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1、1,工科化学(Engineering Chemistry),朱燕舞化工学院应用化学系升华楼421室,合肥工业大学校级精品课程,2,致2012级新同学,勤奋、严谨、求实、创新做人做事 人生规划（Career Design）,3,课程简介,1、总学时：32 学分：2.0 理论课：24 实验：82、教学内容 理论课：主要是上篇的第15章； （适当作一些笔记） 实验课：四个实验； （课前有预习报告，课后有实验报告）；,4,课程简介,实验内容：水质的检验（配合滴定；酸式滴定管；电导率仪）; 醋酸解离度和解离常数的测定（解离平衡，中和滴定，碱式滴定管，pH计）；配位化合物（组成，配位平衡，多相离子平衡，平
2、衡移动）；氧化还原与电化学（原电池，电极电势，氧化还原反应）；实验时间安排在课外，根据实验室的具体情况而定。,5,实验地点: 实验楼5,6,课程简介,课程成绩计算：平时：10%（点名） 实验：15%考试：75%,其它材料见精品课程网页,7,第1章 化学反应的基本原理,方向,速率,程度,8,化学热力学Chemical Thermodynamics,化学动力学Chemical Kinetics,反应能不能发生,反应的吸热放热情况,反应能够进行的程度,反应的快慢,反应的机理,9,1. 系统与环境系统（system）:在化学热力学中被研究的对象;环境 （surrounding）:指系统之外，与系统密切
3、相 关、影响所能及的部分。,1.1 热化学与能量变化,1.1.1 基本概念,系统与环境是人为划定的，可根据讨论问题的需要来确定，两者之间并无严格的界限。系统与环境之间可以有实际的界面，也可以没有实际的界面。,10,11,所谓均匀是指其分散度达到分子或离子大小的数量级。 相与相之间有明确的物理界面，超过此相界面，一定有某些宏观性质（如密度、组成等）要发生突变。,2. 相 相(phase) 是系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。,12,相的分类,气相( g )：任何气体共混，处于一相。 如，H2+N2混合。液相( l )：具体问题，具体分析。 如，水与乙醇混合为一相； 水与CCl4混合为
4、二相； 水(中)与CCl4 (下) 、苯(上)混合为三相。固相( s )：有几种固体物质，就有几个相。如MgO与Al2O3,根据系统中相数不同，可将系统分为单相系统和多相系统 。,13,广度性质（extensive properties）: 有些状态函数，如物质的 量、质量等具有加和性的性质。强度性质（intensive properties）:另一些状态函数，如温度、密度等不具有加和性的性质。,3. 状态与状态函数 由一系列表征系统性质的物理量所确定下来的系统的存在形式称为系统的状态 (state)。用来表征系统状态的物理量称为状态函数 (state function) 。,状态函数的变化量
5、只与变化的始终态有关，与变化过程无关。状态函数的数学组合仍是状态函数。系统各状态函数之间密切关联、相互影响。,14,一个过程可以由多种不同的途径来实现。而状态函数的改变量只取决于过程的始态和终态，与采取哪种途径来完成这个过程无关。即过程的着眼点是始态和终态，而途径则是具体方式。,热力学可逆过程和热力学不可逆过程 （不作要求）,4. 过程和途径 系统的状态发生变化，从始态变到终态，我们就说系统经历了一个热力学过程，简称为过程 (process)。实现这个过程可以采取许多种不同的具体步骤，我们就把这每一种具体步骤称为一种途径 (pathway)。,15,反应进度(the extent of rea
6、ction) 对于一般的化学反应方程式： 可改写为： 或表述为： R表示任意物质， 表示该物质的化学反应计量数，是量纲为1的量（旧称无量纲的纯数），对反应物取负值，对产物取正值。,16,反应进度必须对应具体的反应方程式！,反应进度举例,17,1.1.2 热力学第一定律 系统与环境之间的能量交换有两种方式，一种是热传递，另一种是做功。,1. 热 (heat)热是由于系统与环境之间存在温度差而引起的能量传递（以Q表示）。高温物体低温物体（自发）。热（Q）与途径有关，不是状态函数。,18,2. 功 (work)在化学中的功有体积功、电功和表面功等，本章所研究的仅是体积功，不考虑非体积功，以W表示。功
7、（W）与途径有关，不是状态函数。,热和功符号的规定本书规定，凡是使系统能量增加的为正，反之为负。系统吸热，Q取“+”； （如无机盐溶于水）系统放热， Q取“” （如酸碱中和反应）环境对系统做功，W取“+”；系统对环境做功，W取“”,19,体积功的推导, 体积功：指由于系统体积发生变化而与环境之间所做的功。,用活塞将气体密封在截面积为S的圆柱形筒内，以p代表外压，在恒压下的膨胀过程中，气体将活塞从I位置推到II位置，位移为l。,W = Fl ; F = pS则：W = pS l = p(V1-V2) = pV,恒压过程(isobaric process), 气体膨胀时，V0，则 W0 （系统对环
8、境做功，W0 ） 气体压缩时，V0 （环境对系统做功，W0 ）,20,定义： 指系统内一切能量的总和，(以U表示)。U是状态函数，热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。至今尚无法直接测定，只能测定到 U。U = U2 U1,3. 热力学能 (thermodynamic energy),21,系统与环境之间的能量交换有两种方式，一种是热传递，另一种是做功。在化学中的功有体积功、电功和表面功等，本章所研究的仅是体积功，不考虑非体积功。,U = U2 U1 = Q + W,4. 热力学第一定律(first law of thermodynamics),若封闭系统由状态I变化到状态II，且在
9、这一过程中系统从环境中吸热Q，环境对系统做功W，则系统热力学能的变化量为：,能量守恒,22,1.化学反应的热效应（heat effect）定义：是指当生成物与反应物的温度相同时，化学反应过程中所吸收或放出的热量。化学反应的热效应一般称为反应热，通常有等容反应热和等压反应热两种。,1.1.3 化学反应的热效应和焓, 在恒容、不做非体积功的条件下 ：V = 0，W = - pV = 0，Q = QV （等容反应热） U = U2 U1 = QV, 在恒压、不做非体积功的条件下：W = - pV = - p (V2 V1)，Q = Q P （等压反应热） U = U2 U1 = Q P - p (V
10、2 V1),23, Q p与Q v的关系 ：,P11例1-1,U = QV ， QV = QP pV 由于pV=nRT则： Qp = QV +nRT,24,【例1-1】298.15K时，向刚性密闭反应器中加入1molH2和0.5molO2，完全反应生成1mol液态H2O时放出热量282.1kJ。试计算该温度下生成2mol液态H2O时的恒压反应热。解：QV = -282.1kJ n = 0 - (1+0.5)mol = -1.5mol Qp = -282.1kJ + (-1.5mol)8.314Jmol-1K-1298.15K = -282.1 + (-1.5)8.314298.1510-3 =
11、 -285.8 kJ 生成2mol液态H2O时的恒压反应热为-571.6 kJ。,25,2. 焓(enthalpy)与焓变(enthalpy change),焓可简单地理解为该物质中热的含量 物质内部可供转化为热的能量。焓值越低, 稳定性就越高; 反之亦然。,焓变为化学或物理过程中吸收或放出的热量, 即过程完成之后的终态物质的焓与过程发生之前的始态物质的焓之差。H = H2 H1,由U = U2 U1 = Q P - p (V2 V1)整理可得： Q P =( U2+ p V2 ) (U1 + p V1)令H U+ p V，这里H即为焓，焓的变化简称“焓变”（H ） 显然有： H= H2 H1
12、 = Q P,26, H U+ p V 是热力学函数; 由于H是状态函数U、p、V的组合，所以焓H也是状态函数。 焓变H ： 吸热反应（endothermic），H 0 放热反应（exothermic）， H 0,27,3. 盖斯定律（Hesss law）,定律：在恒容或恒压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。或者化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热（焓变）总是相同的。,H= H1 + H2,28,对于气相系统，每种气态物质的压力均处于标准压力p的状态称为标准态；对于液体或固体，其标准态是指处于标准压力p下的纯液体或纯固体；对于理想溶液，其标准态是指
13、处于标准压力p下，浓度为标准浓度c时的状态，即为该溶液的标准态。,1.热力学标准状态 (standard state),国家标准规定：标准压力 p = 100kPa；标准浓度 c = 1moldm-3；参考温度 T = 298.15K （标准态没有规定温度）。,1.1.4 化学反应的标准摩尔焓变,29,2. 反应的标准摩尔焓变（standard molar enthalpy change of reaction ）,如果参加反应的各物质都处于标准态，则此时反应的摩尔焓变就称为反应的标准摩尔焓变。以符号 来表示，单位kJmol-1 。符号中的下标r表示反应，上标代表标准状态，下标m表示此反应的反
14、应进度 = 1mol。,该反应标准摩尔焓变的意义就是：标准状态下，由2molNO(g)和2molCO(g) 反应生成1molN2(g) 和2molCO2(g) 时的焓变。,2NO (g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g),30,3. 物质的标准摩尔生成焓（standard molar enthalpy of formation ）,对于单质和化合物的相对焓值，规定在标准状态时，由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变，叫做该物质的标准摩尔生成焓，以符号fHm(298.15K)来表示，单位为kJmol-1。 符号中的下标f表示生成反应，上标代表标准状态，下标m表示此生成反应的产物必定是单位物质的量（即1mol），298.15K为参考温度。,31,指定单质通常是温度为298.15K和标准压力p时的最稳定单质。如氢是H2(g)，氧是O2(g)，溴是Br2(l)，碳是石墨，磷例外，指定单质为白磷，而不是热力学上更稳定的红磷。,
