Chapter 3 热化学与能源.ppt

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1、1.反应的热效应—化学反应时所放出或吸收的热。一.基本概念2.系统、环境、性质、状态函数、过程、热、功、…。二.反应热效应的测量1.测量设备：弹式热量计。2.q=-{q(H2O)+qb}=…=-{C(H2O)ΔT+Cb·ΔT}=-ΣC·ΔT3.热化学方程式。Chapter3热化学与能源三.反应热效应的理论计算1.Thefirstlawofthermodynamics：△U=q+wΔU=U2-U1=q(±)+w(±)(只讨论体积功)2.化学反应过程：化学反应体系是一个热力学系统，可将反应物看成是体系

2、的始态，生成物看成是体系的终态。3.等容热效应：qv=ΔU-w=ΔU。4.等压热效应：qp=ΔU–w=ΔU+p·ΔV=ΔHH=U+pV5.qp-qv=Σν(Bg)·RTB6.Г.И.ГeccLaw：ΔHtotal=ΣΔH四.标准摩尔生成焓和化学反应的标准摩尔焓变1.标准状态：标准压力pθ为100kPa(近似一个大气压)；温度T。2.标准摩尔生成焓：ΔfHθm(298.15K)或ΔfHθ。化合物的相对焓值：以单质的相对焓值作为零。水合离子的相对焓值：水合H+离子的标准摩尔生成焓为零。ΔfHθm(H+

3、,aq,298.15K)=03.反应的标准摩尔焓变∆rHθmForareaction：aA(l)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)ElementalcomponentsofreactionintheirstandardstatesProductsReactants∆fHθm(Reactants)∆fHθm(Products)∆rHθmΔrHθm=∑∆fHθm(products)-Σ∆fHθm(reactants)=[gΔfHθm(G,s)+dΔfHθm(D,g)]–[aΔfHθm(A,l)

4、+bΔfHθm(B,aq)]五.能源a.298.15K时的化学反应标准摩尔焓变：∆rHθm(298.15K)=Σ∆fHθm(298.15K)生成物–Σ∆fHθm(298.15K)反应物b.∆rHθm(T)∆rHθm(298.15K)化学反应的方向和吉布斯函数变2.反应的熵(Entropy)变1)熵的概念2)熵的微观意义(The3rdLawofThermodynamics)：Theentropyofaperfectlycrystallinesolidattheabsolutezerooftempe

5、ratureiszero对纯物质，S(0K)=0，以此为标准，可得到该纯物质在其他温度下的熵值--规定熵，是一个绝对值！标准摩尔熵(orSθm)：单位物质的量的纯物质在标准状态下的规定熵。对水合离子，规定c(H+)=1mol/L时，Sθm(H+,298.15K)=0。3)有关熵的一般规律4)热力学第二定律(熵增加原理)孤立系统中的自发过程，系统的熵恒增。5)熵变的计算Forareaction,standardmolarentropychange：aA(l)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)∆r

6、Sθm=ΣSθm(Products)-ΣSθm(Reactants)=[gSθm(G,s)+dSθm(D,g)]–[aSθm(A,l)+bSθm(B,aq)]a.298.15K时的化学反应标准摩尔焓变：∆rSθm(298.15K)=ΣSθm(298.15K)生成物–ΣSθm(298.15K)反应物b.∆rSθm(T)∆rSθm(298.15K)3.反应的吉布斯函数变G=H-TSΔG=======ΔH-TΔS(ΔG是焓变与熵变综合效应的体现)。ΔG<0,自发过程；ΔG=0,平衡状态；ΔG>0,

7、非自发过程，逆向自发过程。反应ΔHΔSΔG自发性H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)-+-自发CO(g)=C(s)+1/2O2(g)+-+非自发CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)++？T↑,有利N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)--？T↓,有利转变温度(对ΔH与ΔS符号相同的化学反应，存在一个能使反应自发进行的最高或最低温度)：TC=ΔH/ΔS。1)标准摩尔生成Gibbs函数，ΔfGm表示。任何指定单质的标准摩尔生成吉布斯函数为零。规定水合H+离子的标准摩尔生成吉布斯函数为零

8、。Forareaction,standardmolarGibbsfreeenergychange:aA(l)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)ΔrGθm=ΣΔfGθm(Products)-ΣΔfGθm(Reactants)=[gΔfGθm(G,s)+dΔfGθm(D,g)]–[aΔfGm(A,l)+bΔfGm(B,aq)]2)化学反应摩尔Gibbs函数变的计算①反应的标准摩尔吉布斯函数变ΔrGθmΔrGθm(298.15K)=Σ{ΔfGθm(298.15K)}生成物–Σ