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1、1.1 理想气体状态方程,第一章 气 体,1.4 真实气体,*1.3 气体分子动理论(无内容),1.2 气体混合物,第一篇 化学反应原理,1.1.1 理想气体状态方程,1.1.2 理想气体状态方程的应用,1.1 理想气体状态方程,气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。,人们将符合理想气体状态方程的气体，称为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。,1.1.1 理想气体状态方程,pV = nRT R摩尔气体常数 在STP下，p =101.325 kPa, T=273.15 K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.4141
2、0-3 m3,R=8.314 kPaLK-1mol-1,理想气体状态方程：,1. 计算p，V，T，n中的任意物理量,2. 确定气体的摩尔质量,M = Mr gmol-1,1.1.2 理想气体状态方程的应用,用于温度不太低，压力不太高的真实气体。,pV = nRT, =, = m / V,3. 确定的气体密度,1.2.1 分压定律,1.2 气体混合物,*1.2.2 分体积定律,组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。 分压： 组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。,1.2.1 分压定律,分压定律：,混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压
3、之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pB,n =n1+ n2+,分压的求解：,x B B的摩尔分数,例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。,解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2),=1.200mol,=0.320mol+0.180mol+0.700mol,p(N2) = p p(NH3)p(O2) = (133.035.520.0) kPa = 77.5 kPa,分压定律的应用,例题：用金属锌
4、与盐酸反应制取氢气。在25下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L。计算反应中消耗锌的质量。,解： T =(273+25)K = 298K p=98.70kPa V=2.50L 298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39,Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g) 65.39g 1mol m(Zn)=? 0.0964mol,n(H2) =,m(Zn) =,=6.30g,=0.0964mol,分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时
5、所占有的体积。,*1.2.2 分体积定律,V = V1 + V2 + ,称为B的体积分数,例题：天然气是多组分的混合物，其组成为：CH4,C2H6,C3H8和C4H10。若该混合气体的温度为25。总压力为150.0kPa，n总=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10) =47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。,解：以CH4的分体积、体积分数为例。,解法一：思路，,需先求出n(CH4),n(CH4) = x(CH4)n总,解法二：,理想气体状态方程仅在足够低的压力下适合于真实气体。,产生偏差的主要原因是： 气体分子本身的体积的
6、影响； 分子间力的影响。,真实气体与理想气体的偏差,1.4 真实气体,a,b称为van der Waals常量。,(V-nb)=V理想等于气体分子运动的自由空间， b为1mol气体分子自身体积的影响。 分子间吸引力正比于(n/V)2 内压力 p=a(n/V)2 p理想=p实际+a(n/V)2,van der Waals 方程,表1-1 某些气体的van der Waals 常量,例题：分别按理想气体状态方程和van der Waals方程计算1.50mol SO2在30有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少至2.00L，其相对误差又如何？,解：已知：T =303K，V=2
7、0.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa m6 mol-2， b=0.563610-4m3 mol-1,第二章 热化学,2.1 热力学术语和基本概念,2.2 热力学第一定律,2.3 化学反应的热效应,2.4 Hess定律,2.5 反应热的求算,2.1 热力学术语和基本概念,2.1.1 系统和环境,2.1.5 化学反应计量式和反应进度,2.1.4 相,2.1.3 过程和途径,2.1.2 状态和状态函数,2.1.1 系统和环境,系统：被研究对象。,环境：系统外与其密切相关的部分。,系统分类 （按系统与环境之间的物质和能量传递情况）： 敞开系统，封闭系统和隔离系统(孤立系统)。,敞开系统
8、：与环境有物质交换也有能量交换。,封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。,隔离系统：与环境无物质、能量交换。,三种系统与环境之间物质和能量的交换情况,选择题： 下列情况中属于封闭体系的是（ ） A）氢气在盛有氯气的密闭绝热容器中燃烧 B）反应N2O4(g） 2NO2(g)在密闭容器中进行 C）氢氧化钠与盐酸在敞口的烧杯中反应 D）用水壶烧开水,答案：B,2.1.2 状态和状态函数,状态：系统的宏观性质的综合表现。由压力、温度、体积和物质的量等物理量所确定下来的系统存在的形式称为系统的状态。 状态函数：描述系统状态的物理量 (p,V,T)。 状态函数的关系： 根据理想气体状态方程：pV=nRT
9、状态函数之间有一定联系。,P2=303.9kPa T2=473K V2=0.845m3,P1=101.3kPa T1=373K V1=2m3,P3=202.6kPa T3=373K V3=1m3,（I）加 压,（II）加压、升温,减压、降温,始 态,终 态,2.1.3 过程和途径,过程： 系统从始态到终态发生的一系列变化。 定温过程：始态、终态温度相等，并且过程中始终保持这个温度。T1=T2 定压过程：始态、终态压力相等，并且过程中始终保持这个压力。p1=p2 定容过程：始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积。V1=V2,途径： 系统从始态变为终态所经历的过程总和，被称为途径。 状态函
10、数的特点是： 其变化值只取决于系统的起始状态和终了状态，而与系统变化所经历的具体途径无关。,2.1.4 相,均相系统(或单相系统) 非均相系统(或多相系统),系统中物理性质和化学性质完全相同的且与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分，叫做相。,是非题： 1）聚集状态相同的物质混在一起，一定是单相体系。 2）系统内相界面越多，则相越多。 思考题： 1） 高炉炼铁反应中， FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) 问该系统中共有几相？,2.1.5 化学反应计量式和反应进度,物质B的化学计量数 规定：生成物为正，反应物为负。,化学反应计量式：,如 WO3(s)+6H2(g )= 6H2O
11、(l)+W(s) ( WO3) = -1, (H2)= -6, (H2O)=6, (W)=1,反应进度():表示化学反应进行程度的物理量。 例如:对化学计量方程： d = B-1 d nB 或 = B-1 nB = B-1 nB 式中：nB为B物质的量， B为B的化学计量数， 为反应进度,单位为mol 。,t0时 nB/mol 3.0 10.0 0 0,t1时 nB/mol 2.0 7.0 2.0,t2时 nB/mol 1.5 5.5 3.0,2.0 7.0 2.0 (mol),3.0 10.0 0 (mol),使用 时应注意： （1）反应进度()的值与选用反应式中何种物质的量的变化进行计算无
12、关。 （2）同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同物质量改变相同，则不同。,2.2 热力学第一定律,2.2.1 热和功,2.2.3 热力学第一定律,2.2.2 热力学能,2.2.1 热和功,系统与环境之间由于存在温差而传递 的能量。,1.热( Q ),热不是状态函数。 规定：系统吸热：Q 0； 系统放热： Q 0。,系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量 。,分类：体积功，非体积功,系统对环境做功，W0（得功）,2.功( W ),规定：,功不是状态函数,体积功的计算：,2.2.2 热力学能,热力学能(U)： 系统内所有微观粒子的全部 能量之和，也称内能。 U是状态函数。,热力学能变化只与
13、始态、终态有关，与变化途径无关。,2.2.3 热力学第一定律,对于封闭系统热力学第一定律的数学表达是为：,热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。,U2 = U1 + Q + W U2 - U1 = Q + W,2.3 化学反应的热效应,2.3.1 定容反应热,2.3.5 标准摩尔生成焓,2.3.4 热化学方程式,2.3.3 rUm和rHm,2.3.2 定压反应热,2.3.6 标准摩尔燃烧焓,封闭系统，在定容过程中，系统和环境之间交换的热量为定容反应热。用QV表示。 因为：V = 0，所以：体积功W = 0； QV = U 即，在定容且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统热力
14、学能的增加。,2.3.1 定容反应热,封闭系统，在定压过程中，系统和环境之间交换的热量为定压反应热。用Qp表示。若系统不做非体积功，则：,2.3.2 定压反应热,令：U + pV = H 焓，状态函数 H = H2 H1 焓变 则：Qp = H 即，在定压且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统焓的增加。,对于无气体参加的反应，W = pex V=0,有气体参加的反应：,2.3.3 rUm和rHm,标准状态：,表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓变)关系的化学反应方程式。,2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),气体：T，p = p =100kPa,液、固体：T，p 下，纯物质,
15、溶液：溶质B，bB=b =1molkg-1,cB=c =1molL-1,2.3.4 热化学方程式,2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),2H2(g)+O2(g) 2H2O(l),H2(g)+ O2(g) H2O(g),在温度T下,由参考状态单质生成物质B(B=+1)反应的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔生成焓。,H2(g)+ O2(g) H2O(g),2.3.5 标准摩尔生成焓,在温度T下, 物质B (B= 1)完全氧化成指定产物时的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔燃烧焓。,2.3.6 标准摩尔燃烧焓,2.4 Hess定律,化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的。,例：已知298.15K下，反应：,计算298.15K下，CO的标准摩尔生成焓。,解：解法一：利用Hess定律,途径1,途径2,解法二：,2.5 反应热的求算,2.5.1 由标准摩尔生成焓计算 反应的标准摩尔焓变,2.5.2 由标准摩尔燃烧焓计算 反应的标准摩尔焓变,=490.25+6(-241.82) -4 (-46.11)-0kJmol-1,= 905.4
