普通化學(xué) 緒論及第一章

教材：?普通化學(xué)?

(第五版)

1緒論1、化學(xué)的定義與分支

化學(xué)的定義一直頗有爭議。定義大體分為五類:1.籠統(tǒng)式2.具體式3.微觀式4.擴(kuò)張式5.哲學(xué)式2Fe+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)律和變化過程中能量關(guān)系的學(xué)科.〔教材〕

無機(jī)化學(xué)：無機(jī)物有機(jī)化學(xué)：碳?xì)浠衔锛把苌锓治龌瘜W(xué)：測量和表征物理化學(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)的合成和反響，別離和分析，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)開展史——四次革命2、化學(xué)的開展和作用5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〕。6法國化學(xué)家拉瓦錫1783年出版名著“關(guān)于燃素的回憶〞，提出燃燒的氧化學(xué)說。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單物質(zhì)〞。以科學(xué)元素說取代了傳統(tǒng)思辨的舊元素論。揭開了困惑人類幾千年的燃燒之謎，以批判統(tǒng)治化學(xué)界近百年的“燃素說〞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：元素是由非常微小的、看不見的、不可再分割的原子組成；原子既不能創(chuàng)造，不能消滅，也不能轉(zhuǎn)變，所以在一切化學(xué)反響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)那么不相同，原子的質(zhì)量〔而不是形狀〕是元素最根本的特征；不同元素的原子以簡單的數(shù)目比例相結(jié)合，形成化合物。化合物的原子稱為復(fù)雜原子，它的質(zhì)量等于其組合原子質(zhì)量的和。8

1930年，美國化學(xué)家鮑林〔L.Pauling，1901－1994〕和德國物理學(xué)家〔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〕。說明了共價(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鍵這兩種根本共價(jià)鍵類型。910學(xué)習(xí)要求：了解定容熱效應(yīng)(qv)的測量原理。熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。了解狀態(tài)函數(shù)、反響進(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)與反響焓變的關(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)摩爾反響焓變的近似計(jì)算。了解能源的概況，燃料的熱值和可持續(xù)開展戰(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題的主要學(xué)科之一化學(xué)繼續(xù)推動(dòng)材料科學(xué)開展化學(xué)是提高人類生存質(zhì)量和生存平安的有效保障化學(xué)在能源和資源的合理開發(fā)和高效平安利用中起關(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、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。15C3H3Clearhead(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反響熱的測量1.2反響熱的理論計(jì)算1.3常見能源及其有效與清潔利用1.4清潔能源與可持續(xù)開展選讀材料核能Ⅰ.核燃料和核能的來源Ⅱ.核電的優(yōu)勢與開展趨勢本章小結(jié)18教學(xué)根本要求1.了解用彈式熱量計(jì)測量等容熱效應(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)反響中的焓變?cè)谝话銞l件下的意義。理解等壓熱效應(yīng)(qp)與反響中的焓變的關(guān)系。了解qv與反響中的內(nèi)能變的關(guān)系。初步掌握化學(xué)反響的標(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響的熱效應(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，反響能進(jìn)行到什么程度，也就是說結(jié)果如何。上述問題就屬于化學(xué)熱力學(xué)范疇?；瘜W(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)反響的方向化學(xué)熱力學(xué)〈化學(xué)反響的程度熱化學(xué)：研究化學(xué)反響中熱與其他能量變化的定量關(guān)系的學(xué)科。〔熱量變化問題的學(xué)科〕測量化學(xué)反響的熱效應(yīng)本章主要兩局部內(nèi)容〈計(jì)算化學(xué)反響的熱效應(yīng)

熱效應(yīng)：化學(xué)反響時(shí)放出或吸收的熱量。211.1反響熱的測量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一局部物質(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)根本概念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(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)完全相同的局部。*相數(shù)與物質(zhì)種類數(shù)；*相與數(shù)量無關(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)并到達(dá)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)生局部或全部變化。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)際途徑無關(guān)。圖1.2狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)以下例子說明：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：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。假設(shè)測出某些易測的性質(zhì)，就可以通過相互關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)式計(jì)算難測的。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(jīng)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(fù)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。實(shí)現(xiàn)一個(gè)過程的具體步驟稱途徑。思考：過程與途徑的區(qū)別。設(shè)想如果你要把20°C的水燒開，要完成“水燒開〞這個(gè)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。295化學(xué)計(jì)量數(shù)對(duì)于任意一化學(xué)反響：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)反響計(jì)量方程表示化學(xué)反響中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式為：

30B稱為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)。符號(hào)規(guī)定：反響物：B為負(fù)；產(chǎn)物：B為正。附例1.1應(yīng)用化學(xué)反響統(tǒng)通式形式表示以下合成氨的化學(xué)反響計(jì)量方程式：

N2+3H2==2NH3解：用化學(xué)反響通式表示為：

0=-N2-3H2+2NH3316反響進(jìn)度ξ〔extentofreaction)

假設(shè)反響前物質(zhì)B的物質(zhì)的量為nB(0),也是ξ=0時(shí)B的物質(zhì)的量，反響時(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)任一反響，有：ΔnA/-υA=ΔnC/-υC=ΔnD/υD=ΔnG/υG=Δξ32可以看出隨反響進(jìn)行ΔnB增大或減少，ξ也逐漸增大或減少，所以反響進(jìn)度ξ是表示反響進(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。未反響時(shí)ξ為零。反響進(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)假設(shè)反響進(jìn)行到反響進(jìn)度ξ=1mol時(shí)，按定義ΔnN2/-1=ΔnH2/-3=ΔnNH3/2==Δξ=1-0ΔnN2=-1mol；ΔnH2=-3mol；ΔnNH3=2mol上述反響ξ=1mol時(shí)的含義為，該反響進(jìn)行到這樣的進(jìn)度，消耗了1mol的N2，3mol的H2，生成了2mol的NH3。假設(shè)反響為：1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)，有：ΔnN2/〔-1/2〕=ΔnH2/〔-3/2〕=ΔnNH3/1==Δξ=1-033ξ=1mol時(shí)的含義為，該反響進(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)反響而言，n是對(duì)某一物質(zhì)而言，與方程式寫法有關(guān)。

注意：反響進(jìn)度與反響方程式是對(duì)應(yīng)的。反響進(jìn)度為1的反響也稱為摩爾反響。引入反響進(jìn)度的優(yōu)點(diǎn)是在反響進(jìn)行到任何時(shí)刻時(shí)，可用任一反響物或任一生成物來表示反響進(jìn)行的程度，所得的值總是相等的。34反響熱的測量熱化學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正。摩爾反響熱指當(dāng)反響進(jìn)度為1mol時(shí)系統(tǒng)放出或吸收的熱量。思考：反響熱有定容反響熱和定壓反響熱之分。前者的反響條件是恒容，后者的反響條件是恒壓。用彈式量熱計(jì)測量的反響熱是定容反響熱還是定壓反響熱？答：定容反響熱〔定容〕反響熱可在彈式量熱計(jì)中精確地測量。測量反響熱是熱化學(xué)的重要研究內(nèi)容。351反響熱的實(shí)驗(yàn)測量方法圖1.3彈式量熱計(jì)1)

測量裝置及原理3637383).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例如例1.1〔P13〕聯(lián)氨燃燒反響：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)：解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為412熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反響與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式。其標(biāo)準(zhǔn)寫法是：先寫出反響方程，再寫出相應(yīng)反響熱，兩者之間用分號(hào)或逗號(hào)隔開。例如：標(biāo)明反響溫度、壓力及反響物、生成物的狀態(tài)；書寫熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注意：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；假設(shè)不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。42反響熱與反響式的化學(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反響熱的理論計(jì)算并不是所有的反響熱都可以實(shí)驗(yàn)測定。例如反響：2C(s)+O2(g)==2CO(g)思考：為什么上述反響的反響熱無法實(shí)驗(yàn)測定？實(shí)驗(yàn)過程中無法控制生成產(chǎn)物完全是CO。因此，只能用理論方法來計(jì)算反響熱。44熱力學(xué)第一定律封閉系統(tǒng)，不做非體積功時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功w，那么系統(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)變化的過程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為熱。

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。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′。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)活塞無重量，與汽缸無摩擦。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，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)，假設(shè)外壓無限小，屢次功〔可逆〕最大。51熱—無序能；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，那么有：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)反響的反響熱與焓通常把反響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響熱。根據(jù)反響條件的不同，反響熱又可分為：定容反響熱恒容過程，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定壓反響熱恒壓過程，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)算反響熱。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ΔH的計(jì)算求出qP

的值。令H=U+pV那么qp=H2–H1=ΔHH稱為焓，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定容反響熱與定壓反響熱的關(guān)系 定容反響熱：qV=ΔUV； 定壓反響熱：qp=ΔUp+p(V2–V1) 等溫過程，ΔUpΔUV，那么：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響，由于凝聚相相對(duì)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(zhì)的量。ΔH–ΔU=qp–

qV=p(V2–V1)思考：假設(shè)反響C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m為–393.5kJ·mol–1，那么該反響的qV,m為多少？該反響的Δn(g)=0，qV=qp所以 對(duì)于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反響或Δn(g)0的反響，qVqp 對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反響，且Δn(g)0的反響，qVqp=〔nG+nD-nA-nC〕RT55因?yàn)棣?ΔnB/υB所以ΔnB=ξυB563蓋斯定律化學(xué)反響的恒壓或恒容反響熱只與物質(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蓋斯定律例如由蓋斯定律知：假設(shè)化學(xué)反響可以加和，那么其反響熱也可以加和。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〕相同的反響和聚集狀態(tài)相同的同一物質(zhì)，才能相加減。反響條件、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)，該反響熱效應(yīng)也應(yīng)同乘或除一系數(shù)。方程式乘或除系數(shù)，反響熱效應(yīng)也應(yīng)同乘或除。59反響標(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)出無限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài);本書采用近似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：以下哪些反響的恒壓反響熱不是生成焓(反響物和生成物都是標(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)摩爾焓變及測定測定原理：由于qp=ΔH所以可以通過在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測定恒溫恒壓條件下的反響熱得到反響標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反響進(jìn)度ξ=1mol的焓變稱為反響的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:記作624反響的標(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)摩爾反響焓.反應(yīng)物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

rHm

fHm(p)

fHm(r)由蓋斯定律，得：63：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+5O2ΔHm1=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)摩爾反響焓變計(jì)算例如解：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)算反響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本卷須知物質(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)摩爾反響焓時(shí)需要注意公式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與反響方程式相符數(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)的反響焓叫做物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。反響的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變△rHm由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算反響的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變公式為68§1-3能源及其有效與清潔利用現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活離不開能源。能源既是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必需的物質(zhì)根底，也是人類賴以生存的物質(zhì)條件之一。隨著社會(huì)的開展，能源供需之間將會(huì)出現(xiàn)越來越鋒利的矛盾。因此，如何節(jié)約能源，研究和開展利用新能源，就引起了世界范圍內(nèi)極大的關(guān)注。691.3

常見能源及其有效與清潔利用能源是自然界中為人類提供能量的物質(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。能源是我們賴以生存的重要物質(zhì)根底。70世界能源的結(jié)構(gòu)與能源危機(jī)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(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712能量消耗前六名的國家美國中國俄羅斯日本德國印度51015202530能源結(jié)構(gòu)比例(占世界%)國家煤炭

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7374煤炭的主要成分：碳、氫、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的熱值：單位質(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：75思考：我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？我國的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)重要地位：占總能量的70%以上。此外，我國也是世界上煤炭儲(chǔ)量最大的國家之一，因此，如何高效、科學(xué)、清潔地利用煤炭資源是我國能源科學(xué)和研究中的重要課題。我國煤炭的一個(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。76石油和天然氣石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(jī)物。思考：世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)在哪兒？我國的原油產(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三大油田〕。771石油燃料產(chǎn)品石油經(jīng)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(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。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，在汽油中參加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，參加少量二溴乙烷，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？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(duì)汽車尾氣進(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(nóng)村，你家使用過沼氣嗎？農(nóng)村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。80光合作用是生命活動(dòng)中的關(guān)鍵過程，植物光合作用的簡單過程如下：植物

水+二氧化碳----->有機(jī)體+氧太陽能

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—未來的新能源形成條件：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(dāng)于全國石油儲(chǔ)量的一半。開采難，儲(chǔ)量豐富。82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(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)？無毒、低污染、熱值高于煤氣。液化氣作動(dòng)力→綠色汽車←燃料電池〔各國競爭開展〕。831.4清潔能源與可持續(xù)開展思考：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)？礦物能源〔煤炭和石