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1、第一章,化学反应基本规律,CO,能否想办法使其减少到几乎没有或使CO完全参与反应转化为生成物,?,石墨,金刚石,需要在什么条件下实现，能量变化如何,?,研究化学反应必须研究的问题,该反应能否进行?,2.化学反应中能量是如何转化的?,3.在一定条件下，有多少反应物能最大限度地转化为生成物？,许多反应我们可以看得到，,4Fe + 3O2 = 2Fe2O3,Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2 + 2KNO3,Mg + CO2 = MgO + CO,如：,有的反应难以看得到：,Pb2+ + EDTA = Pb-EDTA,有的反应式可以写出来，却不知到能否,Al2O3 + 3CO = 2Al +
2、 3CO2,这就需要了解化学反应的基本规律。,热力学研究化学变化和相变化过,发生？,其中最重要的是化学热力学。,程中能量转换规律的科学。,热力学第一定律,热力学来自于大量实践的归纳总结，,化学热力学有三个定律，我们重点讨,为此，我们先建立几个基本概念，,系统、,质量守恒、,环境、,相；,能量守恒,因此任何自然过程皆不违背热力学规律。,论第一、第二定律。,包括：,作为研究对象的那一部分物质；,系统之外，与系统密,1. 系统：,2. 环境：,切联系的其它物质。,系统,系统,系统和环境的划分是人为的，不是固定不变的，因讨论问题的重点而异。它的意义在于不但可以集中注意力研究最关心的事物，而且又能重视外
3、界环境的影响。,思考,取一个装有盐酸溶液的烧杯，投入锌粒进行锌与盐酸反应，哪一部分是系统？哪一部分是环境？,若放有锌粒的盐酸溶液是系统，溶液上的空气和烧杯及外部空间，就是环境； 也可以取烧杯以内的物质和空间作为系统，那么，烧杯以外的部分就是环境。,（1）敞开系统(open system) 系统与环境之间既有物质的 交换又有能量(以热或功的形式) 传递的系统。,有三种热力学系统：,（2）封闭系统(closed system)系统与环境之间没有物质交换, 只有能量传递的系统。,（3）孤立系统(isolated system) 系统与环境之间既没有物质交换, 也没有能量传递的系统。,系统中任何物理和
4、化学性质完全相,相与相之间有明确的界面。,3.相：,例如：,同的部分。,油-水界面亦如此。,粉末颗粒间亦有界面。,一个相不一定是一种物质 单相系统或均匀系统；相与态的区别 多相系统或不均匀系统；同种物质可因聚集状态不同形成多相系统。,化学反应中的质量守恒定律,“在化学反应中，质量既不能创,通常用化学反应计量方程表示这种系统。,B称化学计量数。,0=B BB,式转变为另一种形式。”,造，也不能毁灭。 只能由一种形,通式：,以合成氨反应为例：N2 +3H2,2NH3,可写为： 0 = -N2 -3H2 +2NH3即： N2 +3H2 = 2NH3,对于一般的反应： aA+bB = gG+dD,其化
5、学反应计量方程为： 0=BBB,其中B的符号： a、b为负；g、d为正,化学反应的能量守恒定律,“在任何过程中，能量既不能创造，,U=Q+W,此即热力学第一定律，通常表示为：,也不能消灭， 只能从一种形式转化,为另一种形式。”,系统的状态是指描述该系统的性质的综合。,(1) 对一系统，各种性质都有确定数,表示系统性质的物理量X 称状态函数。,性质也必都有确定的值。,当系统状态已确定时，该系统的各种,值，该系统的状态便被确定；反之，,(2) 在系统状态变化时，状态函数的,途 径 1,途 径 2,即：,过程无关。,改变量只与系统的始、末态有关而与,系统的性质,广度性质(extensive prop
6、erties) ：,强度性质(intensive properties) ：,如体积、质量、物质的量等，其数值与系统数量成正比，这种性质具有加和性。,如温度、压力、密度等，其数值与系统的数量无关，只取决于系统自身的特性，这种性质不具有加和性。,水的体积 V=V1+V2+V3+,水的密度 =1+2+3+,=1=2=3=,广度性质,强度性质,即内能系统内部能量的总和。,* 热,热力学中将能量交换形式分为热和功。,热是系统与环境因温度不同而传递的,能量。,*功,系统与环境交换能量的另一种形式功,功分为：体积功 W,单位：kJ。,非体积功 W,F,W=Fh,=PAh,=PV, W 不是状态函数；,系统
7、对环境作功: W 0；,环境对系统作功: W 0。,F,(W=-PV ),变到状态2,热力,Q 0,W 0,U = Q + W,热力学第一定律数学表达式,从环境吸,一封闭系统1，热力学能U1，,对环境做功W，,则有：,U=U2-U1,收热Q，,学能U2,永 动 机 的 设 想 图,化学反应系统与环境进行能量交换的主要形式是热称反应热或热效应。,通常把只做体积功，且始态和终态具有,根据反应条件的不同，反应热又可分为：,化学反应的反应热,反应热。,相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做,V2 =V1 V =0 U =Q +W U =Q -PV =QV,由于P2 =P1 =P U =Q -PV QP
8、=U +PV,上式可化为： QP=（U2-U1）+ P（V2-V1） 即： QP=（U2+P2V2）-（U1+P1V1）,此时，令： H = U +PV 称：焓 则： QP =H2-H1=H,根据 Q 符号的规定，有： H 0 QP 0 恒压反应系统吸热。,化学反应热的计算,化学反应的反应热（在恒压或恒容条件下）,如： C+O2= CO2 rH1,rH1=rH2+rH3,有：,无关。,只与物质的始态或终态有关而与变化的途径,将上式写成通式：,根据盖斯定律，若化学反应可以加和，则其反应热也可,推理：任一化学反应可以分解为若干最基本的反应 ，这些 反应的反应热之和就是该反应的反应热。,（生成反应）
9、,生成,rH=irHi,以加和。,A+B = AB H1 ; C+D = CD H2 ; A+C = AC H3 ; B+D = BD H4 。,即: rH=irHi,则： H =H4+H3-H1-H2,如： AB + CD = AC + BD H,因为QP=H，所以恒温恒压条件下的反应热可表示为反应的焓变:rH(T);,反应系统的nB确定为1mol时,反应热称为反应的摩尔焓变:rHm(T)；,在标准状态下的摩尔焓变称反应的,热力学关于标准态的规定,（1）气体物质的标准态是在标准压力(p = 100.00kPa)时的(假想的)理想气体状态;,（2）溶液中溶质B的标准态是:在标准压力p 时的标准
10、质量摩尔浓度b =1.0mol.kg-1, 并表现为无限稀薄溶液时溶质B(假想)的 状态;,（3）液体或固体的标准态是:在标准压力p 时的纯液体或纯固体。,指定温度T 时由参考态元素生成 B 时的标准摩尔焓变称标准摩尔生成焓。,其中,C(石)为碳的参考态元素,O2(g)为氧的参考态元素,此反应是生成反应。所以此反应的焓变即是CO2（g）的生成焓：,参考态元素通常指在所讨论的温度和压力下最稳定状态的单质。也有例外，如:石墨(C),白磷(P)。,以乙炔的完全燃烧反应为例:,C2H2（g）+O2（g）2CO2（g）+ H2O（l）可将此反应分解为四个生成反应：,通式：,例题：计算乙炔完全反应的标准摩尔焓变。,C2H2（g）+O2（g）2CO2（g）+ H2O（l）,解：,226.73 0 393.51 285.83,根据:,=2(-393.51)+(-285.83)kJmol-1 -(-226.73+0)kJmol-1=-1299.58kJmol-1,
