化学：骨干教师培训课件《化学反应与能源》(浙江).ppt

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1、化学反应与能源1热化学与能量转化化学反应的方向和限度化学平衡和反应速率氧化还原反应和能源的开发和利用2热化学与能量转化3一、热化学能的变化热力学能U是系统的状态函数，只要温度T、压力p、体积V和物质的量n等状态因素被确定时，U值就被确定。热力学能以前称内能，符号为U单位（J或kJ）4U–(Q+w)=0或U=Q+w热力学第一定律又称能量守恒定律热力学第一定律焦耳等发现的Q称为热w称为功与途径（或过程）有关5例某过程中，系统从环境吸收40kJ的热，对环境做功20kJ，求该过程中系统的热力学能变。即完成这一

2、过程后，系统净增了20kJ的热力学能解：由热力学第一定律解得：U(系统)=Q+W=40kJ+(20kJ)=20kJ6二、化学反应中的热力学能变化和焓变在化学反应中，由于各种物质热力学能U各不相同，当化学反应发生后，生成物的总热力学能U相对于反应物的总热力学能U之间发生了变化，这种热力学能的变化在化学反应过程中以热Q的形式表现出来。恒容反应热，记作QV恒压反应热，记作Qp71.恒容反应热QV与热力学能变化UQV=U=U2U1上式说明，恒容过程中系统的热量变化QV全部变成的热力学能改变U。V=0

3、体积功pV必为零在没有非体积功时82.恒压反应热Qp与焓变H恒压过程中压强p不变，体积V可以变化，由热力学第一定律Qp=U+pV=U+(p2V2p1V1)=(U2+p2V2)(U1+p1V1)得热力学中将(U+pV)定义为焓，量符号为H，上式说明，恒压过程中系统热量QP的变化等于终态和始态的(U+pV)值之差U=Q+w=Qp+(pV)9H=U+pV焓H在系统状态变化过程中的变化值就是H，H在热力学中称焓变，即Qp=H2H1=H即焓的变化ΔH在数值上等于等压过程中吸收或放出的热量

4、，即H＞0，表示系统吸热，H＜0，表示系统放热。10Qv=–[Cw(H2O)·m(H2O)+Cs]·ΔT图:弹式量热器示意图温度计点火线搅拌器样品水绝热外套和钢质容器钢弹Cw(H2O)为水的质量热容，m(H2O)为水的质量，Cs为钢弹及内部物质和金属容器组成的物质系统的总热容，T为测量过程中温度计的最终读数与起始读数之差。三、等容过程中的热量Qv测定11例计算在1118K、标准状态下反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的rH(T)。解：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)f

5、Hm(298.15K)/kJmol1–1207.6–634.9–393.5rHm(298.15K)=[fHm(CaO)+fHm(CO2)]－fHm(CaCO3)=[(–634.9)＋(–393.5)－(–1207.6)]=179.2kJmol1所以rHm(1118K)≈179.2kJmol112例求1molC2H5OH(l)在298.15K、100kPa条件下与足量的O2(g)完全燃烧产生的热量。解：C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)fH

6、m/kJmol1–277.60–393.5–241.8=1234.8kJmol1=2×(393.5kJmol1)+3×(241.8kJmol1)30kJmol1(277.6kJmol1)13例葡萄糖在体内供给能量的反应是最重要的生物化学反应之一。其完全氧化的反应如下：C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)试利用物质298K时的fHm(B)估算每克葡萄糖的热值。C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)fHm(

7、B)/kJmol1–1274.50–393.5–285.8=–2801.3kJmol1=6fHm(CO2,g)+6fHm(H2O,l))fHm(C6H12O6,s)6fHm(O2,g)={6×(–393.5)+6×(–285.8)–(–1274.5)–6×0}kJmol1解：14又知M(C6H12O6)=180gmol1葡萄糖的热值所以：同样可计算脂肪、蛋白质、糖类的热值。这就是根据热量需求而进行的食谱计算的原理。15化学反应的方向和限度16自然界中自动进行的过程自由落

8、体运动两个带异性电荷的物体总是相互吸引而靠近自发过程自发过程中，系统的势能总是降低的石灰石(CaCO3)在标准状态下在1183K以上时能自发分解变成CaO和CO2。ΔrHm(1183K)≈179kJ·mol–117CaCO3的分解：CaCO3==CaO+CO2ΔrH(1183K)≈179kJ·mol–1一、自发反应的能量变化18在统计热力学中，把介观微粒的状态数用Ω表示，则热力学熵（符号S）就有：S=klnΩΩ为介观微粒的状