普通化学 第1章 热化学与能源
“普通化学公式总结”教案讲义
·RT/p,
ξ=ΔnB/vB
ΔrHm=ΔrUm+∑Bv(Bg)·RT
qm=q/ ξ, qp = ΔHp, qv = ΔUv
Thank you.
演讲结速，谢谢观赏！
B
B
1、d为微分符号，表示微 小变化 2、nB为物质B的物质的量 3、ξ单位为摩尔（mol） 4、与化学反应方程式有关
当按所给反应式的化学计量数进行了一个单位的化学反应时， 反应进度就等于1mol，即进行了1mol化学反应
化学反应热效 应（反应热）
化学反应过程 中系统放出或 吸收的热量， 具有广度性质
标准 状态
1、我国国家规定，标准压力pӨ=100KPa 2、手册上一般选T=298.15K为参考温度
表示符号：ΔfHӨm（298.15K）, 常用单位： KJ·mol-1
标准 摩尔 生成 焓
标准状态时由 指定单质生成 单位物质的量 的纯物质B时 反应的焓变
f表示生成反应, Ө表示标准状态，m表示反应进度为 1mol，即该生成反应的产物必定是“单位物质的量”
Δp ≈0, ΔV ≈0，ΔT=0， qp = ΔHp=ΔUp+pΔV, qv = ΔUv ，ΔUp=ΔUv+ΔU1 又△U1=q+w= q– pΔV ≈0 故qp = ΔHp ≈ΔUp，ΔUp≈ΔUv
等温，理想气体（对外做功为0）：
ΔT=0，w=0，故△U1=q+w= q– pΔV =0
又ΔV=∑Δn(Bg) B
系统 环境
开放系统 有物质和能量 （敞开系统） 交换
作为研究 对象的那 一部分物 质和空间
封闭系统
隔离系统 （孤立系统）
只有能量交换
无物质和能量 交换
普通化学 课件 第一章-热化学
1.1.1几个基本概念
①实际过程皆为不可逆过程。（可逆仅为抽象的理想）
②可逆过程是在系统近于平衡状态下发生的无限缓慢 的过程。
1.1.1几个基本概念
注意：
化学上的可逆反应与热力学上的可逆过程含义 不同 可逆反应是指在同一条件下，既能向一个方 向又能向相反方向进行的反应。
可逆过程是在系统接近于平衡状态下发生的 无限缓慢的过程。即系统在整个变化中正向推 动力与逆向阻力几乎处于相等的状态。当然它 们又不是真正相等，否则系统就不会发生变化 了。
当需要测定某个热化学过程所放出或吸收的热时，可利 用测定一定组成和质量的某种介质的温度的改变，在利 溶液的质量 用下式求得： q =-csms (T2-T1)= -Cs T (1.容 J K-1
温差K
1.1.2反应热效应的测量 热容 （heat capacity）
3、固体，如果系统中不同种固体达到了分子程度的 均匀混合，就形成了固溶体，一种固溶体就是一个 相；否则系统中含有多少种固体物质，就有多少个 固相。
1.1.1几个基本概念
三、状态与状态函数 1、系统的状态：描述系统各宏观性质的综合表现。 如: 气态系统，P、V、T、n数值一定则系统状态一定 2、状态函数：描述系统状态的物理量。 例如：系统的质量、组成、温度、压力、体积等。 对于一定量的单组分均匀体系，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。状态函数之间的定量 关系式称为状态方程式。 例如，理想气体的状态方程可表示为：
n B n B ,0
B
B
nB,0和 nB分别代表任一组分B 在起始和 t 时刻的物质的 量。 B是任一组分B的化学计量数。 B对反应物取负 值，对生成物取正值.
1.1.1几个基本概念
普通化学1答案
第一章 热化学与能源课后部分习题答案1、是非题：（对的在括号内填“+”号，错的填“-”号）⑴ -； ⑵ -； ⑶ +； ⑷ -。
2、选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）⑴ c; ⑵ d ; ⑶ a ; ⑷ d; ⑸ a ,b ,d ; ⑹ a ,d ; ⑺ d; ⑻ d ;3、填空题⑴ 弹式热量计内吸热介质（通常为水）质量和比热容；⑵ 钢弹组件的总热容C b ;⑶ 反应前后系统的温度。
6、已知下列热化学方程式：（1）Fe 2O 3（s ） + 3CO （g ）=2Fe （s ）+ 3CO 2（g ）Δr H m = -27.6kJ ·mo l -1（2）3Fe 2O 3（s ） + CO （g ）=2 Fe 3O 4（s ）+ CO 2（g ）Δr H m = -58.6kJ ·mo l -1（3）Fe 3O 4（s ） + C O （g ）=3 Fe O （s ）+ CO 2（g ）Δr H m = 38.1kJ ·mo l -1 计算下列反应：Fe O （s ） + CO （g ）=Fe （s ）+ CO 2（g ）的Δr H m 。
解：{(1)×3 - [(3)×2 +(2)]}/6得Fe O （s ） + CO （g ）=Fe （s ）+ CO 2（g ）Δr H m ＝61{3Δr H m (1)-[2Δr H m (3)+ Δr H m (2)]}=-16.7kJ ·mo l -17.已知乙醇（C 2H 5OH ）在351K 和101.325K p a 大气压下正常沸点温度（351K ）时的蒸发热为39.2K J ∙mo l -1,试估算1 m o l C 2H 5O H （l ）在该蒸发过程中的W 体和ΔU 。
解： C 2H 5OH （l ）2H 5O H （g ） W 体 =-P ΔV =-Δn R T =-1⨯8.314⨯10-3⨯351=-2.92（K J ∙mo l -1） ΔH m =q p ，m =39.2k J.mo l -1ΔU m =ΔH m + W 体=39.2-2.92=36.3 K J ∙mo l-1 11.计算下列反应的（1）ΔγH θm (298.15K ),(2) ΔγU θm (298.15K )和（3）298.15K 时的体积功W ˊ。
第一章 热化学与能源ppt
普通化学作为一门基础课程，是对化学科学各
分支的基础知识作一整体的介绍，使学生了解
当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观
点、方法分析问题、解决问题。了解化学对人
类社会的作用和贡献。
教学内容
● 基本理论和基本知识：
热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学， 电化学，物质结构基础，元素化学，有机高分子化
摩尔反应热qm：反应热q与反应进度ξ之比。
单位：J· -1。 mol
qm q
计算上题的摩尔反应热。（ qm 的大小与反应方程式的写 法有关吗？） qm（N2H4，l）=M联氨×9.69÷0.5
热化学方程式：表示化学反应与热效应关系的方程式。
书写热化学方程式时须注明物态、温度、压力、组成等条件。
2.0mol的NH3
若上述合成氨反应写成：（比较前面计算）
1 3 N 2 g H 2 g NH 3 g 2 2
t0
3.0
10.0
0
(mol)
t t1时
2.0
7.0
2.0
(mol)
' 1
n N2
N
2
(2.0 3.0)mol 2.0mol 1/ 2
故反应进度必须对应具体的反应方程式。
1.1.2 反应热的测量
反应热：化学反应时所放出或吸收的热叫做反应
的热效应，简称反应热。
热化学：对反应热进行精密的测定并研究与其他 能量转化的定量关系的学科。
(1) 水溶液中的反应
在封闭体系中，H2SO4与NaOH在水溶液中发生 中和反应，放出的热量全部被水溶液吸收，使水溶 液的温度升高。可用下式表示： q=-cs. ms. (T2-T1)
大学普通化学第一章
q q
Example 2
(系统吸热)= (系统吸热)=
m·cs · ΔT n·cm · ΔT
100.0 J 的热量可使 1mol 铁的温度上升 3.98 K,求铁的cm.
Solution
q 100.0J cm = = n ⋅ ΔT (1mol)(3.98K) = 25.1 J ⋅ mol ⋅ K
−1 −1
(a)
(b)
如下图所示，试管内的物质有几相组成?
因为试管a内的酒精和水互 因为试管a内的酒精和水互 溶，故溶液中任何部分的物理 溶，故溶液中任何部分的物理 性质和化学性质完全相同；而 性质和化学性质完全相同；而 试管b内，煤油和水互不相 试管b内，煤油和水互不相 溶，致使上下两层液体的物理 溶，致使上下两层液体的物理 性质和化学性质完全不相同， 性质和化学性质完全不相同， 而且上下层间有明确的界面隔 而且上下层间有明确的界面隔 开，因此上下层液体形成两个 开，因此上下层液体形成两个 相。 但是，如果把液体上方的 相。 但是，如果把液体上方的 空气也考虑进去，则试管a中 空气也考虑进去，则试管a中 有两相：气相和溶液相；试管 有两相：气相和溶液相；试管 b中有三相，分别是水相、煤 b中有三相，分别是水相、煤 油相及液体上方的气相。 油相及液体上方的气相。
3. 状态和状态函数 (state and state function)
状 态: 一定条件下系统存在的形式。 状态函数: 描述系统状态的物理量，例如 p，V，T 等。
Attention：
(1) 系统的状态确定，系统的各种性质即所有的状态函数也都 确定，反之亦然。 (2) 当系统的状态发生变化，系统的状态函数也变化，但不一 定所有的状态函数都变化，如等温、等压过程。 (3) 反过来，当系统有一个状态函数发生变化，系统的状态一 定发生变化。
第一章 热化学与能源
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1.1 反应热的测量
体系的某一广度性质，除以另外一个 广度性质，特别是除以体系物质的量 （mol），就转换成了强度性质。 摩尔分数：χ ＝n1/n 摩尔体积：Vm=V1/n 摩尔焓：Hm=H/n 密度: ρ=m/v
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1.1 反应热的测量
引入反应进度的优点 在反应进行到任意时刻时，可用任一 反应物或生成物来表示反应进行的程度， 所得的值总是相等的。 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 反应前n10/3
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1.1 反应热的测量
1.1 反应热的测量
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1.1 反应热的测量
(3)系统的分类 敞开系统: 系统和环境之间，既有物质交换， 又有能量交换。 (以热和功的形式 )
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1.1 反应热的测量
封闭系统 系统和环境之间，没有物质交换，但 有能量交换。 封闭系统中 物质的质量是守恒的。
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普通化学
普通化学实验是本课程不可缺少的一 个重要环节。 通过实验课的开设，不仅可以加深、 巩固并扩大学生对所学的基本理论和 基本知识的理解，还可以训练基本操 作技能；并培养独立操作、观察记录、 分析、归纳、撰写报告等多方面的能 力以及科学工作方法。
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普通化学
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1.1 反应热的测量
⑧自由膨胀过程（向真空膨胀）
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1.1 反应热的测量
5.功和热 热和功是系统变化时与环境之间 交换或传递能量的两种不同形式。 系统和环境之间因温差而传递的能 量称为热。(q) 除热以外，其它各种形式被传递的 能量都称为功。(ｗ)
普通化学习题册答案
第1章热化学与能源一、判断题：1、热的物体比冷的物体含有更多的热量。
（×）2、热是一种传递中的能量。
（√）3、同一体系同一状态可能有多个热力学能。
（×）4、体系的焓值等于恒压反应热。
（×）5、最稳定单质的焓值等于零。
（×）6、由于C a C O3分解是吸热的，所以它的标准摩尔生成焓为负值。
（×）7、体系的焓等于体系的热量（×）8、实验测定得到的反应热数据都是恒压反应热。
（×）二、计算题：1、某汽缸中有气体1.20L，在97.3 kPa下气体从环境中吸收了800J的热量后，在恒压下体积膨胀到1.50L，试计算系统的内能变化ΔU。
ΔU = q + w = q – pΔV= 800 – 97.3×103 ×(1.50 - 1.20) 10-3= 770 J2、根据Δf H mΘ的值，计算下列反应的Δr H mΘ(298K ) 是多少：（1）4NH3（g）+ 3 O2（g）= 2N2（g）+ 6 H2O（g）；4NH3（g）+ 3 O2 = 2N2 + 6 H2O（g）Δf H mΘ/ kJ·mol-1- 46.11 0 0 - 241.818Δr H mΘ= 6×(- 241.818)- 4×(- 46.11) = -1266 kJ·mol-1（2）CH4(g) + H2O（g）= CO（g）+ 3 H2（g）。
Δr H mΘ= 206 kJ·mol-1第2章化学反应的基本原理一、判断题：1、放热反应均是自发反应。
（×）2、ΔS为负值的反应均不能自发进行。
（×）3、冰在室温下自动融化成水，是熵增加起了主要作用。
（√）4、因为∆G TΘ= -RTlnKΘ，所以温度升高，平衡常数减小。
（×）5、质量作用定律适用于任何化学反应。
（×）6、反应速率常数取决于反应温度，与反应物浓度无关。
(完整word版)普通化学习题与解答
第一章 热化学与能源1. 是非题（对的在括号内填“+”号，错的填“-”号）（1）已知下列过程的热化学方程式为：则此温度时蒸发1mol 6()UF l ，会放出热30.1kJ 。
（-）（2）在定温定压条件下，下列两个生成液态水的化学方程式所表达的反应放出的热量是一相同的值。
（-）（3）功和热是在系统与环境之间的两种能量传递方式，在系统内部不讨论功和热。
（+）（4）反应的H ∆就是反应的热效应。
（-）2、选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）（1）在下列反应中，进行1mol 反应时放出热量最大的是 （c）（2）通常，反应热的精确的实验数据是通过测定反应或过程的哪个物理量而获得的。
（d） （a ）H ∆ （b ）p V ∆ （c ）P q （d ）V q （3）下列对功和热的描述中，正确的是 （a）（a ）都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值 （b ）都是途径函数，对应于某一状态有一确定值 （c ）都是状态函数，变化量与途径无关（d ）都是状态函数，始终态确定，其他值也确定（4）在温度T 的标准状态下，若已知反应2A B →的标准摩尔反应焓,1r m H θ∆，2222221()()()22()()2()H g O g H O l H g O g H O l +=+=166()();30.1r m UF l UF g H kJ molθ-=∆=422242224222422()()2()()2()()()2()()2()()()2()()2()3()()()()2()2a CH l O g CO g H O gb CH g O g CO g H O gc CH g O g CO g H O ld CHg O g CO g H O l +=++=++=++=+与反应2A C →的标准摩尔反应焓,2r m H θ∆，则反应4C B →的标准摩尔反应焓,3r m H θ∆与,1r m H θ∆及,2r m H θ∆的关系为,3r m H θ∆= （d） （a ）2,1r m H θ∆+,2r m H θ∆ （b ）,1r m H θ∆—2,2r m H θ∆ （c ）,1r m H θ∆+,2r m H θ∆ （d ）2,1r m H θ∆—,2r m H θ∆（5）对于热力学可逆过程，下列叙述正确的是 （abd ）（a ）变化速率无限小的过程 （b ）可做最大功的过程 （c ）循环过程（d ）能使系统与环境完全复原的过程（6）在一定条件下，由乙二醇溶液、冰、水蒸气、氮气和氧气组成的系统中含有 （ad ） （a ）三个相 （b ）四个相 （c ）三种组分 （d ）四种组分 （e ）五种组分*（7）一只充满氢气的气球，飞到一定高度即会爆炸，这取决于一定高度上的 （d ） （a ）外压 （b ）温度 （c ）湿度 （d ）外压和温度 （8）下述说法中，不正确的是 （d）（a ）焓只有在某种特定条件下，才与系统反应热相等 （b ）焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量 （c ）焓是状态函数（d ）焓是系统能与环境进行交换的能量3、填空题使可燃样品（质量为1.000g ）在弹式量热计内完全燃烧，以测定其反应热，必须知道：（1） 弹式量热计内吸热介质（通常为水）质量和比热容； （2） 钢弹组件的总热容b C ； （3） 反应前后系统的温度。
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图1.3 弹式量热计
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反应所放出的热等于水所吸收的热和钢弹 组件所吸收的热之和： q＝ -｛q(H2O)+ qb} ＝-｛C(H2O)· ＋Cb· △T △T｝ ＝-ΣC · △T
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例： 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知：
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3. 状态与状态函数(state and state function)
• 状态是系统一切性质的总和。有平衡态和非平 衡态之分。
如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。 状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变 化。
• 状态函数： 用于表示系统性质的物理量X 称状态函数，如 气体的压力p、体积V、温度T 等。
下一页
Lecture 1
教学目标：
• 了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方 法。
• 了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定 律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与 热力学能变的关系。
• 掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。 • 了解能源的概况、燃料的热值和可持续发展战略。
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状态函数的性质
状态函数是状态的单值函数。 当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统 的始、终态有关，而与变化的实际途径无关。 以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数 压力p和体积V的变化量与途径无关。
外压从3pº 变为p° 3pº
V T
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6.
反应进度
d dnB
反应进度ξ 的定义：
B
nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。
ξ的单位是摩尔(Leabharlann ol)，它与化学计量数的选配有关。
思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？
答：有关。如对于反应 N2 + 3H2 = 2NH3 ，当有1mol NH3生成时，反应
•
教学目标及重点、难点
1.1 反应热的测量
第1章 热化学与能源
Thermochemistry and Energy Sources
1.2 反应热的理论计算
1.3 常见能源及其有效与清洁 利用
1.4 清洁能源与可持续发展
• • • 选读材料 核能
Ⅰ. 核燃料和核能的来源 Ⅱ. 核电的优势与发展趋势
•
习题
图1.3 弹式量热计
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1. 反应热的实验测量方法
设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与 恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的 热容为Cs(J· -1)， 比热容为cs(J· -1kg-1 )，则： K K
q cs ms (T2 T 1) C s T
28
书写热化学方程式时应注意： 标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态； 反应热与反应式的化学计量数有关； 一般标注的是等压热效应qp 。 思考：qp与qv相同吗？
答案：不相同。
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1.2 反应热的理论计算
并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：
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2
重点:
(1)热化学基本概念：状态函数，可逆过程，化学计量数， 反应进度，反应热和焓。 (2) 定容热效应的测量原理和方法。 (3)热力学第一定律和盖斯定律及其应用。
(4)定压热效应(qp)与反应焓变的关系、定容热效应(qv)与热 力学能变的关系。
(5)化学反应的标准摩尔焓变的计算。
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8
• 气体物质及其混合物：单相。
• 液体物质： 如相互溶解，则形成一个相（如酒 精与水）；如互不相溶，混合时，则形成有明 显界面分开的两个液相（如四氯化碳和水）。 • 固态物质： 较为复杂，它有晶态和非晶态之分， 晶态中又有多种结构，分属不同的相。
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Lecture 2
1.1.2 反应热的测量
• 反应热: 化学反应过程中系统放出或吸收的热量。 • 热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。 • 摩尔反应热: 当反应进度为 1 mol时系统放出或吸收的 热量。 • (等容)反应热可在弹式量 热计中精确地测量。测 量反应热是热化学的重 要研究内容。
2C(s) + O2(g) = 2CO(g) 思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？
答案：实验过程中无法控制生成产物完全是CO。
只能用理论方法来计算该反应的反应热。
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1.2.1 热力学第一定律
(0 0.500)g /( 1) 1 32.0g mol 0.0156mol
qV, m q / 9.69kJ / 0.0156mol 621.2kJ mol 1
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2. 热化学方程式
表示化学反应与热效应关系的方程式。
其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应 热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：
N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)； qV, m 620kJ mol 1 2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)；
q p,m 570kJ mol 1
若不注明T, p, 皆指在T=298.15 K，p=100kPa下。
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(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出 什么结论？ 答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度 性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。
推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？
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4.
过程与途径
系统状态发生任何的变化称为过程。 实现一个过程的具体步骤称途径。
m(N 2 H 4 ) 0.500g m(H 2 O) 1210g Cb 848J K 1 T1 293.18K T2 294.82K
解：燃烧0.500g联氨放热为
q [q (H 2 O) qb ] [c(H 2 O) m(H 2O)T Cb T ] (4.18 1210 848) (294.82 293.18)J 9690J 9.69kJ
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5. 化学计量数
一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒 关系， 通式为：
0 B B
B
B 称为B 的化学计量数。 符号规定：反应物： B为负；产物：B为正。
例：应用化学反应通式形式表示下列合成氨的化学反应计 量方程式： N2 + 3H2 ＝2NH3
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1.1.1 几个基本概念
1. 系统与环境
系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。 环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换 图1.1 系统的分类
隔离系统 无物质和能量交换
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注意以下几点:
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3
难点:
(1)状态函数的性质。 (2)qp与反应焓变的关系、qV与热力学能变的关系。
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1.1 反应热的测量
化学反应发生时，伴随有能量的变化，通常多以 热的形式放出或吸收。燃料燃烧所产生的热量和 化学反应中所发生的能量转换和利用都是能源的 重要课题。 热化学？ 研究化学反应中热与其它能量变化的定量关系的 学科。
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例： 反应前物质的量n1/mol 反应某时刻物质的量n2/mol
N2(g)＋3H2 (g) ＝2NH3 (g) 10 30 0 8 24 4
ξ＝[n2(N2)－n1(N2)]/v(N2)＝(8－10) mol/(－1)＝2 mol 或 ξ＝[n2(H2)－n1(H2)]/v(H2)＝(24－30) mol/(－3)＝2 mol 或ξ＝[n2(NH3)－n1(NH3)]/v(NH3)＝(4－0) mol/2＝2 mol
思考：过程与途径的区别。 设想如果你要把20 ℃的水烧开，要完成“水烧开”这个 过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常 压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。
可逆过程： 体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后， 如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这 样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近 平衡条件下进行的过程。
进度为0.5mol。
若将反应写成 则反应进度为1 mol。
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1 3 N 2 H 2 NH 3 2 2
• 反应进度ξ的值为正值。 • 反应进度只与化学反应方程式的写法有关，而与 选择系统中何种物质来表达无关。
换句话说，引入反应进度这个量的最大优点是在 反应进行到任意时刻时，可用任一反应物或产物 来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。
反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计 测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？
答：定容反应热
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• 弹式量热计所吸收的热分为两 个部分： (1) 加入的水所吸收的热； q(H2O)=c(H2O)· 2O)· m(H △T ＝C(H2O)· △T