化学反应中的质量关系和能量关系

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1、化学研究的几个主要问题研究的物质或混合物是否发生化学反应?若有反应发生，质量和能量变化如何?由原料转化为产物的转化率是多少?反应的速度大小?第二章化学反应中的质量和能量关系化学反应过程中伴随有两种变化质量能量-----重点化学反应过程化学反应是反应物分子中旧键的削弱、断裂和产物分子新键形成的过程。旧键的削弱、断裂需要吸收能量;新键形成则会释放能量。伴随有能量的吸收或释放。如：煤燃烧时放热；碳酸钙分解要吸热；原电池反应可产生电能；电解食盐水要消耗电能；镁条燃烧时会放出耀眼的光；叶绿素在光作用下使二氧化碳和水转化为糖类。1、理想气体状态方程式理想气体:无体积，分子间无相互吸引力

2、的气体。*低压、高温条件下的实际气体性质接近理想气体—分子间距离大（分子体积可忽略，分子间相互作用可忽略）。理想气体状态方程实验测知1mol气体在标准状况下的体积为22.414×10-3m3,则101.325×103Pa×22.414×10-3m31mol×273.15K=R=pV/nT=8.3144Pa·m3·mol-1·K-1=8.3144J·mol-1·K-1理想气体状态方程式PV=nRT*R值的选取与P，V的单位有关R与P、V单位的关系P的单位V的单位R的单位Pam38.314m3•Pa•mol-1•K-1kPaL8.314L•kPa•mol-1•K-1R=8.314

3、J•mol-1•K-11atm=101.3kN/m2;1N/m2=1Pa1atm=101.3kPam3•Pa=L•kPa=m3•1N/m2=1N•m=1J2、实际气体状态方程式[P+a(n/V)2](V-nb)=nRT3、混合气体的分压定律P总=p1+p2+p3+...+pi=∑pi*pi指混合气体中每一种气体单独占有整个混合气体的容积所呈现的压力。*混合气体-每一种气体所占有的容积相同，温度相等。推导∵PiVi=niRTi∴P1V1+P2V2+P3V3+…PiVi=n1RT1+n2RT2+n3RT3+...+niRTi因是混合气体，∴V1=V2=V3=…=Vi=VT1=T2

4、=T3=...=Ti=T∴(P1+P2+P3+…Pi）V=（n1+n2++...+ni）RTn总=n1+n2+n3+...+ni所以P总=P1+P2+P3+…Pi等式成立的条件气体间无化学反应理想气体容积相同，温度相等或混合气体分体积、体积分数、摩尔分数混合气体总体积（VT）等于各个组分气体分体积（Vi）之和。VT=V1+V2+•••+Vi*分体积：相同的温度，相同压力时所占的体积体积分数：Xi=Vi/VT摩尔分数:X=ni/n混合体积如组分气体B的物质的量为nB混合气体的物质的量为n混合气体的体积为V则它们的压力：pB=nBRT/Vp=nRT/Vp=nBRT/VB将两式相除

5、，得:VBnBVn=pBnBpn＝同温同压下,气态物质的量与其体积成正比化学反应中的质量关系化学计量数与反应进度(自学)化学计量数(υ)1.化学计量数(υ)反应式:cC+dD=yY+zZ0=-cC-dD+yY+zZ令υc=-c,υD=-d,υY=y,υZ=z0=∑υBB2.反应进度(ξ)化学计量方程:0=∑υBBdξ=υB-1dnBnB:B的物质的量υB:B的化学计量数dξ=υB-1dnBdnB=υBdξnB(ξ)-nB(ξ0)=υB(ξ-ξ0)△nB=υBξ举例N2+3H2=2NH3(△nB=υBξ)△n(N2)/mol△n(H2)/mol△n(NH3)/molξ/mol0

6、000-1/2-3/21½-1-321-2-642½N2+3/2H2=NH3ξ=1(△nB=υBξ)△n(N2)/mol△n(H2)/mol△n(NH3)/mol-1/2-3/21结论对同一化学反应方程式,反应进度(ξ)的值与选用反应式中哪种物质的量的变化计算无关.相同反应进度时对应各物质的量的变化与反应式的写法有关.化学反应中的能量关系1.体系与环境(开放)敞开体系：体系与环境既有物质交换又有能量交换封闭体系：体系与环境没有物质交换只有能量交换孤立体系：体系与环境既无物质交换又无能量交换2.状态和过程状态当系统处于一定的温度、压力、体积、物质的量、某一物态等。过程等温过程—

7、从始态到终态的温度相同等压过程—从始态到终态的压力相同等容过程—从始态到终态的体积相同自发过程---自然而然发生的过程，不需外力。非自发过程---不会自然发生，需借助外力。3.状态函数由物质系统的状态决定的物理量。体系的状态是体系性质的综合表现。状态函数的特点体系的性质只决定于所处的状态，与过去的历史无关。其变化只决定于体系的始态和终态，与变化的途径无关。4.能量的几种形式热力学能（内能）U：是系统（体系）内各种形式的能量的总和。状态函数△U=U终态–U始态能量的几种形式热量Q：由于温度不同而在环境和体