工科无机化学-2

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1、第二章化学反应中的能量关系2.1化学反应中的能量守恒热化学2.1.1一些常用术语体系(system)：被研究对象环境(surrounding):系统外与其密切相关的部分敞开体系:与环境有物质交换也有能量交换封闭体系:与环境无物质交换有能量交换隔离体系:与环境无物质、能量交换体系的分类:状态和状态函数状态:体系所有性质的总称。状态函数:描述系统性质的物理量。(p,V,T)特点:(1)状态一定,状态函数一定。(2)状态变化,状态函数也随之而变,且状态函数的变化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。2.1.2能量守恒定律内能一.热和功1.热(Q)heat系统与环境之间由于存在温

2、差而传递的能量。热不是状态函数。体系吸热:Q>0；体系放热:Q<0。2.功(W)work系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量。体系对环境做功，W<0环境对体系做功，W>0体积功：非体积功功不是状态函数pexV1系统内所有微观粒子的全部能量之和。U是状态函数内能的变化只与始态、终态有关，而与变化途径无关。二.内能（U）internalenergy某一封闭体系，对其加热。体系吸收热量Q，并对环境作功W。开始状态U1→终了状态U2。△U=Q+W=U2—U1该式是能量守恒定律应用于热化学上的一种表达形式，又称为热力学第一定律数学表达式。三.能量守恒定律（lawofconser

3、vationofenergy）解：已知Q=871.5J，W=-249.3J△U=Q+W=871.5-249.3=622.2J△U>0，体系内能增加。例2-11mol氮气在50℃，100kPa的状态Ⅰ时，体系吸收热量871.5J。若温度上升到80℃，压力不变，并对环境作功249.3J，体系变为状态Ⅱ，求体系的能量变化△U。例2-2仍然是上题中状态Ⅰ、Ⅱ时的体系，体系向环境吸热1370.5J，并对环境作功748.3J，求体系的能量变化△U。解：已知Q=1370.5J，W=-748.3J△U=Q+W=1370.5-748.3=622.2J△U与上题的△U一致。由上述两题

4、的数值可以看出，内能的变化只与体系的始态与终态有关，而与过程的具体途径无关。2.1.3焓化学反应中的焓变在定压过程中：焓：焓变：△H=△U+P△V结论：恒压过程的反应热QP在数值上就等于体系的焓变△H，也等于体系在恒压过程中内能的变化△U加上体系所作的膨胀功P△V。焓的性质：由于U、P、V都是状态函数，由焓的定义式H=U+PV可知，焓也是状态函数。焓H与内能U一样，绝对值是无法测量的，但它的变化值△H可通过测量恒压过程的热效应测定出来。（见书P22例3）由例3得出以下结论：在恒压条件下△H=△U+P△V=△U+△ngRT且P△V与△H相比要小得多，当反应物与生成物皆为液体或

5、固体时，可近似地将△H与△U看作相等。2.1.4化学反应的热效应一．几个基本概念1.等温过程(isothermalprocess)：反应发生以后，产物的温度（终态温度）又回到反应物的温度（始态温度），即T终=T始。2.放热反应(exothermicreaction)：放出热量的反应称为放热反应。3.吸热反应(endothermicreaction)：吸收热量的反应称为吸热反应。4.化学反应的热效应(heateffectofchemicalreaction)：在等温条件下，化学反应所放出或吸收的热量称为化学反应的热效应，也称为反应热。5.恒容热效应(heateffectatc

6、onstantvolume)：在体积不变的条件下进行的化学反应，测得的热效应就是恒容热效应。用符号QV表示。6.恒压热效应(heateffectatconstantpressure)：在压力不变的条件下进行的化学反应，测得的热效应就是恒压热效应。用符号QP表示。物质B的化学计量数化学反应计量式二.反应进度(extentofreaction)反应进度的单位是mol3.010.0002.07.02.01.55.53.0反应进度必须对应具体的反应方程式。反应进度的性质见书P23~24。三.标准状态热化学中规定的标准状态：气态物质——各气体的分压为Pø=101.325kPa压力，温

7、度任意。溶液——溶液浓度为cø=1.0mol•L-1，温度任意。液、固态物质——Pø=101.325kPa压力下的液体和纯固体，温度任意。四.热化学方程式定义:标出反应热效应的化学方程式称为热化学方程式。它表明了化学反应与热效应之间的关系。如：C(石墨)+O2(g)→CO2(g)+393.5KJ(25℃,101.3kPa)书写热化学方程式时需注意的事项:标明反应的温度和压力。如果是25℃,101.325kPa，习惯上可不予以标明。必须在某个物质化学式的右边注明物质的聚集状态。此外，若物质有几种晶型，还应注明是哪一种