物理化学教学课件 热力学第一定律4.pptVIP

* 一、化学反应的热效应 1 第八节 热化学 研究化学反应中热效应的科学称为热化学。 对一化学反应体系，在反应过程中除了体积功外不做其它功，使产物的温度与反应物的温度相同时，体系所放出或吸收的热量，称为该化学反应的热效应，简称反应热。 1：等容热效应QV与等压热效应Qp QV=ΔrU=(∑U)产物－(∑U)反应物 Qp= ΔrH=(∑H)产物－(∑H)反应物 2 ∵ H = U + pV，对等压下进行的化学反应 ΔrH = ΔrU + Δ(pV) =ΔrU + pΔV （1）若反应体系中只有固体和液体，则ΔV很小，故ΔrH≈ΔrU （2）若反应中有气体参与，则ΔV不能忽略，假如参与的气体可看作理想气体，则 pΔV =p2V2－p1V1=n2RT－n1RT= RTΔn ∴ ΔrH = ΔrU + RT△n Qp= Qv + RT△n Δn为气体产物与气体反应物的摩尔数之差 例：在量热器中进行下列反应： Zn(s) + H2SO4(aq) ZnSO4(aq) + H2(g) 测得在298.15K时反应热为-145.57kJ/mol，求此反应的ΔrU及ΔrH。 3 二、反应进度 任意化学反应的计量方程： aA ＋ dD ＝ gG ＋ hH 用B表示反应体系中的任意物质，υB为其在计量方程中的系数，υB对反应物取负值，对产物取正值，即 B： A D G H υB： -a -d g h 通式： 4 说明：化学反应中，A、D、G、H量的变化是彼此相关联的，受各物质的化学计算系数的制约。 任意反应 aA + dD = gG + hH t = 0 nA,0 nD,0 nG,0 nH,0 t = t nA nD nG nH 反应进行到t时刻的反应进度ξ定义为： 5 (1.36) ξ的量纲为 mol ① ξ= 1 mol，表示化学反应按化学计算方程式进行了一个单位的反应 ② 反应进度随化学方程式写法的不同而不同 ③ 反应进度为1 mol时引起体系的焓变和内能的变化分别称为摩尔反应焓变ΔrHm和摩尔反应内能变化ΔrUm 用任一反应物或产物所表示的反应进度都是相等的。 6 对于上述反应则 Note: ΔrHm，ΔrUm分别为按所书写的化学计量方程式进行一个单位所产生的焓变和内能变化，其值取决于化学计量方程式的具体形式。 7 例：正庚烷的燃烧反应为： C7H16(s) + 11O2(g) = 7CO2(g) + 8H2O(l) 将1.2500g正庚烷在298.15K下于弹式量热计中燃烧，产生热量60.089kJ，试求该反应在298.15K及Pθ进行时的定压反应热效应ΔrHmθ 三、热化学方程式 8 表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。 写热化学方程式时应注意如下几点： 1、应注明物质的状态（g、l、s，晶型） 2、应注明压力、温度，若不特别注明，即表示p=100kPa，T=298.15K 它表示，在25℃，处于标准压力下，1mol SO2与0.5mol O2完全反应，生成1mol SO3时，放热98.28kJ。 ΔrHmθ称为反应的标准摩尔焓变。 热化学方程式代表一个完成的反应。 当物质的状态，反应进行的方向和化学计量数等不同时，热效应ΔrHm的数值和符号也不同。 9 Note: 量热计的工作原理：把用导热性能良好的材料制成的反应器放入充满了水的绝热容器中，使反应在反应器中进行。如果反应放热，则所产生的热将传入水中使水升温。准确测量出水温的变化。因为水的量及其它有关附件的热容均为已知，因此根据温度的变化很容易折算出反应所放出的热。 Q = C（T2－T1） 10 热效应的测量——量热计 弹式量热计(bomb calorimeter) H2O 温度计 通电导线 搅拌器 通入 O2 绝热壁 反应物 11 第九节 化学反应热效应的计算 一、赫斯定律(Hess’s law) 一个化学反应不论是一步完成还是分几步完成，其热效应（等容热效应或等压热效应）总是相同的。 赫斯定律的重要意义：它使得热化学方程式像代数方程式那样进行运算，可使某些难于测量或不能直接测量的化学反应热效应，通过已被准确测定的化学反应热效应计算得到。 只适用于非体积功为零的等容或等压反应。 12 已知： 求： ΔrHm,1=-393.3kJ/mol ΔrHm,2=-282.8kJ/mol ΔrHm,3 分析： 13 ΔrHm,3=ΔrHm,1－