第三章化学热力学基础
第三章化学热力学基础汇总

3-1 热力学第一定律 什么叫“热力学” • 热力学是研究热和其他形式的 能量互相转变所遵循的规律的一门科学。 什么叫“化学热力学” • 应用热力学原理,研究化学反 应过程及伴随这些过程的物理现象,就 形成了“化学热力学”。
4
化学热力学研究什么问题(研究对象) • 合成NH3 N2 (g) + 3H2(g) = 2 NH3 (g) • 例:298.15K,各气体分压101.325KPa下, • N2 (g) + 3H2(g) = 2 NH3 (g) △fGm ø/ kJ/mol 0 0 -16.5
QP = (U2 + pV2)-(U1 + pV1) H = U + pV H:新的状态函数-------焓 Qp = H2 –H1 = H(H称为焓变)
为什么定义焓的原因:
其变化量可以测定(等于等温等压工程不做其他功时的热效应);
具有实际应用价值(通常的化学反应都是在等压下进行的)。 试问焓是不是状态函数?注:等温、等压、无功。
摩尔质量M:
1mol物质的质量。单位Kg.mol-1或g.mol-1。
摩尔分数(物质的量分数):混合物中某组分的物质的量与
混合物中各物质的量的总和之比。
例: xB = nB/(nA + nB)
11
摩尔反应:
反应物按方程式的计量系数完全转化为生成
物的反应。必须注意,摩尔反应是与特定的化学方程式一一
对应的。(注:计量系数v为纯数,反应物取正值,生成物取负值)
第3章 化学热力学基础
Chapter 3 Primary Conception of Chemical Thermodynamics
1
本章要求
1、了解热力学的概况——反应是否发生;描述大量原子、
3 化学热力学基础

●在恒压过程中 U Q p p ex V
U 2 U1 Q p p ex V2 V1
Q p ( U 2 p 2 V2 ) U1 p1 V1
U 2 U1 Q p p 2 V2 p1 V1
焓: H U pV 焓变: Qp H 2 H1 H
2 2 2 θ -1 2 2 2 θ -1
kPa 下进行 时,习惯上可不再予以注明。 (3)焓变值与一定的反应式相对应。 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) Hθ =-92.20 KJ.mol-1 (4)在相同条件下,正向反应和逆向反应的反应热绝 2NH3(g) = N2(g) + 3H2(g) Hθ =+92.20 KJ.mol-1 对值相等,符号相反。
Inorganic Chemistry
第三章 化学热力学基础
无机化学
H
θ
热力学 标准态
当反应物或生成物都是气体时各物
质分压为1×105 Pa;
当反应物及生成物都是溶液状态时,
各物质的浓度为1mol•L-1;
固体和液体的标准态则指处于标准
压力下的纯物质。
Inorganic Chemistry
Inorganic Chemistry
第三章 化学热力学基础
无机化学
过程与途径的关系
30℃,1atm 始态 途径Ⅰ 80℃, 2atm 终态
途径Ⅱ 恒温过程 30 ℃,2atm
恒压过程
Inorganic Chemistry
第三章 化学热力学基础
无机化学
实际上,热力学的实际过程都是十分复杂 的,因此,相应的计算也十分困难,但我们在 处理时,可以利用状态函数的性质,把复杂过 程分解成相应的简单过程去简化计算。如:
第三章 化学热力学基础

令H=U+pV——焓 (状态函数),则 化学反应的恒压热效应等于系统焓的变化。放热为负,吸热为正。
3. 热化学方程式
热化学方程式:表示化学反应及其热效应关系的化学方程式
标准摩尔焓变:在标准条件下反应或过程的摩尔焓变,△rHmθ,简写 △Hθ。 θ——标准状态, p θ=101.325kPa 气态的标准状态:温度为T,压力为p 体纯物质(假想)状态。
过程:系统状态发生变化时,变化的经过称之为过程。常
见如下
定温过程:过程中系统的温度保持不变,且始终与环境的 温度相等,即T1=T2=Te 定压过程:过程中系统的压力保持不变,切始终与环境的
压力相等,即p1=p2=pe
定容过程:过程中系统的体积始终保持不变 绝热过程:过程中系统与环境之间没有热交换,Q=0 循环过程:系统经一系列变化之后又恢复到起始状态的过 程。
晶体:粒子按一定规则排列,各向异性,有一定沸点 无定形体:内部粒子无规则排列,没有固定熔点,各向同 性
(微晶体):某些物质虽呈无定形,当发现由极微小的晶 粒组成(比晶体小千百倍)
3.2 化学反应热力学
化学反应基本规律
质量守恒定律
能量守恒定律
3.2.1 质量守恒定律
参加化学反应的各种物质的总质量一定等于反应后各种物质的总质 量。 化学方程式(化学反应计量方程式): 根据质量守恒定律,用规定的化学符号和化学式来表示化学反应的 式子。
△Hfθ (物质,相态,T)
指定单质的标准生成焓为零。 △Hfθ (参考态单质,相态,T)=0 例:
反应式中C的指定单质是石墨,指定单质一般都是在该条件下最稳
大一无机化学3章化学热力学基础习题解

第三章 化学热力学基础思考题与习题2-1 何谓物质的标准状态?答:物质的标准状态是在温度为T 及标准压力Pө(Pө=100 kpa )下的状态。
2-2 计算下列各体系由状态A 变化到状态B 时热力学能的变化(1) 吸收了2000KJ 热量,并对环境做功300KJ 。
(2) 向环境放出了12.54KJ 热量,并对环境做功31.34KJ 。
(3) 从环境吸收了7.94KJ 热量,环境对体系做功31.34KJ 。
(4) 向环境放出了24.5KJ 热量,环境对体系做功26.15KJ 。
解:(1)1700KJ 300KJ -KJ 2000==+=∆W Q U(2) -43.88KJ 31.34KJ -KJ 4.512=-=+=∆W Q U(3) KJ 8.293KJ 4.331KJ 4.97=+=+=∆W Q U(4) 1.64KJ 26.15KJ .5KJ 24=+-=+=∆W Q U2-3 某体系由状态Ⅰ沿途径A 变到状态Ⅱ时从环境吸热314.0 J ,同时对环境做功117.0 J 。
当体系由状态Ⅱ沿另一途径B 变到状态Ⅰ时体系对环境做功44.0 J ,问此时体系吸收热量为多少? 解:(1)由状态Ⅰ变到状态Ⅱ:J 0.197J 0.117J 0.3141=-=+=∆W Q U(2)由状态Ⅱ变到状态Ⅰ:122U J,0.44U W ∆-=∆-=J 0.1971222-=∆-=-=∆U W Q U J 0.1532-=Q2-4、在1标准压力下,100℃时1mol 液态水体积为18.8mL ,而1mol 水蒸气的体积为30.2ml ,水的汽化热为40.67KJ ·mol -1,计算100℃时在标准压力下由30.2g 液态水蒸发为水蒸气时的△H 和△U 。
解:68.23KJ l 40.67KJ.mo mol 18.030.2H1-P =⨯==∆Q()63.02KJ 103738.314mol 18.030.2-68.23KJ RT n -H U 3-=⨯⨯⨯=∆∆=∆ 2-5、甲苯,CO 2和水在298K 时的标准生成焓分别为48.0KJ·mol -1、-393.5KJ·mol -1和-286.0KJ·mol -1,计算298K 和恒压下10gCH 4 (g)完全燃烧时放出的热量。
第三章 热力学基础.

G)=f(x,y)的全微分式,以及热容、焦汤系数等的 定义式推导或证明热力学公式或热力学结论。
【考试热点】 1. 系统的状态、状态函数及状态函数的性质。 2.热力学平衡态。 3.可逆过程的定义及特点。 4.热力学能的定义及其微观解释。 5.热力学第一定律的文字表述及公式表达。 6.隔离系统热力学能守恒。 7.一定量理想气体的热力学能及焓只是温度的函 数。 8.对气体、液体、固体(包括混合物)标准态的 规定。
9. 反应的热力学能〔变〕及反应的焓〔变〕的定 义。10.反应的标准摩尔焓〔变〕的定义。
11.物质B的标准摩尔生成焓〔变〕及物质B的标 准摩尔燃烧焓〔变〕的定义。
12.反应的标准摩尔焓〔变〕与反应的标准热力学 能〔变〕的关系。
13.节流过程的特点。
14.焦-汤系数的定义;利用μJ-T>0或μJ-T< 0说 明节流后温度变化的情况。
15.卡诺定理。 16.热力学第二定律的经典表述及公式表达。
17.熵增原理。 18.熵判据及其应用条件。 19.熵与混乱度。 20.热力学第三定律的经典表述及公式表达。
21.亥姆霍茨函数的定义及亥姆霍茨函数判据。 22.吉布斯函数的定义及吉布斯函数判据。 23.热力学基本方程的表达式及应用条件。
24.由热力学Байду номын сангаас本方程分别加上相应条件(定 容,定熵;定压,定熵;定容,定温;定 压,定温)得到的偏微熵与相应的热力学函数的 关系。
第三章 热力学基础
1、单纯pVT变化过程、相变化过程(或两种变化 过程的综合)的状态函数的改变量ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、
ΔG的计算及过程量Q、W的计算。
2、化学变化过程中反应的标准摩尔焓变ΔrHm (T),反应的标准摩尔热力学能变ΔrUm(T)以及 反应的标准摩尔熵变ΔrSm(T)的计算。
第三章 化学热力学基础及化学平衡

无 机 及 分 析 化 学 湖 南 农 业 大 学 应 用 化 学 系
热力学:定量研究能量相互转化所遵循规律的学科,其 中心内容是热力学第一定律和第二定律
化学热力学:把热力学基本原理用于研究化学现象以及与化
学有关的物理现象,主要解决3个问题: ⑴ 反应过程中是否伴随能量的变化? ⑵ 在一定条件下,反应能否发生? ⑶ 如果反应能够发生,其程度如何? 能量关系问题; 过程方向性问题; 化学平衡问题。
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 3.3 化学反应的方向和限度 及 3.3.1 自发过程 分 凡是不需要外力而能自动发生的过程。 析 化 1、特点 学 ⑴ 自发过程有一定的方向性,它的逆过程是非自发的 湖 ⑵ 自发和非自发均有可能发生 南 农 ⑶ 自发过程具有对外做功的能力 业 ⑷ 自发过程有一定的限度 大 ⑸ 自发过程不受时间的约束,与速率无关 学 应 如: 水从高处流向低处; 用 热从高温物体传向低温物体; 化 铁在潮湿的空气中锈蚀; 学 系 锌置换硫酸铜溶液反应。
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 令:H = U + pV, H 称为焓。 及 由于U 、 p、V均为系统的状态函数,所以焓(H)也是 分 系统的状态函数。 析 化 所以有:Qp = △H 学 湖 南 农 业 大 学 应 用 化 学 系 对于在等温等压条件下进行的气体反应而言:
△U = Qp + W ,
W p V 0
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 及 分 析 化 学 湖 南 农 业 大 学 应 用 化 学 系
பைடு நூலகம்
3.2.2 化学反应热
反应热:当产物与反应物温度相同并且在化学反应时只做 膨胀功的条件下,化学反应过程中系统吸收或放出的热量。 1 定容反应热(Qv) 若系统在变化过程中保持体积恒定,此时的热称为定容热. W=-p △V=0 2 定压反应热(Qp ) △U = Qv + W Qv= △U
无机答案第3章 化学热力学基础

kJ·mol-1.
计算反应
4NH3(g)
+
3O2(g)
→
2N2(g)
+
6H2O(g)的
Δ
r
H
O m
.
1
11.已知下列键能数据
键 N N N-C1 N-H C1-C1 C1-H H-H
EA-B ⁄ (kJ·mol-1) 945
201
389
243
431 436
(1)求反应
2 NH3(g)+3Cl2(g)= N2(g)+ 6HCl(g)
答(1)是 (2)以铜为体系:是;以铜和氧气为体系:不是
3-2 一体系由 A 态到 B 态,沿途径 I 放热 100J,对体系作功 50J。问 (1) 由 A 态沿途径 II 到 B 态,体系作功 80J,其 Q 值为多少? (2) 如体系再由 B 态沿途径 III 回到 A 态得到 50 J 的功,体系吸热还是放热?Q 值为 多少?
3.下列过程中,带点部分为系统,写出功和热的正负号。 (1)将水.和.水.蒸.气.贮于一恒容金属箱中,将其放在炉火上加热,温度、压力都升高; (2)一恒容绝热箱中,H2 和 O2 混.合.气.体.通电火花使其化合(电火花能量不计); (3)H2 和 O2 混.合.气.体.在大量水中成一气泡,通电火花使其化合(电火花能量不计)。
17.已知 2H2O(g)→2H2(g)+O2(g)
Δ
r
H
O m
= 483.6 kJ·mol-1,下列热化学方程式中正确的是
(A) 2H2(g) +O2(g) →2H2O(g)
Δ
r
H
O m
= 483.6 kJ·mol-1;
第三章化学热力学初步和化学平衡

可逆途径
不同途径等温压缩环境对体系做的功
随着步骤的增加,W越来越小,直到沿着等温线往上,W最小
可逆过程(reversible process):一个体系能通 过原途往返而环境无功损失的过程
可逆过程的基本特点: (1)逆转不流痕迹
可逆过程
(2) 理想过程
(3) W可逆<W不可逆 可逆过程体系对 环境做功最大
*过程的关键是始、终态,而途径则着眼于具体方式。 **恒温过程, 恒压过程, 恒容过程, 绝热过程
四、内能(Internal Energy)又称为热力学能
1.体系内部所包含的各种能量之总和,绝对数值不可测。 2.广度状态函数。 3.内能的变化量有意义 4、理想气体的内能只是温度的函数, 即ΔUid = f ( T )
**温度一般为25 ℃(298K)
**大多数生成焓为负值,表明由单质生成化合 物时放出能量。
(2)意义: (i)计算化学反应的 rHm
反应ΔrH物mo = Δf HmoΔ(生rH成mo 物)- Δf H生mo成(反物应物)
(iiΔ)f H讨mo (反论应化物合) 物的稳Δf定Hmo性(生.成物)
1、恒容化学反应热(Q v)
弹式量热计示意图 1)体系体积在反应前后无 变化的反应称为恒容反应。
2)恒容条件下,Q v = ΔU
3)恒容反应热一般用 弹式量热计测定。
2、恒压化学反应热(Q p)
1)在恒压过程中完成的化 学反应,称为恒压反应。 2)恒压反应热一般用 保温杯式量热计测定。
保温杯式量热计示意图
l
I
注意:这里P外为环境压强
自由膨胀没有体积功
例题:恒温下,压力为106Pa的2m3理想气体在恒外压 5×105Pa膨胀直到平衡,此过程环境对体系作功多少?
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27、某反应A2B(s)→2A(s)+B(g),在高温时为 自发的,其逆反应在低温时自发进行,由此可 知该反应的( )。 (A)△rHm<0,△rSm<0; (B)△rHm>0,△rSm>0; (C)△rHm>0,△rSm<0; (D)△rHm<0,△rSm>0 解: B
28、下列叙述中,正确的是( )。 (A)放热反应均是自发反应; (B)△rSm为正值的反应均是自发反应; (C)物质的量增加的反应,△rSm为正值; (D)如果△rHm和△rSm均为正值,当温度升高 时,△rGm将减小。 解: D
11、298K时,二氧化碳和甲酸的标准摩 尔生成焓分别为-393.5kJ·mol-1和 -409.2kJ·mol-1,则反应: H2(g)+CO2(g)→HCOOH(l)的标准摩尔反 应热△rH=( )。 (A)-802.7kJ·mol-1; (B)802.7kJ·mol-1; (C)15.7kJ·mol-1; (D)-15.7kJ·mol-1。 D
26、已知298K时,反应2A(s)+B(g)→C(l)的 △rH=105kJ·mol-1,△rS=-220J·mol-1·K-1,则下 列判断中正确的是( )。 (A)此反应在标准态、任何温度下均能自发进 行; (B)此反应在标准态、任何温度下均不能自发 进行; (C)此反应在标准态、高温时能自发进行; (D)此反应在标准态、低温时能自发进行。 解: B
9、已知在某温度时,反应A+B→C+ D的△rH(l)=-40kJ·mol-1,反应2C+ 2D→E的△rH(2)=60kJ·mol-1,则反应 E→2A+2B的△rH=.( )。 (A)140kJ·mol-1; (B)-140kJ·mol-1; (C)-20kJ·mol-1; (D)20kJ·mol-1。 D
C
14、如果系统经过一系列变化又恢复到初始状 态,则系统的△U____0,△H某系统吸收了1.00×103J热量,并对环境 做了5.4×102J的功,则系统的热力学能变化 △U=___________J,若系统吸收了2.8×102J的 热量,同时环境对系统做了4.6×102J的功,则 系统的热力学能的变化△U=____________J。 解: 4.6×102,7.4×102。
7、已知△fH(N2O4g)=9.2kJ·mol-1,则N2O4 生成反应的热化学方程式是( )。 (A)N2(g)+2O2(g)→N2O4(g) △rHmθ=9.2kJ·mol-1; (B)N2(g)+2O2(g)→N2O4(g) △rHm θ =-9.2kJ·mol-1; (C)O2(g)+N2(g)→N2O4(g) △rHm θ =-9.2kJ·mol-1; (D)2N2(g)+4O2(g)→2N2O4(g) △rHm θ =18.4kJ·mol-1。 A
16、在25℃、标准态时,1molOF2(g)与H2O(g) 反应生成O2(g)和HF(g),放出323.0kJ的热量, 其相应的热化学方程式为: _________________________________;若反 应消耗0.5molOF2(g),其对应的热化学方程式 为:__________________________________。 解: OF2(g)+H2O(g)→O2(g)+2HF(g)△rH=323.0kJ·mol-1 OF2(g)+H2O(g)→O2(g)+HF(g)△rH=-161.5kJ·mol-1
对
4、所有气体单质的标准摩尔生成焓都为零。 ( )
错
5、反应H2(g) + Br2(g) → 2HBr(g)的 △ rHmθ与反应H2(g)+Br2(l)→2HBr(g)的 △rHmθ相同。( )
错
6、下列叙述中正确的是.( )。 (A)只有等压过程,才有化学反应热效 应; (B)在不做非体积功时,等压过程所吸 收的热量全部用来增加系统的焓值; (C)焓可以被认为是系统所含的热量; (D)在不做非体积功时,等压过程所放 出的热量全部用来增加系统的焓值。 B
第三章 化学热力学基础
1、功和热是系统与环境间能量传递 的两种形式。.( )
对
2、系统的焓等于系统的热量。(
)
错
3、298K时反应Na(s)+Cl2(g)→NaCl(s)的 △rHmθ=-411.1kJ·mol-1,即该温度下NaCl(s) 的标准摩尔生成焓为-411.1kJ·mol-1。( )
17、物质的量增加的反应不一定是熵增加 的反应。.( )
解: 对
18、恒温恒压下,熵增大的反应都能自发进 行。.( )
解: 错
19、臭氧分解为氧气的过程,△rSm>0。.( )
解: 对
20、恒温恒压下,化学反应自发进行的判据 是△rGm<0。( )
解: 对
21、标准态下,通常多数稳定单质的 △fGmθ=0kJ·mol-1、△fHm θ =0kJ·mol-1。( )
10、已知C(s)+1/2O2(g)→CO(g)的△rH= -110.5kJ·mol-1,C(s)+O2(g)→CO2(g)的 △rH=-393.5kJ·mol-1,则 CO(s)+1/2O2(g)→CO2(g)的△rH= (A)-283.0kJ·mol-1;(B)283.0kJ·mol-1; (C)-110.5kJ·mol-1;(D)-504.0kJ·mol-1。 A
13、已知298K时,MnO2(s)→MnO(s)+O2(g) 的△rH(1)=134.8kJ·mol-1, MnO2(s)+Mn(s)→2MnO(s)的 △rH(2)=-250.4kJ·mol-1, 则△fH(MnO2,s)为( )。 (A)-385.2kJ·mol-1; (B)385.2kJ·mol-1; (C)-520.0kJ·mol-1; (D)520.0kJ·mol-1。
)。
25、下列反应中,其反应的△rG与相对应生 成物的△fG值相同的是.()。 (A)CO2(g)+CaO(s)→CaCO3(s); (B)N2(g)+3H2(g)→2NH3(g); (C)H2(g)+I2(g)→2HI(g); (D)1/2H2(g)+1/2I2(g)→HI(g)。 解: D
25、已知反应:N2(g)+2O2(g)→2NO2(g)的 △rG=102.6kJ·mol-1,则△fG(NO2,g)为 (A)102.6kJ·mol-1; (B)51.3kJ·mol-1; (C)-102.6kJ·mol-1; (D)-51.3kJ·mol-1。 解: B
12、已知298K时,H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g) 的△rHmθ=-184.6kJ·mol-1,.
N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)的△rHm θ =-92.2kJ·mol-1, NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s)的△rHm θ =-176.0kJ·mol-1,
则△fH m θ(NH4Cl,s) 为.( )。 (A)314.3kJ·mol-1; (B)-314.3kJ·mol-1; (C)628.6kJ·mol-1; (D)-628.6kJ·mol-1 B
8、物质的标准摩尔生成焓的定义是() (A)在标准状态下,由指定单质生成1mol 某物质时反应的热效应; (B)在0℃及标准状态下,由指定单质化 合生成1mol某物质时反应的热效应; (C)在298K及标准状态下,由指定单质化 合生成1mol某物质时反应的热效应; (D)在298K及标准状态下,由指定单质化 合生成一定量的某物质时反应的热效应。 A
解: 对
22 、凡是吸热反应,在任何温度下均为非自发 过程。.( )
解:错
23、如果一个反应的△rH和△rS均为正值, 当温度升高时,△rG将减小(不考虑 △rH、△rS随温度的变化)。( )
解: 对
24、下列反应中,△rS>0的是( (A)CO(g)+Cl2(g)→COCl2(g); (B)2NO(g)→N2(g)+O2(g); (C)NH4HS(s)→NH3(g)+H2S(g); (D)2HBr(g)→H2(g)+Br2(g)。 解: C