物理化学热化学.ppt

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1、热化学和化学反应的热效应 研究化学反应的热效应的科学反应进度反应进度 （1 1）化学计量系数）化学计量系数 与反应进度与反应进度 BBn aA + dD = gG + hH 0=SSB BRB 反应进度反应进度是是按指定反应方程式为单元按指定反应方程式为单元来表示反应进行的程度。来表示反应进行的程度。 n化学计量数，化学计量数，无纲量（或量纲为无纲量（或量纲为1 1）；）；与反应方程式中物质的系数有关；产物的与反应方程式中物质的系数有关；产物的计量数为正，反应物为负。计量数为正，反应物为负。与与nn的单位相同，均为的单位相同，均为molmol。 对于反应对于反应 3H3H2 2 + N+ N2

2、 2 = 2NH= 2NH3 3 =1mol =1mol 表示有表示有3mol H3mol H2 2和和1mol1mol的的N N2 2消失，产生了消失，产生了2mol NH2mol NH3 3，即按指定的，即按指定的上述反应计量方程式为单元进行了一上述反应计量方程式为单元进行了一个单元的反应。个单元的反应。热化学热化学化学反应过程的化学反应过程的U和和H 一、化学反应热效应一、化学反应热效应 1.热效应：热效应： 只做体积功时，体系发生化学反应，只做体积功时，体系发生化学反应，使产物的使产物的温度回到开始时反应物的温度温度回到开始时反应物的温度，体系所吸收的，体系所吸收的（+）or 放出（放

3、出（-）的热量）的热量 (Q) 。（恒。（恒T） 伴有状态函数变化伴有状态函数变化U、H，也有过程函数也有过程函数W、Q等。等。 恒容过程：恒容过程：QV = U，记为，记为rU 恒容热效应恒容热效应 恒压过程：恒压过程：Qp = H，记为记为rH 恒压热效应恒压热效应说明：说明：a）讨论的反应，）讨论的反应，W=0b）化化学学反反应应一一般般在在等等T, P或或T, V下下发发生生2）热效应的测量）热效应的测量氧弹量热器氧弹量热器氧弹：氧弹：合金钢，耐压，传热好，内充氧合金钢，耐压，传热好，内充氧水和容器的比热已知水和容器的比热已知1）氧弹量热器氧弹量热器得到得到 QV计算计算 QPTCQV

4、2.恒压热效应与恒容热效应的关系恒压热效应与恒容热效应的关系反应物反应物，T，p1，V1生成物生成物，T，p1，V2 恒压恒压()rH=Qp生成物，生成物，T，p2，V1 恒容恒容()rU=QV 恒温恒温() H ， UrH= rH+ HrH= rU+p2V1p1V1rH= rU+p1V2p2V1rH= rU+ U+p1（V 2V1）产物是理想气体或凝聚态物质都有：产物是理想气体或凝聚态物质都有：rU=0则：则：rH= rU+ p1（V 2V1）即：恒压热效应即：恒压热效应 = 恒容热效应恒容热效应 +p V rH = rU +p V（1）对凝聚态反应体系：）对凝聚态反应体系： V0则：恒压热

5、效应则：恒压热效应 恒容热效应，恒容热效应， rH rU 或或 rHm rUm（2）纯气相反应或有气体参与的多相反应）纯气相反应或有气体参与的多相反应其中的气体可视为理想气体，其中的气体可视为理想气体， p V = RT n(g)即：即：rH = rU +p V = rU + RT n(g)或：或： rHm = rUm+)g(BRT例例1-7 在在T=298.2K下，将正庚烷置于密闭的容器中燃烧，测得定容下，将正庚烷置于密闭的容器中燃烧，测得定容反应热为反应热为-4.807106 J. mol-1,求定压反应热。求定压反应热。 C7H16(l) + 11O2(g) = 7CO2(g) + 8H

6、2O(l)300 K时，将时，将2 mol Zn片溶于过量的稀硫酸中，若反应在片溶于过量的稀硫酸中，若反应在敞口容中进行时放热敞口容中进行时放热Qp，在封闭刚性容器中进行时放热，在封闭刚性容器中进行时放热QV，则，则QV -Qp= _ J。 二二. 热化学方程式热化学方程式（化学反应与热效应的关系）（化学反应与热效应的关系）在标准压力（在标准压力（ =101.325 kPa）和温度）和温度T下，反应进下，反应进度为度为1摩尔（摩尔（=1mol）时的反应热效应称为标准摩）时的反应热效应称为标准摩尔反应热效应，记为尔反应热效应，记为rHm、rUm。例例：SO2 (g, P) + 21O2 (g,

7、P) PK,298S SO O3 3( (g, P) rHm m( ( 2 29 98 8K K ) )= - 98.29 KJmol-1与物质的物态（相态）；反应方程式进行的方向；化学物质的物态（相态）；反应方程式进行的方向；化学计量数有关。计量数有关。 1.物质的物态（相态）物质的物态（相态）H2(g)+I2(s)=2HI(g) = 53.0kJ.mol-1H2(g)+I2(g)=2HI(g) =-9.44kJ.mol-1 2.反应方程式进行的方向反应方程式进行的方向H2(g)+I2(s)=2HI(g) = 53.0kJ.mol-12HI(g)= H2(g)+I2(s) =-53.0kJ.

8、mol-1 3.化学计量数有关化学计量数有关 3H2(g)+N2(g)=2NH3(g) =-92.38kJ.mol-13/2H2(g)+1/2N2(g)=NH3(g) =-45.9kJ.mol-1 C（石墨）（石墨） + O2（g） CO2（g）1mrmolkJ51.393)K298( H要求：要求：（1）完整的化学计量方程式；（）完整的化学计量方程式；（2）注明）注明反应的温度和压强反应的温度和压强(或体积或体积)，如：，如：（3）注明反应体系中各物质的存在形态，包括）注明反应体系中各物质的存在形态，包括 s，l，g，晶型等。，晶型等。)K298(mr H C(石墨石墨) + O2(g) =

9、 CO2(g) rHm(1) 可测可测) CO (g) + 0.5O2(g) = CO2(g) rHm(2) 可测可测 C(石墨石墨) + 0.5O2(g) = CO(g) rHm = rHm(1) rHm(2) 盖斯定律（反应时间长，或者在反应得不到的，无盖斯定律（反应时间长，或者在反应得不到的，无法测量热效应）法测量热效应） C(石墨石墨) + 0.5O2(g) = CO(g) rHm = ? ecc A(始态始态)B(末态末态)恒压恒压,一步完成一步完成 QpC(中间态中间态)Qp,1Q”p,1D(中间态中间态)E(中间态中间态)二步完成二步完成Qp,2Q”p,2Q”p,2三步完成三步完

10、成(中间态中间态)1(中间态中间态)i(中间态中间态)nn步完成步完成Qp,nQ(n+1)p,n按盖斯定律有按盖斯定律有:Qp = Qp,1 + Q”p,1 = Qp,2 + Q”p,2 + Q”p,2 = Qp,n + Q”p,n + + Q(n+1) p,n即，热化学方程可以进行代数式一样的加减运算即，热化学方程可以进行代数式一样的加减运算,故，热效应也可以进行对应的运算。故，热效应也可以进行对应的运算。在在W,=0的条件下，的条件下，rH = Qp，因此，热效应因此，热效应的代数和运算就是状态函数的代数和运算。的代数和运算就是状态函数的代数和运算。(1)涉及的各反应必须有完整的热化学方程

11、；涉及的各反应必须有完整的热化学方程；(2)各反应的条件完全相同；各反应的条件完全相同；(3)无非体积功存在。无非体积功存在。 (1) 单质（单质（反应物反应物）：非单质间的反应不能构成）：非单质间的反应不能构成“生生成反应成反应”。CO(g) + 0.5O2(g) = CO2(g）（）（）三、热化学数据的建立及应用三、热化学数据的建立及应用（如何求反应热）（如何求反应热）1.标准摩尔生成热（标准摩尔生成热（formation）定义：在指定条件（定义：在指定条件（p,T）下，由稳定单质）下，由稳定单质元素反应生成元素反应生成1mol化合物时的热效应。记为：化合物时的热效应。记为：),B(mfT

12、H其中其中B代表所生成的化合物。代表所生成的化合物。(2) 稳定稳定（反应物）（反应物）：在给定条件下，最稳定单质：在给定条件下，最稳定单质形态。形态。规定稳定单质的标准生成热规定稳定单质的标准生成热 = 0，碳有碳有石墨石墨、金刚石和无定形碳三种单质。金刚石和无定形碳三种单质。(3) 1mol（产物产物）：生成物的计量系数必须为）：生成物的计量系数必须为1。 2Al(s) + 1.5O2(g) = Al2O3(s)132mfmolkJ85.1669)K298,OAl( H4Al(s) + 3O2(g) = 2Al2O3(s)1mrmolkJ7 .3339)K298( H利用标准生成热计算化学

13、反应的热效应利用标准生成热计算化学反应的热效应aA + dD + xX + yY + )(mrTHT，p各种有关的稳定单质各种有关的稳定单质),D(mfTHd),A(mfTHa),X(mfTHx),Y(mfTHy根据盖斯定律可做如下推倒：根据盖斯定律可做如下推倒：终态终态始态始态)(mrTH),D(mfTHd+ ),A(mfTHa),X(mfTHx),Y(mfTHy+ + 移项整理得：移项整理得：)(mrTH),X(mfTHx),Y(mfTHy+ ),D(mfTHd ),A(mfTHa ),B(mfBTH计算反应在计算反应在298.15K时的标准摩尔反应焓变（热效应）。时的标准摩尔反应焓变（热

14、效应）。 CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)查表得查表得fHm -74.847 0 -393.511 -285.8382.标准燃烧热（标准燃烧热（combustion）定义：在指定条件（定义：在指定条件（p,T）下，）下， 1mol可燃物可燃物质完全燃烧时的热效应。记为：质完全燃烧时的热效应。记为：特别提醒：特别提醒：(1)可燃物（可燃物（反应物反应物）：要分清燃烧物、助燃物。）：要分清燃烧物、助燃物。(2) 1mol：反应物中可燃物反应物中可燃物的计量系数必须为的计量系数必须为1。 CO(g) + 0.5O2(g) = CO2(g) 2CO(g) + O2(

15、g) = 2CO2(g)(3) 完全燃烧：通常指完全燃烧：通常指产物产物达到最稳定。如：达到最稳定。如： C CO2，H H2O，等等。此外，等等。此外，N N2， Cl HCl，。规定完全燃烧产物和不可燃物的规定完全燃烧产物和不可燃物的标准燃烧热标准燃烧热 = 0 。 ,CO(g)mcTH )(mrTH 利用标准燃烧热计算化学反应的热效应利用标准燃烧热计算化学反应的热效应aA + dD + xX + yY + )(mrTH T，p有关的完全燃烧产物有关的完全燃烧产物),D(mcTHd ),X(mcTHx ),Y(mfTHy ),A(mcTHa 根据盖斯定律可做如下推倒：根据盖斯定律可做如下推

16、倒：始态始态终态终态)(mrTH ),D(mcTHd + ),A(mcTHa ),X(mcTHx ),Y(mcTHy + + )(mrTH ),X(mcTHx ),Y(mcTHy + ),D(mcTHd ),A(mcTHa ),B(mcBTH 移项整理得：移项整理得：燃烧是放热过程，燃烧是放热过程，),B(mcTH 0作业作业习题：在习题：在298K时，液态水的生成热为时，液态水的生成热为-285.8 kJ.mol-1，已知在，已知在298373K的温度区间内的温度区间内H2（g）、）、O2(g)和和H2O(l)的平均定压摩尔热的平均定压摩尔热容分别为容分别为28.83、29.16和和75.21 J. k-1.mol-1，试计算在试计算在373K时液态水的生成然。时液态水的生成然。判断：判断：298.15K时，时，H2(g)的标准摩尔燃烧焓的标准摩尔燃烧焓与与H2O(l)的标准摩尔生成焓数值上相等的标准摩尔生成焓数值上相等 在在298.15K及及1个大气压时，设环丙烷、个大气压时，设环丙烷、石墨及氢气的标准摩尔燃烧热分别为石墨及氢气的标准摩尔燃烧热分别为-2092 KJ/mol，-39