大学化学1-反应热.ppt

第一章 化学反应热;1.1 几个基本概念 ;;;1.1.2 状态与状态函数 ; 如一杯水的始态是20℃、100kPa、50克，其终态是60℃、100kPa、50克。不管采取什么途径，其温度的改变量ΔT都是40℃。 ;1.2 热力学第一定律 ;1.2.1 热力学第一定律的内容;1.2.2 功和热; 热力学中将功分为体积功（膨胀功）和非体积功（有用功），即Ｗ＝Ｗ体+Ｗ有。热力学中把除体积功以外的功统称为有用功（或称非体积功），以Ｗ有表示，如电功、表面功等。 化学反应如要做有用功，则需要特别的按排或者需要一定的装置。热力学系统体积变化时对环境（外界）所作的功称为体积功。体积功对于化学过程有特殊意义，因为许多化学反应是在敞口容器中进行的。如果外压p不变，这时的体积功为W体＝-PΔV。 ;1.3 化学反应的反应热 ; 1855年，伦塔斯脱姆运用其独特的思维方法，想出了一个巧妙而简单的方法，解决了上述难题。 他把引火剂分成两部分，用可燃物氯酸钾、二氧化锰等及树胶调成浆糊沾在浸过石蜡的小木棒上制成火柴头；把红磷、细沙做成胶粘涂在火柴盒的侧面做成火柴皮。火柴头只有在火柴盒的侧面上摩擦时才会点着。这种火柴既没有毒，又不易引起火灾，因此被称为“安全火柴”。 KClO3+H2SO4（浓）＝KHSO4+HClO3 HClO3不稳定又分解成O2和Cl2等。同时上述反应又放出大量的热，所以火柴自燃。 ; 化学反应热是指有用功为0，等温过程的反应热，通常还要有等容或等压的条件。因此有等容反应热和等压反应热两种。;1.3.1 等容反应热 ;1.3.2 等压反应热 ; 因为我们遇到的化学反应，大部分是在100kPa下，在敞口容器中进行的，而且许多反应都伴有明显的体积变化。所以，我们遇到的反应大部分是在等压下进行的，其反应热是等压反应热，刚好和焓变数值相同。故通过焓变值ΔH 就可以知道恒压反应热的大小了。因此就用ΔH表示等压反应热。今后我们提到化学反应热，不加特殊说明都指等压反应热。 ;例 1.1 在等温T、压力p及非体积功W有＝０的条件下，要实验测得反应C+1/2O2=CO 的反应热是很困难的。因为无法保证只生成CO???而没有CO2生成。但我们可以设计如下反应，如下图所式 ： ; 式中的下脚标r表示是化学反应的热效应，m表示是1mol反应（1mol反应先可以简单理解为按所给的反应方程式进行的反应）。在100kPa和298K下，已经测得反应（1）和反应（3）的等压反应热（这应是可以做到的）分别是 ; 解：从分析四个反应可知，（3）-（1）+（2）=（4） 代入有关数据，可得反应（4）的ΔrHm= - 41 kJ·mol-1。 ;1.3.3 热力学标准态 ;1.3.4 单质和化合物的标准（摩尔）生成焓 ; 如果是氯化氢（HCl）和硫酸钠（Na2SO4）这类电解质，它们在水中将解离成正、负离子，而各种正、负离子在水溶液中都有不同程度的水合，形成水合离子。显然，这些水合离子总是正、负离子同时存在。因此，不可能测定任意单独水合正离子和水合负离子的焓值。在化学热力学中，对于水合离子规定其浓度（确切地说应为活度，关于活度的概念将在后面介绍）为1 mol·L-1的条件为标准态，并规定298K时，水合H+离子的标准生成焓值为零。 书末的附录表中列出了一些单质和化合物的标准生成焓的数据（附录中标准生成焓数据）。 ;1.3.5 化学反应标准（摩尔）焓变的计算 ; 即对一个化学反应，其化学反应热可按下式计算 Δr HΘm ＝∑Δf HΘm,生成物 - ∑Δf HΘm,反应物 （1.5） 如对任一化学反应 aA+fF＝gG+dD 则有 Δr HΘm＝gΔf HΘm,G+dΔf HΘm,D-aΔf HΘm,A-fΔf HΘm， F （1.6） （1．6）式中，νB为相应的化学计量数，对反应物取负值，对产物取正值。利用上述关系式即可计算化学反应的热效应。 由于煤中含有S，因此在烧煤时会产生SO2，或SO3，而造成环境污染（形成酸雨），治理硫氧化物污染可利用以下反应。 ; 例1.3 试计算反应 SO3（g）+CaO（s）＝