學發(fā)展

化學是提高人類生存質量和生存安全的有效保障

化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起關鍵作用

化學是生命科學的重要支柱緒論化學是社會需要的中心科學

化學住行材料環(huán)境保護國防醫(yī)藥衛(wèi)生能源衣食資源利用冶金農業(yè)建材汽車化學在生活中的應用-環(huán)境化學印染工廠廢水處理工廠煙囪廢氣處理緒論化學在生活中的應用－藥物化學抗甲流藥物-達菲瑞士羅氏公司生產抗癌藥物－紫杉醇對晚期癌癥、肺癌等有十分顯著的療效抗骨質疏松藥物－活性維生素D3緒論化學在生活中的應用－石油化學、

膠體化學、高分子化學三次采油技術－聚合物驅、表面活性劑驅等一次采油10%二次采油-注水注氣等-25-40%三次采油緒論化學在生活中的應用－能源有機薄膜太陽能電池模塊－－有機化學、高分子化學、光化學多學科有機結合交叉緒論化學在生活中的應用－工程塑料－高分子緒論化學勘探

20世紀70～80年代發(fā)展了一些較完善的地球化學勘查程序。它們的基本思路是運用高效率的地球化學勘查方法在廣大面積內進行廣泛的偵察，舍棄大片沒有希望的地區(qū)，縮小找礦靶區(qū)，然后用效率較低，但能較精確的圈定礦化范圍的方法在已經縮小的靶區(qū)范圍內工作。這種做法可以用盡可能少的人力、物力和時間，找到有經濟價值的礦床?；瘜W勘探是指通過系統(tǒng)測量天然物質的地球化學性質，發(fā)現(xiàn)各種類型的地球化學異常的一種調查方法。天然物質可以是巖石、鐵帽、土壤、水、水系沉積物、冰積物、植物或氣體等。所測量的地球化學性質主要是元素的含量。地球化學勘查的目的一直是通過地球化學異常的線索來找尋礦床，地球化學勘查的應用正在逐步擴大，它不僅可用于找礦，還可為解決環(huán)境污染、農業(yè)、畜牧業(yè)、地方病以及各種地質問題提供有價值的資料?？辈榈厍蚧瘜W的概念一、地球化學：研究地球物質成分的學科，從地球的化學成分出發(fā)去認識地球，解釋地球形成及發(fā)展演化中的各種問題。與地球物理學相對應。二、應用地球化學：運用地球化學基本理論和方法技術，解決人類生存的自然資源和環(huán)境質量的實際問題的學科。是地球化學的一個分支。主要研究：

1.地質作用中化學元素遷移，演化，富集的規(guī)律。

2.合理的開發(fā)，利用礦產資源。

3.巖石圈中元素的分布對土壤、農作物、人類健康的影響。

4.人類的生活、生產、消費等活動對地質環(huán)境及其本身的影響。三、勘查地球化學：應用地球化學的一個分支，研究地質作用中化學元素遷移，演化，富集成礦的規(guī)律，其基本過程為采樣――化驗――數(shù)據分析――異常――驗證。

四、地球化學→應用地球化學→勘查地球化學。勘查地球化學的形成過程：一、礦產勘查地球化學的產生和發(fā)展.1.古代時期：古希臘和羅馬時期：利用溪流沉積物淘洗黃金——“金羊毛”。中國：2000多年前，《管子·地數(shù)篇》有“山上有赭者，其下有鐵，上有鉛者，其下有銀，上有丹砂者，其下有鐵金者，上有磁石者，其下有銅金，此山之見榮者也”。2.20世紀30～50年代，地球化學找礦開始和形成，發(fā)展階段。①．開始于找礦：分析銅，錫元素，提出分散暈,從土壤，植物，水中進行元素（鎳）的研究。②．發(fā)展階段:主要在十月革命后的蘇聯(lián)：《地球化學和礦物學找礦》1955年，蘇地礦部：所有找礦工作中心必須作金屬兩測量。西方國家在二次大戰(zhàn)后，加拿大，美國，英國，法國開展研究。3.我國的情況：

1950年．東北地質局開辦化探短訓班。

1952年．地礦部成立后在地礦司內成立地球化學探礦室。

1956年．開展1∶2000000土壤測量。

1956年．冶金部地球物理總隊成立了化探組。

1957年．地質部成立物探研究所，化探組。

1960年．北京地質學院設立地球化學專業(yè)。

1997年．已完成化探掃面：575×10KM,發(fā)現(xiàn)異常5萬多個，初步篩選1.36萬個，對3000個異常進行驗證，發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦床788個，其中大，中型312處，價值達萬億元。應用地球化學從礦產勘查到多方位應用1.20世紀80年代，工業(yè)生產和科學技術達到新的高度，伴隨而來環(huán)境惡化問題也凸現(xiàn)出來。溫室效應，酸雨，臭氧層破壞，物種減少。1952年12月倫敦煙霧，四天內死亡4000多人，日本的水侯?。℉g）、骨痛?。╟d中毒）。2.上世紀20～50年代，60～80年代：研究土壤，農業(yè)等地球化學環(huán)境。3.我國于90年代利用1:20萬化探資料研究地方病，環(huán)保，農業(yè)等方面進行探索。4.在地熱調查，地震預報，城市工程，考古（秦始皇陵）等方面也有成功的實例。5.應用地球化學的研究方向:礦產資源勘查評價：1.固體礦產（金屬，非金屬）勘查。2.油氣勘查。3.地熱田勘查。環(huán)境質量調查評價：環(huán)境地球化學：調查，評價，保護，防治。國土資源調查：土壤地球化學、農業(yè)化學、國土規(guī)劃、土壤改良、農業(yè)施肥。水資源勘查評價：1.淡水資源（儲量，分布，質量）。2.礦泉水品質，分布。其他應用：地震監(jiān)測，城市工程，考古等。應用地球化學地球物理學生物學水文學醫(yī)學地質學地球化學礦產資源學自然地理農業(yè)科學土壤學氣象學環(huán)境化學現(xiàn)代計算數(shù)學現(xiàn)代分析化學勘查地球化學與其他學科的關系普通化學的教學目標普通化學是一門現(xiàn)代化學導論課程。通過化學反應基本規(guī)律和物質結構理論的學習，能運用化學的理論、觀點、方法審視公眾關注的環(huán)境污染、能源危機、新興材料、生命科學、健康與營養(yǎng)等社會熱點話題，了解化學對人類社會的作用和貢獻。把化學的理論、方法與工程技術的觀點結合起來，用化學的觀點分析、認識工程技術中的化學問題。普通化學的教學內容理論化學：包括化學熱力學、化學動力學和物質結構基礎?；A知識和應用化學：包括單質和化合物的知識，化學與能源、環(huán)境、材料等。實驗化學：主要是性質或理論的驗證，重要數(shù)據的測定，并訓練實驗基本操作和儀器的使用等。教材內容安排熱化學與能源第1章

化學反應時，伴隨有能量的變化，其形式雖有多種但通常多以熱的形式放出或吸收。熱化學與能源本章學習要求：了解定容熱效應(qv)的測量原理。熟悉qv的實驗計算方法。了解狀態(tài)函數(shù)、反應進度、標準狀態(tài)的概念和熱化學定律。理解等壓熱效應與反應焓變的關系、等容熱效應與熱力學能變的關系。掌握標準摩爾反應焓變的近似計算。了解能源的概況，燃料的熱值和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目錄1.1熱化學1.2反應熱與焓1.3能源的合理利用選讀材料

核能本章小結1.1

化學熱力學基本概念系統(tǒng)：作為研究對象的那一部分物質和空間。環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質和空間。1.1.1幾個基本概念1.系統(tǒng)與環(huán)境這種規(guī)定是人為的，是為了研究的方便系統(tǒng)與環(huán)境之間有時有明顯的界面，如包括細胞壁在內的細胞是一個系統(tǒng)，它用細胞壁與環(huán)境隔開；有的則沒有明顯的界面，如研究的對象是一塊雨云，它與環(huán)境的界限就很模糊；如燒杯里裝著水溶液，水溶液里發(fā)生一個放熱反應，可以只劃定水溶液為系統(tǒng)，也可以把水溶液上方的氣體也包括在內，甚至把燒杯壁也算作系統(tǒng)的一部分，這要根據研究需要而定。敞開系統(tǒng)

有物質和能量交換封閉系統(tǒng)

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

無物質和能量交換系統(tǒng)與環(huán)境2.相系統(tǒng)中任何物理和化學性質完全相同的、均勻部分稱為相。根據相的概念，系統(tǒng)可分為：單相（均勻）系統(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng)

相與相之間有明確的界面。思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時共存時系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。答：在此條件下，存在3相（氣、液、固各一相）

所謂均勻是指其分散度達到分子或離子大小的數(shù)量級。相與相之間有明確的界面，超過此相界面，一定有某些宏觀性質(如密度、折射率、組成等)要發(fā)發(fā)生突變。1.系統(tǒng)中若只有一種液體，無論這種液體是純物質還是（真）溶液，總是一個相；2.若系統(tǒng)里有兩種液體，如乙醚和水，中間以液—

液界面隔開，為兩相系統(tǒng)；不相溶的油和水在一起是兩相系統(tǒng)，即使激烈震蕩后油和水形成乳濁液，也是兩相；3.不同固體的混合物，是多相系統(tǒng)。注意固溶體可視為一相。需要注意的是，相與態(tài)是兩個不同的概念，“態(tài)”是指物質宏觀的聚集狀態(tài)，物質的態(tài)一般分為氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài)。對“相”來說，通常任何氣體均能無限混合，因此系統(tǒng)無論有多少種氣體都只為一個氣相，汽油和水雖同為液態(tài)，但不能互溶而分層，因此為兩相系統(tǒng)。3.狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)定義：狀態(tài)就是系統(tǒng)一切性質的總和，是系統(tǒng)所有宏觀性質的綜合表現(xiàn)。有平衡態(tài)和非平衡態(tài)之分。如系統(tǒng)的宏觀性質都處于定值，則系統(tǒng)為平衡態(tài)。狀態(tài)變化時，系統(tǒng)的宏觀性質也必然發(fā)生部分或全部變化。當系統(tǒng)的溫度、壓力、體積、物態(tài)、物質的量、相、各種能量等等一定時，就說系統(tǒng)處于一個狀態(tài)。（無機化學，高教出版社，第四版）狀態(tài)函數(shù)用于表示系統(tǒng)性質的物理量稱狀態(tài)函數(shù)，如氣體的壓力p、體積V、溫度T等，是由物質系統(tǒng)的狀態(tài)決定的物理量。物體或物質系統(tǒng)由一個狀態(tài)（始態(tài)）變成另一個狀態(tài)（終態(tài)），它的各種狀態(tài)函數(shù)（設符號位X）的變化量（△X）就一定是：△X=X終態(tài)-X始態(tài)廣度性質和強度性質狀態(tài)函數(shù)可分為兩類：廣度性質：又稱為容量性質，它的數(shù)值與體系的物質的量成正比，如體積、質量、焓、熵等。廣度性質具有加和性。強度性質：它的數(shù)值取決于體系自身的特點，與體系的數(shù)量無關，不具有加和性，如溫度、壓力(壓強)、粘度、密度等。整個系統(tǒng)的強度性質的數(shù)值與各個部分該強度性質的數(shù)值相同。以理想氣體狀態(tài)方程為例,pV=nRT為例，p、T是強度性質，而n、V是廣度性質。p-Pa,V-m3,n-mol,T-K,R=8.314J·mol-1·K-1思考：力和面積是什么性質的物理量？它們的商即壓強(熱力學中稱為壓力)是強度性質的物理量。由此可以得出什么結論？推論：摩爾體積(體積除以物質的量)是什么性質的物理量？答：力和面積都是廣度性質的物理量。結論是兩個廣度性質的物理量的商是一個強度性質的物理量。強度性質舉例p,V,T,np左=p右=pT左=T右=Tn左+n右=nV左+V右=V狀態(tài)函數(shù)的特點：狀態(tài)確定，狀態(tài)函數(shù)有唯一確定值狀態(tài)函數(shù)的改變值只與過程的始、終態(tài)有關，而與途徑無關。體系完成循環(huán)過程：狀態(tài)函數(shù)的變化值為零體系的狀態(tài)函數(shù)是相互關聯(lián)的?！鱐=T終-T始=373-298=75K△P=P終-P始=500-100=400kPap,V,n,T四個狀態(tài)函數(shù)，確定任意三個，即可知道第四個，體系的狀態(tài)就確定了。理想氣體狀態(tài)方程:pV=nRT范德華方程補充：過程與途徑

系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程；可逆過程體系經過某一過程，由狀態(tài)Ⅰ變到狀態(tài)Ⅱ之后，如果通過逆過程能使體系和環(huán)境都完全復原，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行的過程。

實現(xiàn)一個過程的具體步驟稱途徑。思考：過程與途徑的區(qū)別。設想如果你要把200C的水燒開，要完成“水燒開”這個過程，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開再降至常壓。4.化學計量數(shù)和反應進度一般用化學反應計量方程表示化學反應中質量守恒關系，通式為：

B稱為B的化學計量數(shù)。符號規(guī)定：反應物：

B為負；產物：

B為正。例1.1應用化學反應統(tǒng)通式形式表示下列合成氨的化學反應計量方程式：

N2+3H2==2NH3解：用化學反應通式表示為：

0=-N2-3H2+2NH3化學計量數(shù)只表示當按計量反應式反應時各物質轉化的比例數(shù)，并不是反應過程中各相應物質實際轉化的量，為了描述化學反應實際進行的程度，需要引入反應進度的概念。

反應進度ξ

的定義：反應系統(tǒng)中任何一種反應物或產物在反應過程中物質的量的變化量與該物質的化學計量數(shù)的商為該反應的反應進度nB

為物質B的物質的量，dnB表示微小的變化量?；蚨x思考：反應進度與化學反應方程式的書寫有關嗎？答：有關。如對于反應：0=–N2–3H2+2NH3

，當有1molNH3生成時，反應進度為0.5mol。若將反應寫成則反應進度為1mol。化學計量數(shù)是指反應方程式中各物質的配比數(shù)，反應進度是反應的速率的表示。反應物或者生成物的反應速率出一該物質的化學計量數(shù)就是反應進度。1.熱效應

化學反應的實質是反應系統(tǒng)中反應物化學鍵的斷裂和生成物化學鍵的生成，是原子重新排列組合的物質變化過程?；瘜W反應熱效應（簡稱反應熱）指化學反應過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。熱化學規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負，系統(tǒng)吸熱為正。1.1.2熱效應及其測量物理和化學過程常見的熱效應有：1.反應熱：生成熱、燃燒熱、中和熱、分解熱等2.相變熱：熔化熱、蒸發(fā)熱、升華熱等3.其他：溶解熱、稀釋熱等研究化學反應中熱量與其他能量變化的定量關系的學科叫做熱化學。思考：在298.15K下按方程式H2(g)+?O2(g)=H2O(g)發(fā)生1mol反應，總共放出多少熱量？無法回答。1.沒有給定從始態(tài)反應物和終態(tài)生成物兩個狀態(tài)的溫度，體積和壓力等狀態(tài)函數(shù)；2.如果給定終態(tài)溫度仍為298.15K，即發(fā)生等溫過程，還不能回答，還要看系統(tǒng)的體積或壓力是否改變；3.如果再給定始態(tài)與終態(tài)系統(tǒng)的體積不變，即反應在一個剛性器壁的容器里進行，即發(fā)生等溫等容過程，我們才能進行實際測定和理論計算。2.熱效應的測量圖1.2彈式量熱計彈式量熱計是一個封閉系統(tǒng)，當用電熱絲觸發(fā)反應發(fā)生（電熱絲供給的能量因相比與發(fā)生的化學反應的能量變化太小，可以忽略不計），系統(tǒng)的溫度迅速升高，設量熱計是剛性壁，容積一定，系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有發(fā)生功交換，若系統(tǒng)溫度恢復到298.15K，在等溫等容下化學內能就完全以熱的形式傳遞給環(huán)境，即：

△U=qv彈式量熱計所吸收的熱包括兩部分：一部分是被加入的水所吸收的，另一部分是鋼彈及內部物質和金屬容器所吸收的，可按下式計算：q(H2O)=c(H2O)·m(H2O)·ΔT=C(H2O)·ΔTCb表示鋼彈組件的熱容，qb=Cb·ΔTqV=-[q(H2O)+qb]=-[C(H2O)·ΔT+Cb·ΔT]

反應熱的實驗測量方法設有nmol物質完全反應，所放出的熱量使彈式量熱計與恒溫水浴的溫度從T1上升到T2，彈式量熱計與恒溫水浴的熱容為Cs(J·K-1)，比熱容為cs(J·K-1kg-1

)，則：由于完全反應，ξ=n

因此摩爾反應熱：思考：反應熱有定容反應熱和定壓反應熱之分。前者的反應條件是恒容，后者的反應條件是恒壓。用彈式量熱計測量的反應熱是定容反應熱還是定壓反應熱？答：定容反應熱例1.1

聯(lián)氨燃燒反應：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為2.熱化學方程式

表示化學反應與熱效應關系的方程式稱為熱化學方程式。其標準寫法是：先寫出反應方程，再寫出相應反應熱，兩者之間用分號或逗號隔開。例如：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。反應熱與反應式的化學計量數(shù)有關；

一般標注的是等壓熱效應qp。思考：qp與qv相同嗎？。不相同標明反應溫度、壓力及反應物、生成物的量和狀態(tài)；書寫熱化學方程式時應注意：1.2反應熱與焓

H2(g)+?O2(g)=H2O(g)若這個反應不是在等溫等容條件下進行，而是在等溫等壓條件下發(fā)生的。若反應發(fā)生時沒有做其它功，反應大的熱效應是？等壓熱效應，qpqp是否可以像qv一樣等于熱力學能的變化量？？？1.2.1熱力學第一定律封閉系統(tǒng)，不做非體積功時，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功w，則系統(tǒng)熱力學能的增加ΔU(U2–U1)為：ΔU=q+w熱力學第一定律的實質是能量守恒定律在熱力學中的的應用。其中，熱力學能從前稱為內能。能量既不能無緣無故的產生，也不會無緣無故的消失，只會從一種形式轉變?yōu)榱硪环N形式---熱力學第一定律1.熱力學能熱力學能：系統(tǒng)內部運動能量的總和。內部運動包括分子的平動、轉動、振動以及電子運動和核運動。思考：同樣的物質，在相同的溫度和壓力下，前者放在10000m高空，以400m/s飛行的飛機上，后者靜止在地面上。兩者的內能相同嗎？答：相同。內能的特征：狀態(tài)函數(shù)無絕對數(shù)值廣度性質由于分子內部運動的相互作用十分復雜，因此目前尚無法測定內能的絕對數(shù)值。

熱和功-

系統(tǒng)狀態(tài)變化時與環(huán)境進行能量轉換或傳遞的兩種不同形式，都與變化的途徑有關1.熱熱：在物理或化學變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為熱。熱的符號規(guī)定：

系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負。熱量q不是狀態(tài)函數(shù)在物理或化學變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為功。功的符號規(guī)定：（注意功符號的規(guī)定尚不統(tǒng)一）系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負。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w體。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功w′。功不是狀態(tài)函數(shù)w=w體+

w′機械功:W=FΔl，電功:W=QV體積功：

W=-

（p外V），2.功與體積功思考：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，是否做了體積功？答：1)做體積功，2)未做體積功。熱—無序能；功—有序能；能的品位不同。一封閉系統(tǒng)，熱力學能U1，從環(huán)境吸收熱q，得功w，變到狀態(tài)2,熱力學能U2，則有：U1U2q>0w>0ΔU=q+w3.體積功w體的計算等外壓過程中，體積功w體=–p

外(V2–V1)=–p外ΔV

pp外

=F/Al

p外

=F/A，l=ΔV/A2，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4.理想氣體的體積功理想氣體的定義：氣體分子不占有體積，氣體分子之間的作用力為0的氣態(tài)系統(tǒng)被稱為理想氣體。理想氣體的狀態(tài)方程：例1.21mol理想氣體從始態(tài)100kPa,22.4dm3經等溫恒外壓p2=50kPa膨脹到平衡，求系統(tǒng)所做的功。解：終態(tài)平衡時的體積為：負值表示系統(tǒng)對外做功。1.2.2

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

定容反應熱恒容過程，體積功w體

=0，不做非體積功w′=0時，所以，w=w體+

w′=0，qV=ΔU

△U=

qv1.下標“V”表明這種熱效應是在系統(tǒng)發(fā)生等容過程時測定的，這種熱效應成為等容熱效應。2.式子表明當化學反應在等溫等容下發(fā)生，系統(tǒng)與環(huán)境沒有功交換，反應熱效應等于反應前后系統(tǒng)的熱力學能的變化量。H2(g)+?O2(g)=H2O(g)△rUmθ

(298.15K)=-240.580KJ·mol-1

定壓反應熱H2(g)+?O2(g)=H2O(g)反應前后分子的總量發(fā)生了變化，系統(tǒng)內氣體的分子總數(shù)減少了，當反應后恢復到反應前的溫度，系統(tǒng)的壓力不能再維持原先的數(shù)值。為了達到反應前的壓力，必須減小系統(tǒng)的體積。那么，恒壓過程，不做非體積功時，w體=–p(V2–V1)系統(tǒng)接收的這份功的能量到哪去了呢？？？并且要求反應前后溫度不變，不可能轉變?yōu)橄到y(tǒng)內水分子的內能，所以反應后系統(tǒng)溫度要恢復到反應前的溫度，這份能量只能以熱的形式向環(huán)境釋放！恒壓過程，不做非體積功時

化學反應的等壓熱效應：1.焓∵qP

=△U+p(V2–

V1)=(U2-U1)+p(V2–V1)=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)公式qp

=ΔH

的意義：1）等壓熱效應即為焓的增量，故qP也只決定于始終態(tài)，而與途徑無關。2）可以通過ΔH的計算求出的qP值。令

H

=

U+p

V則qp

=H2–

H1=ΔHH稱為焓，是一個重要的熱力學函數(shù)。思考：焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的絕對數(shù)值？答：是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對數(shù)值。2.定容反應熱與定壓反應熱的關系已知 定容反應熱：qV=ΔU； 定壓反應熱：qp=ΔUp+p(V2–V1)

等溫過程，ΔUp

ΔUV，則：qp–

qV=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT對于理想氣體反應，有：對于有凝聚相參與的理想氣體反應，由于凝聚相相對氣相來說，體積可以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體的物質的量。ΔH–ΔU=qp–qV=p(V2–V1)思考：若反應C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應的qV,m

為多少？答：該反應的Δn(g)=0，qV=qp3.蓋斯定律

化學反應的恒壓或恒容反應熱只與物質的始態(tài)或終態(tài)有關而與變化的途徑無關。始態(tài)

C(石墨)+O2(g)終態(tài)

CO2(g)中間態(tài)

CO(g)+?O2(g)即熱化學方程式可像代數(shù)式那樣進行加減運算。由蓋斯定律知：若化學反應可以加和，則其反應熱也可以加和。例1.3

已知反應和的反應焓，計算的反應焓，解：應用代數(shù)運算法時必須注意兩點：

①只有條件（如溫度）相同的反應和聚集狀態(tài)相同的同一物質，才能相加減。②將方程式同乘或除一系數(shù)時，該反應熱效應也應同乘或除一系數(shù)。1.2.3反應的標準摩爾焓變1.熱力學標準態(tài)：氣體物質的標準態(tài)：系統(tǒng)中各種氣態(tài)物質的分壓均為標準壓力p溶液中溶質B的標準態(tài)是:標準壓力p

下，c

為1.0mol.dm-3液體或固體的標準態(tài)是:標準壓力p

下的純液體或純固體。熱力學溫度標態(tài)并未對溫度有限定，任何穩(wěn)定下都有熱力學標態(tài)；熱力學標態(tài)不同于環(huán)境狀態(tài)（298K,101325Pa），也不同于理想氣體標準狀態(tài)（273K,101325Pa），后兩者都規(guī)定了溫度。2.標準摩爾生成焓指定單質通常指標準壓力和該溫度下最穩(wěn)定的單質。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P為白磷(s)，即P（s，白）。顯然，標準態(tài)指定單質的標準生成焓為0。生成焓的負值越大，表明該物質鍵能越大，對熱越穩(wěn)定。標準狀態(tài)時由指定單質生成單位物質的量的純物質B時反應的焓變稱為標準摩爾生成焓，記作△fHmθ思考：以下哪些反應的恒壓反應熱不是生成焓(反應物和生成物都是標準態(tài))?(1)(2)(3)3.標準摩爾焓變及測定測定原理：由于qp=ΔH所以可以通過在標準狀態(tài)下測定恒溫恒壓條件下的反應熱得到反應標準摩爾焓變.標準狀態(tài)下,反應進度ξ=1mol的焓變稱為反應的標準摩爾焓變:記作4.反應的標準摩爾焓變的計算穩(wěn)定單質可從手冊數(shù)據計算298.15K時的標準摩爾反應焓.反應物

標準狀態(tài)生成物

標準狀態(tài)

rHm

fHm(p)

fHm(r)由蓋斯定律，得：解：從手冊查得298.15K時Fe2O3和Al2O3的標準摩爾生成焓分別為–824.2和–1675.7kJ·mol-1。例1.4試計算鋁熱劑點火反應的反應計量式為：用燃燒彈測出，氯氣和氫氣每合成1molHCl氣體放出92.307kJ的熱，求反應焓.解?H2(g)+?(Cl2)=HCl(g)qV=-92.307kJ·mol-1ΔrUmθ

=-92.307kJ·mol-1ΔrHmθ

=ΔrUmθ+RTΣVB(g),RTΣVB(g)=0ΔrHmθ

=-92.307kJ·mol-1注意事項

物質的聚集狀態(tài)，查表時仔細應用物質的標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓時需要注意

公式中化學計量數(shù)與反應方程式相符

數(shù)值與化學計量數(shù)的選配有關；

溫度的影響思考：正反應與逆反應的反應熱的數(shù)值相等，符號相反。對嗎？答：對。這也是熱化學定律的重要內容。例1.4設反應物和生成物均處于標準狀態(tài)，計算1mol乙炔完全燃燒放出的能量。解：從手冊查得298.15K時，各物質的標準摩爾生成焓如下。226.730-393.509-285.831.3能源的合理利用

能源是自然界中為人類提供能量的物質資源。思考：能源對于人類的重要性，為什么能源科學被列為當今社會的三大支柱之一。

能源是當今社會的三大支柱（材料、能源、信息）之一。

能源是我們賴以生存的重要物質基礎。1.能源的分類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能、地熱、風能、海洋能激光利用

狀況使用

性質形成條件2.世界能源的結構和消耗195019601970198019902010102030405060能源結構比例(%)年代圖1.7世界消耗的一次能源結構煤炭

石油

天然氣

水電及其它891.3.1煤炭與潔凈煤技術我國煤炭的一個特點是煤炭中含硫量較高，煤炭中的硫在燃燒時生成二氧化硫。SO2和粉塵是煤燃燒的主要一次污染物，其中的SO2是造成酸雨的主要原因。所以煤炭的開采和燃燒都會引起環(huán)境污染。思考：我國能源的現(xiàn)狀有何特點？答：1）能源總量豐富，但人均不足；

2）能源結構不合理，優(yōu)質能源比例太小 煤炭占一次能源的76%，天然氣消耗只有世界平均的76%，石油消耗只占世界平均的1/3。

3）能源利用率低，能耗高浪費嚴重。901.煤炭的與熱值煤炭的主要成分：碳、氫、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的熱值：單位質量或體積的燃料完全燃燒放出的熱量。標準煤的熱值為29.3MJ·kg-1。無煙煤：低硫，較好；煙煤：高硫，燃燒環(huán)境污染；褐煤：儲量大，但熱值低。煤炭的分類：912.

潔凈煤技術潔凈煤技術于1986年由美國率先提出，現(xiàn)已成為解決環(huán)境和能源問題的主導技術之一。煤甲醇合成汽油液體燃料(新型液態(tài)燃料)）（）（氣體燃料合成天然氣水煤氣焦炭甲烷化汽化劑煉焦42HCH

HCO2+?????????????

O水煤漿少量添加劑水煤粉>+%30%70921.石油與無鉛汽油石油是多種烴類的混合物，其中含有鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧、含硫的有機物。思考：世界原油儲量最大的地區(qū)在哪兒？我國的原油產地在哪兒？答：世界原油儲量最大的地區(qū)是中東。我國的原油產地在東北、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三大油田）。1.3.2石油和天然氣93石油經過分餾和裂解等加工過程后可得到石油氣、汽油、煤油、柴油、潤滑油和瀝青等產品。思考：以上產品中最重要的是什么？汽油。95%的汽油用于驅動汽車。衡量汽油質量的一個重要指標是辛烷值。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：汽車尾氣污染物是什么？如何解決？答：主要污染物：NO、CO、HC和含鉛化物等。解決方法：采用無鉛汽油，對汽車尾氣進行催化凈化。942.天然氣和沼氣天然氣是低級烷烴的混合物，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：

可直接應用

易于管道輸送

污染少思考：西氣東送具有哪些重要意義？95植物殘體在隔絕空氣的情況下發(fā)生自然分解時產生的氣體稱為沼氣。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？如果你來自農村，你家使用過沼氣嗎？答：農村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。生物質能的現(xiàn)代利用是將植物枝桿等在汽化爐中加壓汽化制成可燃氣體。答：都是。沼氣也屬于生物質能。柴火是生物質能的直接利用。思考：沼氣和柴火是生物質能嗎？964.可燃冰—未來的新能源天然氣被包進水分子中，在深海的低溫高壓下形成的透明結晶，外形似冰，用火柴一點就著，故稱“可燃冰”。CH4·xH2O(s)。形成條件：低溫高壓如0℃，76MPa。儲量：尚難正確估計，各文發(fā)表的數(shù)據相差較大。預測總量相當于161萬億噸煤，可用100萬年；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。我國東海、南海有大量可燃冰，約相當于全國石油儲量的一半。開采難，儲量豐富。97煤氣和液化氣煤氣煤的合成氣及煉焦氣都是城市煤氣。來源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產品。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？答：無毒、低污染、熱值高于煤氣。液化氣作動力→綠色汽車←燃料電池（各國競爭發(fā)展）。98清潔能源與可持續(xù)發(fā)展思考1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是無限的(不考慮太陽的壽命)？思考2：你認為伊拉克戰(zhàn)爭的深層次原因是什么？1：礦物能源（煤炭和石油）是有限的，來自宇宙的能源（如太陽能）和核能是無限的。2：開放性的結論1992年，聯(lián)合國環(huán)境于發(fā)展大會上提出了社會、經濟、人口、資源和環(huán)境協(xié)調發(fā)展的口號。能源作為最緊缺的資源對人類社會的可持續(xù)發(fā)展起著關鍵的作用。991.4.1

能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展我國能源結構不合理，優(yōu)質能源比重太小。必須合理開發(fā)及進一步開發(fā)新能源，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。治理前的熱電廠最有希望的清潔能源是氫能、太陽能以及核能和生物質能等?？沙掷m(xù)發(fā)展三原則：公平性、共同性和持續(xù)性。1001.3.2

氫能和太陽能氫能是一種理想的二次清潔能源。氫能的優(yōu)點

熱值高，其數(shù)值為142.9MJ?kg-1。燃燒反應速率快，功率高原料是水，取之不盡產物是水，不污染環(huán)境思考：用氫作能源目前還存在一些問題，你認為是哪些方面的問題？經濟的制備方法，安全高效的儲運方法和有效地利用。1011.

氫氣的制取

太陽能光解

電解作為氯堿工業(yè)的副產品，是目前工業(yè)