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1、第三节化学反应中的能量关系无机化学多媒体电子教案第一章 化学反应中的 质量关系和能量关系第三节 化学反应中的能量关系2018/6/15化学反应是反应物分子中旧键的削弱、断裂和产物分子新键形成的过程。前者需要吸收能量, 后者则会释放能量。 因此，化学反应过程往往伴随有能量的吸收或释放。2018/6/15如：煤燃烧时放热；碳酸钙分解要吸热；原电池反应可产生电能；电解食盐水要消耗电能；镁条燃烧时会放出耀眼的光；叶绿素在光作用下使二氧化碳 和水转化为糖类。2018/6/151-3- -1 1基本概念和术语基本概念和术语 1-3-1 基本概念和术语 体系和环境 体系: 所需研究的那部分物质或空间。 环境
2、: 体系之外与体系有一定联系的其它物质或空间。体系环境物质 能量体系敞开体系 封闭体系 开放体系2018/6/15状态和状态函数状态函数： 能表征体系特性的宏观性质称为状态函数 如 物质的量、压力、体积、温度 状态函数的特点： (1)体系的状态一确定，各状态函数均有确定值。 (2)体系状态发生变化时,各状态函数的改变量，只与始态和终态有关,与变化的途径无关。 (3)描述体系所处状态的各状态函数之间往往是有联系的。2018/6/15状态和状态函数状态函数的特点： (1)描述体系所处状态的各状态函数之间是有联系的。 (2)体系的状态一确定，各状态函数均有确定值。 (3)体系状态发生变化时,各状态函
3、数的改变量，只与始态和终态有关,与变化的途径无关。理想气体 T=280K理想气体 T=300K理想气体 T=350KT=350K-300K=50K2018/6/15功和热热(Q)：体系和环境之间因温度不同而传递或交换的能量的形式。功和热是体系的状态发生变化时，体系和 环境传递或交换能量的两种形式。体系吸热，Q为正值；体系放热，Q为负值。 功(W)：除了热之外其它传递或交换的能 量形式。功体积功:体系体积变化反抗外力所做的功 非体积功: 除体积功外的功，如电功环境对体系做功，W为正值； 体系对环境做功，W为负值。注意 功和热不是状态函数单位均为J、kJ2018/6/15热力学能(以往称内能)热力
4、学能(U)体系内部能量的总和。 包括体系内分子的内动能、分子间相互 作用能、分子内部能量，但不包括体系 整体运动的动能和在外力场中的位能。 由于体系内部质点的运动及相互作用很 复杂，所以体系热力学能的绝对值无法 测知。 单位J、kJ 是状态函数 U = U(终态) - U(始态)2018/6/15在任何变化过程中，能量不会自生自灭， 只能从一种形式转化为另一种形式，能量 总值不变。能量守恒定律热力学第一定律封闭体系：始态(1) 终态(2)U = U2 - U1 = Q + W热力学能的变化等于体系从环境吸收的热 量加上环境对体系所做的功。2018/6/151-3-2 1-3-2 反应热和反应焓
5、变反应热和反应焓变 1-3-2 反应热和反应焓变化学反应时，如果体系不做非体积功，当反 应终态的温度恢复到始态的温度时，体系所 吸收或放出的热量，称为该反应的反应热。如： 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) Qp=-571.66kJmol-1H2(g)+ O2(g)H2O(l) Qp=-285.83kJmol-11 2通常,反应热的数值为反应进度=1 mol(即发 生1摩尔反应) 时的反应热。 2018/6/15恒压反应热和反应焓变 恒压反应热: 化学反应在恒温恒压条件下 进行，如果体系不做非体积功，此时的反 应热称为该反应的恒压反应热。有气体参入的反应：反应始态(1)反应终态(2)U =
6、 Qp + W= Qp - pV恒压反应热不等于体系热力学能的变化2018/6/15反应焓变 U = Qp + W= Qp - pVU2-U1=Qp - p (V2-V1) Qp=(U2+pV2) (U1+ pV1)焓: H = U + PV说明：（1）H 无明确物理意义（2）H 是状态函数（3）单位J、kJ（4）绝对值无法测知H = H2 - H1 = Qp2018/6/15反应焓变H = H2 - H1 = Qp化学反应在封闭体系中、恒压条件下 进行，如果体系不做非体积功：化学反应的焓变等于恒压反应热 吸热反应：Qp 0, H 0 放热反应：Qp 0, H 0 如：2H2(g) + O2(
7、g) 2H2O(l) HQp=-571.66kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-11 22018/6/15热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式rHm摩尔反应焓变rHm = -241.82 kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(g) 298.15K 100kPa如1 2表示在298.15K、100kPa下，当反应进度=1mol时(1mol H2(g)与 mol O2(g)反应， 生成1molH2O(g)时)，放出241.82kJ热量。1 22018/6/15热化学方程式注意：1.注明反应的温度、压力等。 2.注明各物质的
8、聚集状态。如rHm = -241.82 kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(g) 298.15K 100kPa1 23.同一反应,反应式系数不同, rHm不同 。rHm = -483.64 kJmol-12H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 4.正、逆反应的Qp的绝对值相同, 符号相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-11 2 Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-11 22018/6/15赫斯(Hess)定律 在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做 非体积功，则反应热只取决于反应的始态
9、 和终态，而与变化过程的具体途径无关。 即化学反应的焓变只取决于反应的始态和 终态，而与变化过程的具体途径无关。C(s) + O2(g)rHmCO(g) + O2(g)1 2H1H2CO2(g)rHm= H1+ H2应用赫斯定律不仅可计算某些恒压反应 热，而且可计算难以或无法用实验测定 的反应热。H1 = rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1 =-110.53 kJmol-12018/6/151-3-31-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准应用标准摩尔生成焓计算标准 摩尔反应焓变摩尔反应焓变 1-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变 标准(状)态物质标准态气体
10、标准压力(p =100kPa)下纯气体液体 固体标准压力(p =100kPa)下纯液体、纯固体、 溶液中 的溶质标准压力(p )下质量摩尔浓度为 1molkg-1(近似为1molL-1) 2018/6/15标准摩尔生成焓 定义：标准态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质的焓变(即恒压反应热)。 符号： fHm 单位： kJmol-12. fHm代数值越小, 化合物越稳定。 3.必须注明温度，若为298.15K时可省略。1.最稳定纯态单质fHm=0, 如fHm(石墨)=0。注意：高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解-635.09CaO(s)稳定性fHm/(kJmol-1)物质2
11、018/6/15标准摩尔反应焓变的计算 化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物 的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标 准摩尔生成焓的总和。 化学反应： cC + dD = yY + zZ (任一物质均处于温度T的标准态)rHm = yfHm(Y) + zfHm(Z)- cfHm(C) + dfHm(D)rHm =ifHm (生成物)+ifHm (反应物)计算时,注意系数和正负号2018/6/15计算时,注意系数和正负号计算恒压反应: 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)的rHm 例1解：4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g) fHm/kJmol-1 -46.11 0
12、 90.25 -241.82rHm = 4fHm(NO,g) + 6fHm(H2O,g)- 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g) =4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1 = -905.48kJmol-12018/6/15(rHm)3=2(rHm)2=-22.6 kJmol-1 反应rHm/kJmol-1序号2Cu2O(s)+O2(g) 4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s) Cu2O(s)-11.3计算fHm(CuO,s)。例2解:(2)式2=3式 2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)(3)式+(1)式=4式 2Cu(s)+O2(g)2CuO(s) (rHm)4=(rHm)3+(rHm)1 =-314.6 kJmol-1 2 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 fHm(CuO,s)= = =-157.3kJmol-12018/6/15第三节结束第三节结束第三节 结束第一章 化学反应中的 质量关系和能量关系无机化学多媒体电子教案Date
