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1、第二章 化学反应的一般原理,2.1.1 化学反应进度1、化学计量数（） N2+3H2 2NH3 (N2 ) = -1, (H2) = -3, (NH3 ) = 22、化学反应进度（）,2.1 基本概念,n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol /mol 0 0 0 0 - - 1 -1 -3 2 1 -2 -6 4 2,2.1.2 系统和环境,1、系统和环境 被划作研究对象的这一部分物体称为系统。而系统之外，与其密切相关的部分称为环境。 隔离系统：系统与环境之间无物质、能量交换。 敞开系统：系统与环境之间有物质、能量交换。 封闭系统：系统与环境之间只有能量交换， 无物质交换
2、。,定义,分类,2.1.3 状态及状态函数 1、状态是体系的总性质 a. 由压力、温度、体积和物质的量等物理量所 确定下来的体系存在的形式称为体系的状态； b. 确定体系状态的物理量称为状态函数； c. 状态函数的特点：状态函数只与体系的始态 和终态有关，而与变化的过程无关。如P、V、 T、n。,P3=303.9kPaT3=473KV3=0.845m3,P1=101.3kPaT1=373KV1=2m3,P1=202.6kPaT1=373KV1=1m3,（I）加压,（II）加压、升温,（）减压、降温,始 态,终 态,图2-1 理想气体两种不同变化过程,2.1.4 过程与途径 1、 状态变化的经过
3、称为过程 (恒温、恒压、恒容、绝热过程）； 2、 完成过程的具体步骤称为途径； 3、状态1 状态2 ： 途径不同，状态函数改变量相同； 4、状态一定时，状态函数有一个相应的确定值。始终态一定时，状态函数的改变量就只有一个唯一数值。 5、等压过程： 压力恒定不变 P = 0；等容过程：V = 0；等温过程：T = 0,298 K，101.3 kPa,298K，506.5 kPa,375 K，101.3 kPa,375 K，506.5 kPa,恒温过程,途径(II),恒压过程,途径,(I),恒温过程,(I),恒压过程,(II),实,际,过,程,图2-2 实际过程与完成过程的不同途径,2.1.5 热
4、和功 1、热： 系统与环境之间因温度不同而交换或 传递的能量称为热； 表示为Q。 系统从环境吸热时，Q为正值； 系统向环境放热时，Q为负值。 2、功：除了热之外，其它被传递的能量叫做功 表示为W。 环境对系统做功时，W为正值； 系统对环境做功时，W为负值。 问题：热和功是否为状态函数？,规定,规定,体积功： W = -P V 单位： J、kJ,热和功不是状态函数，不取决于过程的始态、终态，而与途径有关。,2.1.6 热力学能(内能)和热力学第一定律1、热力学能 体系内部一切能量的总和称为体系的热力学能(U)包括分子运动的动能，分子间的位能以及分子、原子内部所蕴藏的能量。,问题：U 是否为状态函
5、数？ U呢？,U： 绝对值无法确定； 体系状态发生改变时，体系和环境有能量 交换，有热和功的传递，因此可确定体系 热力学能的变化值。 U：可确定。 广度性质，具有加和性，与物质的量成正比；体系与环境之间能量交换的方式；热和功的符号规定。,2、热力学第一定律 Q、W 状态（I） 状态 （II） U1 U2 U2 = U1 + Q + W热力学第一定律数学表达式： U = U2 U1 = Q + W 热力学第一定律： 能量具有不同的形式，它们之间可以相互转化，而且在转化过程中能量的总值不变。,Q与W的正负号,例: 某封闭体系在某一过程中从环境中吸收了50kJ 的热量，对环境做了30kJ的功，则体系
6、在过程 中热力学能变为：,U体系 = （+50kJ）+（-30kJ） = 20kJ,体系热力学能净增为20kJ；问题： U环境= ？,2.2 热化学,化学热力学的研究对象1、研究对象（1）宏观过程的能量变化；（2）化学反应的方向与限度的规律。2、局限（1）不能告诉我们反应进行的快慢（反应速率）；（2）不能说明反应历程。,2.2.1 化学反应的热效应(QP Qv )、焓(H ) 1、反应热（化学反应的热效应） 在化学反应过程中，当生成物的温度与反应物的温度相同，等压条件下反应过程中体系只做体积功而不做其它有用功时，化学反应中吸收或放出的热量称为化学反应的热效应。,2、恒容反应热（ QV ） 若体
7、系在变化过程中，体积始终保持不变（V = 0），则体系不做体积功，即W = 0；这个过程放出的热量为QV 根据热力学第一定律， QV = U 说明：在等容过程中，体系吸收的热量QV（右下标V, 表示恒容过程）全部用来增加体系的热力学能。,3、恒压反应热（Qp） 若体系在变化过程中，压力始终保持不变，其反应热QP（右下标p表示恒压过程） QP = U - W W = - PV = - p（V2 V1） QP = U + pV = U2 U1+p(V2 V1) =（U2 + pV2）- （U1 + pV1） QP = H 即: 在恒压过程中，体系吸收的热量QP 用于 增加体系的焓。,4、焓（H ）
8、 由热力学第一定律： U = Q + W体系对外作功： W = - PV = - p（V2 V1） U = QP + W = QP p（V2 V1） U2 U1 = QP p（V2 V1） QP = （U2 + pV2）-（U1 + pV1） 令 H U pV H：新的函数-焓 则 Qp = H2 H1 = H（H称为焓变） 问题： H是状态函数还是非状态函数？ H呢？,5、H的物理意义 在封闭体系中，在恒压及不做其它功的条件 下，过程吸收或放出的热全部用来增加或减少体系 的焓。 H表示 H = U + pV 焓(H):是状态函数，恒压反应热就是体系的焓变。,6、Qp与Qv之间的关系 Qp =
9、 H = U + p V = Qv + nRT对液态和固态反应，Qp Qv, H U对于有气体参加的反应， V 0, Qp Qv H + 体系从环境吸收热量，吸热反应； H - 体系向环境放出热量，放热反应。7、适用条件 封闭体系，恒温恒压条件，不做有用功。,例：用弹式量热计测得298K时，燃烧1mol正庚烷的恒容反应热为- 4807.12 kJmol-1,求其Qp值。解：C7H16(l) + 11O2(g) 7CO2(g)+ 8H2O(l) n = 7 - 11 = - 4 Qp = Qv + nRT = - 4807.12 + (- 4) 8.314 298/1000 = - 4817.0
10、3 kJmol-1,R = 8.314 J K-1 mol-1 = 8.314 Pam3 K-1 mol-1 = 8.314 kPaL K-1 mol-1,例: 在101.3 kPa条件下，373 K时，反应 2H2(g)+ O2(g) 2H2O(g) 的恒压反应热是 - 483.7 kJ mol 1， 求生成1mol H2O（g）反应时的恒压反应热QP及恒容反应热QV 。,解： 由于H2(g)+ 1/2O2(g) H2O(g) 反应在恒压条件下进行， Qp = H = 1/2(- 483.7) = - 241.9 kJ mol 1, 求 QVH2(g)+ 1/2O2(g) H2O(g) 的期
11、间体物质的化学计量数 B ( n) = - 0.5 pV = BRT = - 0.5 8.314 373 = - 1.55 kJ mol 1 Qp = Qv + nRT Qv = Qp nRT = - 241.9 (-1.55) = - 240.35 kJ mol 1,2.2.2 盖斯定律,1、盖斯定律 1840年，G.H.Hess(瑞士科学家） 不管化学反应是一步完成或分几步完成，这个过程的热效应是相同的，即总反应的热效应等于各步反应的热效应之和。,2、应用条件 注意： 某化学反应是在恒压（或恒容）下一步完 成的，在分步完成时，各分步也要在恒压 （或恒容）下进行； 要消去某同一物质时，不仅要求物质的种 类相同，其物质的聚集状态也相同。,例 ：求反应 C(石墨)1/2 O2(g) CO(g) 的反应热？始态 C(石墨)O2(g) 终态 CO2(g) CO(g) + 1/2O2 已知： C(石墨) O2(g) CO2(g) （1） rHm 1 = - 393.5 kJmol-1 CO(g) 1/2O2(g) CO2(g) （2） rHm 2 = - 283.0 kJmol-1则（1）-（2）得：C(石墨)1/2 O2(g) CO(g) 的rHm 1 为：rHm rHm 1 - rHm 2 -110.5 kJmol-1,
