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1、学 海 无 涯 第一章 化学反应热 教学内容 1系统、环境等基本概念； 2. 热力学第一定律； 3. 化学反应的热效应。 教学要求 掌握系统、环境、功、热（恒容反应热和恒压反应热）、状态函数、标准态、 标准生成焓、反应进度等概念；熟悉热力学第一定律；掌握化学反应标准焓变的 计算方法。 知识点与考核点 系统（体系） 被划定的研究对象。化学反应系统是由大量微观粒子（分子、原子和离子等） 组成的宏观集合体。 环境（外界） 系统以外与之密切相关的部分。 系统和环境的划分具有一定的人为性，划分的原则是使研究问题比较方便。 系统又可以分为敞开系统（系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换）； 封闭体系（系
2、统与环境之间没有物质交换，只有能量交换）； 孤立系统（体系与环境之间没有物质交换，也没有能量交换）,1,优质范文,学 海 无 涯 系统与环境之间具有边界，这一边界可以是实际的相界面，也可以是人为 的边界，目的是确定研究对象的空间范围。 相 系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。在同一个系统中，同一个 相 可以是连续的，也可以是不连续的。例如油水混合物中，有时水是连续相，有时 油是连续相。 状态函数 状态是系统宏观性质（T、p、V、U 等）的综合表现，系统的状态是通过这些 宏观性质描述的，这些宏观性质又称为系统的状态函数。 状态函数的特点：状态函数之间往往相互制约（例如理想气体状态方程 式
3、中 p、V、n、T 之间互为函数关系）；其变化量只与系统的始、末态有关，与 变化的途径无关。 5*过程 系统状态的变化（例如：等容过程、等压过程、等温可逆过程等） 6*途径 完成某过程的路径。若系统的始、末态相同，而途径不同时，状态函数的,2,优质范文,3,优质范文,学 海 无 涯,变量是相同的。 7*容量性质 这种性质的数值与系统中的物质的量成正比，具有加合性，例如 m（质量）V、 U、G 等。 8*强度性质 这种性质的数值与系统中的物质的量无关，不具有加合性，例如 T、 （密 度）、p（压强）等。 功（W） 温差以外的强度性质引起的能量交换形式 体+有。 环境对系统做功，其符号为（+）；反
4、之为（）。功不是状态函数，是过程量。 因为功总是与系统变化的途径有关。例如盐酸与锌单质在烧杯中发生氧化还原反 应时会有热效应，但是系统并不做功（W 有 = 0）。但是，若将其组成原电池，系 统就可以对环境做电功（W 有 0）。又例如一个带活塞的汽缸膨胀，分别经过 向真空中膨胀； 向大气中等外压膨胀。 设活塞的两个过程的始、末状态相同， 则 W 体 1=0；而 W 体 2 = p 环境 （V2V1）0。 热（Q） 系统与环境之间因温差引起的能量交换形式。系统吸收热量，热的符号为 （+），系统放热为（）。热是与变化途径有关的物理量，任何一个系统只能说它,4,优质范文,学 海 无 涯 在某过程中吸收
5、或放出多少热量，不能说它本身含有多少热量，所以热不是状态 函数。 化学反应热效应（反应热） 生成物与反应物的温度相同时，化学反应过程中放出或吸收的热量。 等压热效应（Qp） 封闭系统，在等温、等压、不做有用功时的反应热。 等压过程：系统的始态压力和终态压力与环境压力相等。 p（始态）=p（终态）=p（环境）= A（常数），而中间过程的压力可以有所 变化。（在专业的化学热力学书中，等压与恒压是有区别的。恒压过程是指系统的 压力在整个过程中与环境压力相等并且恒定不变）。 p（系统）=p（环境）= A（常数）； 热力学第一定律 U = Q + W（条件：封闭系统）。U（热力学能）是状态函数，U 是热
6、力 学能的变化量，U 不是状态函数。 焓 H = U + pV （焓是状态函数，是复合状态函数） 焓变：H =QP （条件：封闭系统、等压、不做有用功），H 不是状态函数。,5,优质范文,学 海 无 涯 上式说明，在一定条件下，状态函数焓（H）的变化量（H）与特定 （等压）过程的反应热（等压热 QP）在数值上相等，但不能因此就认为热是状态 函数。 盖斯定律 一个总反应的rHm，等于其所有分步rHm B 的总和。 热力学标准态 纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 p(100kPa)下的状 态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为 p时的状态。纯 液态（或纯固态）物质的标
7、准态是指压力为 p下的纯液体（或纯固体）的状态。 溶液的标准态选 1 molL1。 热力学“标准态”与标准状况的含义是不相同的。因为在研究气体定律时 所规定的气体“标准状况”是指气体的压力为标准大气压（p = 101 325Pa）、和 温度为 0下所处的状况。而热力学“标准态”是为了理论研究的需要，给物质规 定的作为参比的标准压力（p=100kPa）；理想气体的分压为 p；理想溶液中溶 质的浓度为 1molL1，可见“标准态”并未对温度作出规定。物理化学手册的热 力学数据多为 298.15K 下的测定值，并不是说“标准态”包含 25（298.15K） 这一条件。 标准摩尔生成焓（fHm）,学
8、海 无 涯 在一定温度，标准状态下，由最稳定单质生成 1mol 纯物质时反应的焓变。,18化学反应标准焓变（rHm） 设某化学反应式为 aA + fF gG + dD，则：,rHmgfHm，G + dfHm，D afHm，A ffHm，F,B,= H, Bfm、B,注意：计量系数，物质的聚集状态。,例如：,2 H2 (g) O2 (g) 2H2O(l),fm,查表 H /（kJmol1） 0,0285.83,rHm = 2(285.83) 0 20 =571.66 kJmol1 19反应进度 设某化学反应式为 aA + fF gG + dD， BB 0 ； B B：反应物或产物， nB nB0
9、 nB （mol） B B B ：计量系数。（对反应物，n 为负数， B 也为负数；对生成物 B 为正数； n 也为正数； 0） d dnA dnF dnG dnD 。 vAvFvGvD 1mol 反应表示各物质按给定的化学计量方程式进行的完全反应。 在使用反应进度的概念时，必须指明对应的反应计量方程式。例如对反应,6,优质范文,学 海 无 涯 N2 3H2 2NH3 ， =1 mol 表示 1 mol N2 与 3mol H2 反应生成 2 mol,23,2,2, 3 H NH ，,2,2,7,优质范文,13,22,=1 mol 表示mol N 与molH 反应生,NH3。而对 1 N 2
10、成 1molNH3。,思考题与习题解答 1说明下列符号的含义。, H (T),Vrmrm,Q H (T),fm, H （T）,答： QV ：等容反应热； r Hm (T)：温度 T 下，反应的摩尔焓变（数值等于,fm,等压反应热）； H (T)：温度 T 下某物质的标准摩尔生成焓； ：反应进度。,2盖斯定律的使用条件，下列哪种说法正确？ （1）等压（2）等容（3）等温、等容或等温、等压 （4）等温、不做有用功，等容或等压 答：正确答案为（4）。 3热力学标准态的含义？为什么要确定热力学标准态？ 答：纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 p(100kPa)下的状 态。混合理想气体中任一组
11、分的标准态是指该组分气体的分压为 p时的状态。纯 液态（或纯固态）物质的标准态是指压力为 p下的纯液体（或纯固体）的状态。 溶液的标准态选 1 molL1。因为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条 件（如温度、压力、浓度、聚集状态等）的影响，为了比较方便，国际上规定了,8,优质范文,学 海 无 涯 物质的热力学标准态。 4简述照明弹中的铝、镁、硝酸钠和硝酸钡等物质各起什么作用？,fm,MgO,答：金属铝、镁在燃烧时,可以放出大量热（ H ,= 601.7 kJmol1,m,Al2O3, H = 1675.69 kJmol1）产生千度以上的高温，而反应放出的热量能,使硝酸盐分解产生 O2，
12、又加速镁、铝的燃烧反应，使照明弹更加绚丽夺目。 在其中铝和镁作为还原剂；氧气、硝酸钠和硝酸钡等作氧化剂。 5通过计算说明，氧乙炔焰为什么可以用于金属焊接和切割？ 答：（5/2）O2 +C2H2=2CO2+H2O(g),fm, H /（kJ mol1）,0226.7393.5241.8,r,f,mmfm, H = H (生成物) H （反应物）,m,rH =2(393.5) + (241.82) 226.7 0= 1255.5 kJmol1,因反应放出大量热，可以熔化金属，所以可用于焊接或切割金属。 6通过计算说明，为什么称硼的氢化物（硼烷），硅的氢化物（硅烷）是高,fm,fm,能燃料 已知 B
13、2H6（g）的 H 36.56 kJmol1，B2O3（s）的,H ,1132.55 kJmol1；SiH4（g）的 H 34.31 kJmol1，SiO2（s）的 H fmfm 910.7kJmol1 。,解：,=,B2O3（s） +3H2O（g）,fm, H （kJmol1）,B2H6（g） + 3O2(g) 36.560,1132.55241.82,9,优质范文,学 海 无 涯,m,rH = 1132.55+3(241.82) 36.56 0,= 1894.57 kJmol1,=,fm, H （kJmol1）,SiH4（g） + 2O2(g) 34.310,m,rH = 910.7 +
14、2(241.82) 34.31 0,SiO2（s） +2H2O（g） 910.7241.82 =1427.25 kJmol1,上述两个反应都放出大量热，因此 B2H6（g）和 SiH4（g）可以作为高能燃料。 7已知下列反应的化学反应热,C（石墨）+ O（2 g）= CO（2 g）,rHm(1) = 393.5 kJmol,1,H2（g）+ (1/2) O2（g）=H2O（l）,rHm(2) = 285.8,kJmol1 C2H6（g）+(7/2)O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l） rHm (3) = 1559.8 kJmol1 不用查表，计算由石墨和氢气化合生成 1mol C2H6（
15、g）反应的rHm。 解：根据 Hess 定律rHm (C2H6) = 2rHm(1) + 3rHm(2) rHm (3) 所以rHm (C2H6) = 2(393.5) + 3(285.8) (1559.8) = 84.6 kJmol1 8在用硝石制硝酸时，下列反应同时发生 （1）KNO3（s）+ H2SO4（l）= KHSO4（s）+ HNO3（g） （2）2KNO3（s）+ H2SO4（l）= K2SO4（s）+ 2HNO3（g）,学 海 无 涯 制得的硝酸中 80%是由反应（1）产生的，20%是由反应（2）产生的。问在 25 制取 1kgHNO3(g)时将放出多少热量？已知 KNO3、H
16、2SO4、KHSO4、HNO3（g）、 K2SO4 的标准生成焓依次为494.63、813.99、1160.6、135.6、1437.79（kJmol 1）。 解：KNO3（s）+H2SO4（l）= KHSO4（s）+ HNO3（g）方程（1）,fm, H /（kJmol1）469.63,813.991160.6135.6,r, H =,f,H (生成物),mmfm,H （反应物）,m,rH (1) = (1160.6 +135.6 ) (494.63 + 813.99 ) = 1344.36 kJmol1,2KNO3（s）+H2SO4（l）= K2SO4（s）+2HNO3（g）方程（2）,fm, H /（kJmol1）469.63,813.991437.79135.6,m,rH (2)= 1437.79) + 2 (135.6) 2 (469.63) + 813.99= 1041.32,kJmol1,HNO3 的相对分子量为 63，,63,10,优质范文,1 kg HNO3 的物质的量 n = 1000 =15.9 (mol),制取 1 k
