第一章化学反应中的质量和能量关系.ppt

无机化学 主讲：秦华 绪 言 《无机化学》课程的主要内容 分压定律的应用 1molN2 T=273.15K P=101325Pa V=22.4L 恒温加压 1molN2 T=273.15K P=202650Pa V=11.2L （Ⅰ） P=50662.5Pa V=44.8L P=405300Pa V=5.6L 恒温减压 恒温加压 恒温加压 恒温减压 （Ⅱ） （Ⅲ） △P=101325Pa △V=-11.2L （始态） （终态） 3. 热和功 热（Q）： 体系和环境之间因温差而传递的能量。 功（W）： 除了热以外，其它各种形式被传递的能量。 体积功 非体积功 符号规定： 体系由环境吸热Q为+；体系向环境放热Q为-。 环境对体系作功W为+；体系对环境作功W为-。 注意： 功和热与变化的路径有关，不是状态函数。 4. 热力学能（内能，U） 说明：内能(U)是状态函数，是体系的容量性质，具有加合性。其绝对值无法测定，可测定其变化值。 5. 热力学第一定律（能量守恒定律） 在任何过程中，能量是不会自生自灭的，只能从一种形式转 化为另一种形式，在转化过程中能量的总值不变。 数学表达式：?U=Q+W 内能是体系内一切能量的总和，包括体系内各种物质的分子或 原子的位能、振动能、转动能、平动能、电子的动能以及核能 等等。 环境 体系 反应物 环境 体系 产物 放热反应过程的能量变化 环境 反应物 体系 吸热反应过程的能量变化 环境 体系 产 物 例2 某体系开始的内能为U1，(1)它从环境吸收600J的 热量，并对环境作功450J； (2)它从环境吸收100J的热量，环境对它作功50J。 求内能的变化值?U及终态内能U2。 解：(1) ?U=Q+W=600J+(-450J)=150J ?U=U2-U1 U2=U1+150J (2) ?U=Q+W=100J+50J=150J ?U=U2-U1 U2=U1+150J 说明：体系的始态、终态相同，内能的变化量相同，内能是状态 函数；而热和功的变化与具体路径有关，所以热和功不是状态函数。 1.4.2 反应热和反应焓变 定义：H=U+PV QP=H2-H1=?H H称为焓， ?H称为焓变。 P恒定，并且体系不作非体积功，此时的反应热称为恒压反应热， 用Qp表示: Qp= ?U-W= ?U+P ?V=(U2-U1)+P(V2-V1)= (U2-U1)+(PV2-PV1) =(U2 +PV2 )-(U1+PV1) 1.等压反应热和反应焓变 说明：(1) 恒压反应热Qp= ?H (2) 符号规定：放热反应： ?H0；吸热反应： ?H0。 (3) H是状态函数。即焓变?H只取决于体系的始态和 终态，与过程无关。 H和U一样不能确定其绝对值，只能确定其变化值。 (5) 对于反应物和生成物均为固体或液体的化学反应， ?V很小， 可近似认为： ?H≈ ?U。 例5 已知化学反应：NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s) 298.15K, 101325Pa下， ?H=-175.3KJ.mol-1 ，求该反应的内能变化。 Qp和Qv的关系 同一反应的恒压反应热和恒容反应热不同，它们的关系为：Qp = Qv + ?n RT； ?H = ?U + ?n RT 解： ?U= ?H- ?nRT= -175.3kJ.mol-1 –(-2)8.314J.mol-1.K-1 298.15K =-170.3kJ.mol-1 2. 热化学方程式 (1) 2H2(g)+O2(g)→2H2O(g) Qp=△rHm=-483.6kJ.mol-1 (2) H2(g)+1/2O2(g)→H2O(g) Qp=△rHm= -241.8kJ.mol-1 (3) 2H2(g)+O2(g)→2H2O(l) Qp=△rHm=-571.66kJ.mol-1 书写热化学方程式应注意问题： （1） 标明物质的聚集状态。g-气态；l-液态；s-固态。 （2） 反应物、产物要配平 （3） 反应的焓变（热变化），是指“1 mol 反应”， 与反应式 的写法有关。 （4） 正、逆反应焓变的绝对值相等，符号相反。 因此：2H2O(l)→2H2(g)+O2(g) △H☉= 571.66kJ.mol-1 ?rHm ( 3 )