工程应用化学_第一章化学热力学.ppt

第一章　化学热力学初步 　　　化学热力学： 　研究化学过程中各种形式的能量相互转化时遵循的规律的科学。是从物理和化学现象中所发生的能量转化的观点来研究各种物理和化学现象。 　　化学热力学研究的问题（1）判断化学反应的自发性；（2）判断反应的最大限度；（3）研究化学反应的能量变化；（4）运用原理解释化学反应的现象。 　　化学热力学研究的方法化学热力学是讨论大量物质的平均行为，即物质的宏观性质，不涉及个别或少数分子或原子的微观性质，因此不需要知道物质的内部结构、过程如何完成，不涉及时间概念，只与过程的最初状态、最终状态和外界条件有关。 1.1　基本概念及术语 1.1.1　系统和相 体系与环境 相 　　在0℃时，一只烧杯中盛有水，水上面浮着两块冰，问水和冰组成的系统中有几相？如果撒上一把食盐，并设法使其全部溶解，保持系统的温度仍为0 ℃不变（此时冰点下降），将有什么现象发生？此时系统有几相？如果再加入　一些硝酸银溶液，又有什么现象发生？此时系统有几相？如果还加入一些CCl4，将发生什么现象？此时系统有几相？ 　　两种聚集状态，五个相：Fe（固态，固相1），FeO（固态，固相2），Fe2O3（固态，固相3），Fe3O4（固态，固相4），H2O（g）和H2（g）（同属气态，一个气相5） 练习 　高温下水蒸气对钢的化学腐蚀特别严重。其反应如下：Fe+H2O(g)=FeO+H2(g) 2Fe+3H2O(g)=Fe2O3+3H2(g) 3Fe+4H2O(g)=Fe3O4+4H2(g) 试问：若将上述三个反应作为一个系统来研究，这个系统共有几种聚集状态？几个相？用化学符号表示各物质所属的聚集状态和相。 3.体系分类 体系分类 体系分类 　　20℃的实验室内，把一只盛有水和冰，但没有盖子的瓶子作为一个系统来研究，那么该系统称为什么系统？它与环境交换些什么？若盖上盖子密封，则情况怎样？这个系统称为什么系统？若将这个用绝对隔热（实际上是不可能的）石棉包裹，情况又如何？这个系统称为什么系统？如果把整个实验室作为一个孤立系统来讨论，此时需要什么条件？ 敞口系统，物质和能量；与环境只有能量交换，封闭系统；孤立系统；与环境没有物质和能源交换。 4.体系的性质 Δn（H2）=ξ×ν（H2）= 0.5 mol×(－2) = －1 molΔn（H2O）=ξ×ν（H2O）= 0.5 mol×2 = 1 mol  消耗掉1 mol H2，生成1 mol H2O。 已知化学反应方程式：O2＋2H2＝2H2O，反应进度ξ＝0.5mol时，问消耗多少H2，生成了多少H2O？ 热和功的相同点　　都是能量，都不是系统的状态函数，都是与过程相联系的物理量。 热和功的不同点 　　热通过分子的无规则运动形式表现出来，功是通过分子有规则的运动形式表现出来，功能完全转换为热，而热不能完全转换为功。 热力学能的变化 化学反应的实质是分子中的原子重新组合变成另外分子的过程 在原子重新组合的过程中，原子可视为基本不变，实际变化的是价电子的运动状态，或者说是核外电子的能量状态 在宏观上，电子的能量变化是通过其所依附的原子、分子及由它们组成的宏观系统——气体、液体、固体等的变化表现出来 能量是对物质运动的最一般的度量。能量是状态的单值函数 能量有多种形式，可以互相转换和传递，但不能消灭也不能创生 ?U（系统）= Q + W= Q－p?V 　＝75 kJ ?100 kPa×（135－25）L ×10-3 = 64 kJ ?U（环境）= Q + W = Q－p?V  　= －75 kJ ?100 kPa×（ 25 －135）L ×10-3 　　　　= －64 kJ?U（系统）＋ ?U（环境）＝0 某理想气体在恒定外压（100kPa）下吸热膨胀，向环境吸收75kJ的热量，其体积从25L膨胀到135L，试计算系统和环境热力学能的变化。 化学反应中的热力学能变化和焓变 等容过程中的热量 QV 测定 在298K时 (a)2Cu(s)+O2(g)==2CuO(s) ?Ha=-310kJ/mol (b) 2Cu(s)+1/2O2(g)==Cu2O(s) ?Hb= ? (c) Cu2O(s) + 1/2O2(g)==2CuO(s) 　　　　　　　　　　　?Hc=-143kJ/mol 求：?Hb 已知下列反应的反应热 (a) C (石墨)+O2(g)==CO2(g) ?Ha=-393.5kJ/mol (b) H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l) ?Hb= -285.8kJ/mol (c) CH4(g) + 2O2(g)== CO2(g) +2 H2O(l)