无机化学-2 热化学

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1、下页退出无机化学无机化学返回1下页退出上页2.1 化学热力学概述化学热力学概述2.2 化学热力学的基本概念化学热力学的基本概念2.3 热力学第一定律热力学第一定律2.4 化学反应的反应热化学反应的反应热 2.5 Hess定律定律 2.6 反应热的求算反应热的求算 本章要求及作业本章要求及作业2下页退出上页2.1 化学热力学概述化学热力学概述2.1.1 自然界中的能源及热能的利用自然界中的能源及热能的利用 自然界中可以供人们使用的能源自然界中可以供人们使用的能源:机械能、热能、电机械能、热能、电磁能、辐射能、化学能、磁能、辐射能、化学能、风能、水能、风能、水能、太阳能、生物能太阳能、生物能及原子

2、核能等。及原子核能等。 能量可以被贮存和转化。能量可以被贮存和转化。 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。的规律的一门科学。 应用热力学原理，研究化学反应过程及伴随这些过应用热力学原理，研究化学反应过程及伴随这些过程的物理现象，就形成了程的物理现象，就形成了“化学热力学化学热力学”。3下页退出上页2.1.2 热力学的特征热力学的特征就其研究和处理问题的方法而言，具有如就其研究和处理问题的方法而言，具有如下的特征：下的特征： 只研究整个热力学只研究整个热力学系统系统的宏观的宏观性质性质，而不管个别，而不管个别粒子的微观行为；粒

3、子的微观行为； 只需知道过程的只需知道过程的始、终态始、终态和外界条件，而不需知和外界条件，而不需知道道过程过程发生的细节；发生的细节； 只研究始、终态之间各只研究始、终态之间各物理量的变化物理量的变化，而不管其，而不管其变化的快慢，即不涉及时间的概念。变化的快慢，即不涉及时间的概念。4下页退出上页2.1.3 化学热力学的研究对象化学热力学的研究对象 1. 反应的反应的方向方向: 指定条件下，正反应可否指定条件下，正反应可否自发进行自发进行； 2. 反应的反应的限度限度:如果正反应可如果正反应可自发进行自发进行，正反应能否进，正反应能否进 行到底行到底 (K 大小大小); 3. 反应过程的反应

4、过程的能量转换能量转换放热？吸热放热？吸热 4. 反应反应机理机理反应是如何进行的？反应是如何进行的？ 5. 反应反应速率速率反应多快？反应多快？“化学热力学化学热力学”回答回答前前3个问题个问题；“化学动力学化学动力学”回答回答后后2个问题个问题。 5下页退出上页2.1.4 化学热力学发展简史化学热力学发展简史 远古时代远古时代-钻木取火；钻木取火；12-13世纪世纪-我国的走马我国的走马灯、加速箭；灯、加速箭；18世纪世纪-蒸汽机；今天的核能利用。蒸汽机；今天的核能利用。 由于蒸汽机笨重、效率不高等缺点，因而促使由于蒸汽机笨重、效率不高等缺点，因而促使人们对于水和蒸汽以及其它物质的热力性质

5、进行研人们对于水和蒸汽以及其它物质的热力性质进行研究；与此同时，卡诺对如何提高热效率，迈耶、焦究；与此同时，卡诺对如何提高热效率，迈耶、焦尔等人对热与功的转换规律进行了大量实验，从而尔等人对热与功的转换规律进行了大量实验，从而建立了热力学两个基本定律。建立了热力学两个基本定律。6下页退出上页 在热力学有关理论的指导下，于在热力学有关理论的指导下，于19世纪末期，发世纪末期，发明了内燃机及蒸汽轮机。内燃机具有效率高、重量明了内燃机及蒸汽轮机。内燃机具有效率高、重量轻的特点，蒸汽轮机则具有效率高、功率大的优点。轻的特点，蒸汽轮机则具有效率高、功率大的优点。 内燃机及蒸汽轮机的出现，极大地促进了热力

6、学内燃机及蒸汽轮机的出现，极大地促进了热力学的研究。的研究。7下页退出上页2.2 化学热力学的基本概念化学热力学的基本概念2.2.1 系统系统(system)和环境和环境(environment) 被研究的物质称为被研究的物质称为(体系体系) 。也就是说为了研也就是说为了研究的需要人为地与周围的物质和空间隔离开来的被研究的需要人为地与周围的物质和空间隔离开来的被研究的对象。究的对象。而而以外的与体系有密切关系的周围部分称为以外的与体系有密切关系的周围部分称为。 系统和环境间可以有明确的界面，也可能是虚拟系统和环境间可以有明确的界面，也可能是虚拟或模糊的界面。或模糊的界面。8下页退出上页 如如C

7、uSO4溶液，可认为溶液就是系统；而溶液之外的溶液，可认为溶液就是系统；而溶液之外的一切东西一切东西(烧杯、溶液上方的空气等烧杯、溶液上方的空气等)都是环境。也可将溶都是环境。也可将溶液、烧杯、溶液上方的空气看成系统。烧杯之外的部分是液、烧杯、溶液上方的空气看成系统。烧杯之外的部分是环境。环境。系统、环境划分根据需要而定。系统、环境划分根据需要而定。 9下页退出上页 系统和环境之间可以有能量交换，也可有物质交换。系统和环境之间可以有能量交换，也可有物质交换。据此可将系统分为：据此可将系统分为： 开放系统开放系统（敞开系统）（敞开系统） 封闭系统封闭系统（密闭系统）（密闭系统） 孤立系统孤立系统

8、（隔离系统）（隔离系统）敞开系统敞开系统封闭系统封闭系统隔离系统隔离系统有物质交换有物质交换没有物质交换没有物质交换没有物质交换没有物质交换有能量交换有能量交换有能量交换有能量交换没有能量交换没有能量交换10下页退出上页 如：一个盛水的敞口的瓶如：一个盛水的敞口的瓶(敞开系统敞开系统)：既有热量的：既有热量的交换，又有瓶中水汽的蒸发和瓶外空气的溶解等；交换，又有瓶中水汽的蒸发和瓶外空气的溶解等； 如在此瓶口盖上瓶塞如在此瓶口盖上瓶塞(封闭系统封闭系统)：此时只有热量交：此时只有热量交换；换； 如将此广口瓶换为带盖的杜瓦瓶如将此广口瓶换为带盖的杜瓦瓶(孤立系统孤立系统)：瓶内：瓶内外既没有物质的

9、交换也没有能量的交换。外既没有物质的交换也没有能量的交换。11下页退出上页12下页退出上页 选择题：选择题：下列情况中属于封闭体系的是下列情况中属于封闭体系的是a、氢气在盛有氯气的密闭绝热容器中燃烧、氢气在盛有氯气的密闭绝热容器中燃烧b、反应、反应N2O4(g） 2NO2(g)在密闭容器中进行在密闭容器中进行c、氢氧化钠与盐酸在敞口的烧杯中反应、氢氧化钠与盐酸在敞口的烧杯中反应d、用水壶烧开水、用水壶烧开水13（ b）下页退出上页2.2.2 状态状态(state)和状态函数和状态函数(state function) 一个热力学系统的一个热力学系统的状态状态是系统的所有物理性质和是系统的所有物理

10、性质和化学性质的综合表现。也就是说化学性质的综合表现。也就是说一个系统的物理性质一个系统的物理性质和化学性质都确定了，则称为一个状态。和化学性质都确定了，则称为一个状态。 规定系统状态的规定系统状态的(用数学术语来讲用数学术语来讲)叫做叫做“状态函数状态函数”。如。如T、P、V、m、n、d、如：气体的状态可由压力、体积、温度及各组分如：气体的状态可由压力、体积、温度及各组分物质的量等物理量来决定。如果其中的一个或多个物物质的量等物理量来决定。如果其中的一个或多个物理量发生改变时，系统即由一种状态变为另一种状态。理量发生改变时，系统即由一种状态变为另一种状态。14下页退出上页系统的状态函数具有如

11、下的特征系统的状态函数具有如下的特征: 体系体系状态一定状态一定，状态函数，状态函数值一定值一定； 系统状态改变，状态函数值的变化只取决于系统的系统状态改变，状态函数值的变化只取决于系统的始、终态，与变化的途径无关始、终态，与变化的途径无关 (殊途同归变化等殊途同归变化等)。 系统状态复原，状态函数值复原系统状态复原，状态函数值复原(周而复始变化零周而复始变化零)。 系统的状态函数都是物理性质，系统的状态函数都是物理性质， 故也叫故也叫系统的性系统的性质。质。始 态终态（）（）15下页退出上页如：一定量的理想气体的状态变化，它由始态如：一定量的理想气体的状态变化，它由始态p1=1.01105P