无机化学-化学反应中的能量关系课件.ppt

1、第三节化学反应中的能量关系第三节化学反应中的能量关系无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系第三节第三节 化学反应中的能量关系化学反应中的能量关系 化学反应是反应物分子中旧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键的削弱、断裂和产物分子新键形成的过程。前者需要吸收能量形成的过程。前者需要吸收能量,后者则会释放能量。后者则会释放能量。因此，化学反应过程往往伴因此，化学反应过程往往伴随有能量的吸收或释放。随有能量的吸收或释放。如：煤燃烧时放热；如：煤燃烧时放热；碳酸钙分解要吸热；碳酸钙分解要吸热；原电池反应可

2、产生电能；原电池反应可产生电能；电解食盐水要消耗电能；电解食盐水要消耗电能；镁条燃烧时会放出耀眼的光；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叶绿素在光作用下使二氧化碳和水转化为糖类和水转化为糖类1-3 体系和环境体系和环境体系体系:所需研究的那部分物质或空间。所需研究的那部分物质或空间。环境环境:体系之外与体系有一定联系的体系之外与体系有一定联系的 其它物质或空间。其它物质或空间。体系体系环境环境物质物质能量能量体系体系敞开体系敞开体系封闭体系封闭体系孤立体系孤立体系 状态和状态函数状态和状态函数状态函数状态函数能表征体系特性的宏观性质称为状态函数能表征体系特性的宏观性质称为状态

3、函数如：物质的量、压力、体积、温度等。如：物质的量、压力、体积、温度等。状态函数的特点状态函数的特点(1)体系的状态一确定，各状态函数均有确体系的状态一确定，各状态函数均有确定值。定值。(2)体系状态发生变化时，各状态函数的改体系状态发生变化时，各状态函数的改 变量，只与始态和终态有关，与变化的变量，只与始态和终态有关，与变化的 途径无关。途径无关。状态和状态函数状态和状态函数状态函数的特点状态函数的特点(1)体系的状态一确定，各状态函数均有确体系的状态一确定，各状态函数均有确定值定值(2)体系状态发生变化时，各状态函数的改体系状态发生变化时，各状态函数的改 变量，只与始态和终态有关，与变化的

4、变量，只与始态和终态有关，与变化的 途径无关途径无关(3)描述体系所处状态的各状态函数之间是描述体系所处状态的各状态函数之间是 有联系的有联系的理想气体理想气体T=280K理想气体理想气体T=300K理想气体理想气体T=350KT1=350K-300K=50KT2=(350-280)K+(280-3000)K=50K 功和热功和热热热(Q)：体系和环境之间因温度不同而传：体系和环境之间因温度不同而传 递或交换的能量的形式。递或交换的能量的形式。功和热功和热是体系的状态发生变化时，体系与是体系的状态发生变化时，体系与环境之间传递或交换能量的两种形式。环境之间传递或交换能量的两种形式。体系体系吸热

5、吸热，Q为为正值正值；体系；体系放热放热，Q为为负值负值功功(W)：除了热之外，体系与环境之间其：除了热之外，体系与环境之间其它的传递或交换能量的形式。它的传递或交换能量的形式。功功体积功体积功:体系体积变化反抗外力所做的功体系体积变化反抗外力所做的功非体积功非体积功:除体积功外的功，如电功除体积功外的功，如电功环境对体系做功环境对体系做功，W为正值；为正值；体系对环境做功体系对环境做功，W为负值。为负值。注意注意 单位均为单位均为J、kJ功和热不是状态函数功和热不是状态函数 热力学能热力学能(以往称内能以往称内能)热力学能热力学能(U)体系内部能量的总和体系内部能量的总和包括体系内分子的内动

6、能、分子间相互包括体系内分子的内动能、分子间相互作用能、分子内部能量，但不包括体系作用能、分子内部能量，但不包括体系 整体运动的动能和在外力场中的位能。整体运动的动能和在外力场中的位能。由于体系内部质点的运动及相互作用很由于体系内部质点的运动及相互作用很复杂，所以体系热力学能的绝对值无法复杂，所以体系热力学能的绝对值无法测知。测知。单位单位J、kJ是状态函数是状态函数 U=U(终态终态)-U(始态始态)在任何变化过程中，能量不会自生自灭，在任何变化过程中，能量不会自生自灭，只能从一种形式转化为另一种形式，能量只能从一种形式转化为另一种形式，能量总值不变。总值不变。能量守恒定律能量守恒定律热力学

7、第一定律热力学第一定律封闭体系：始态封闭体系：始态(1)终态终态(2)U=U2-U1=Q+W热力学能的变化等于体系从环境吸收的热热力学能的变化等于体系从环境吸收的热量加上环境对体系所做的功。量加上环境对体系所做的功。化学反应时，如果体系不做非体积功，当反化学反应时，如果体系不做非体积功，当反应终态的温度恢复到始态的温度时，体系所应终态的温度恢复到始态的温度时，体系所吸收或放出的热量，称为该反应的吸收或放出的热量，称为该反应的反应热反应热。Q121mol 恒压反应热和反应焓变恒压反应热和反应焓变恒压反应热恒压反应热:化学反应在恒温恒压条件下化学反应在恒温恒压条件下进行进行，如果体系不做非体积功如

8、果体系不做非体积功，此时的反此时的反应热称为该反应的恒压反应热。应热称为该反应的恒压反应热。有气体参与的反应：有气体参与的反应：反应始态反应始态(1)反应终态反应终态(2)U=Qp+W =Qp-p V恒压反应热不等于体系热力学能的变化恒压反应热不等于体系热力学能的变化 反应焓变反应焓变 U=Qp+W =Qp-p V U2-U1=Qp-p(V2-V1)Qp=(U2+pV2)(U1+pV1)焓焓:H=U+PV说明：（说明：（1）H 无明确物理意义无明确物理意义 （2）H 是状态函数是状态函数 （3）单位）单位J、kJ （4）绝对值无法测知）绝对值无法测知Qp=H2-H1=H 反应焓变反应焓变 H=

9、H2-H1=Qp化学反应在封闭体系中、恒压条件下化学反应在封闭体系中、恒压条件下进行，如果体系不做非体积功：进行，如果体系不做非体积功：化学反应的焓变等于恒压反应热化学反应的焓变等于恒压反应热吸热反应吸热反应：Qp 0,H 0放热反应放热反应：Qp 0,H 0 HQ H 12 热化学方程式热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式表示化学反应与热效应关系的方程式 rHm摩尔反应焓变摩尔反应焓变 rHm=-241.82 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa如如:12表示在表示在298.15K、100kPa下，当反应进度下，当反应进度=1mol时时(1mol

10、 H2(g)与与 mol O2(g)反应，反应，生成生成1mol H2O(g)时时),放出放出241.82kJ热量。热量。12 注意注意：1.注明反应的温度、压力等注明反应的温度、压力等2.注明各物质的聚集状态注明各物质的聚集状态如如 rHm=-241.82 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)298.15K100kPa12 3.同一反应同一反应,反应式系数不同反应式系数不同,rHm不同不同 rHm=-483.64 kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(g)4.正正、逆反应的逆反应的Qp的绝对值相同的绝对值相同,符号相反符号相反HgO(s)Hg(l)+O2(g)rHm=9

11、0.83 kJmol-112Hg(l)+O2(g)HgO(s)rHm=-90.83 kJmol-112 在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做非体积功，则反应热只取决于反应的始态非体积功，则反应热只取决于反应的始态和终态，而与变化过程的具体途径无关。和终态，而与变化过程的具体途径无关。即化学反应的焓变只取决于反应的始态即化学反应的焓变只取决于反应的始态和终态，而与变化过程的具体途径无关和终态，而与变化过程的具体途径无关。C(s)+O2(g)rHm CO(g)+O2(g)12 H1 H2CO2(g)rHm=H1+H2应用赫斯定律可以计算难以测定或无法应用赫斯定律

12、可以计算难以测定或无法用实验测定的反应热。用实验测定的反应热。H1=rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53 kJmol-1 标准标准(状状)态态物质物质标准态标准态气体气体标准压力标准压力(p =100kPa)下纯气体下纯气体液体液体固体固体标准压力标准压力(p =100kPa)下下纯液体、纯固体纯液体、纯固体溶液中溶液中的溶质的溶质标准压力标准压力(p)下质量摩尔浓度为下质量摩尔浓度为1molkg-1(近似为近似为1molL-1)标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓定义：标准态下定义：标准态下，由由最稳定最稳定的的纯态纯态单质生单质生成单位成单位物质的量物质

13、的量的某物质的焓变。的某物质的焓变。(即恒压反应热即恒压反应热)符号：符号：fHm单位：单位：kJmol-12.fHm代数值越小代数值越小,化合物越稳定化合物越稳定3.必须注明温度，若为必须注明温度，若为298.15K时可省略时可省略1.最稳定纯态单质最稳定纯态单质 fHm=0,如如 fHm(石墨石墨)=0注意：注意：高温时分解高温时分解-157.3CuO(s)加热不分解加热不分解-635.09CaO(s)稳定性稳定性 fHm/(kJmol-1)物质物质 标准摩尔反应焓变的计算标准摩尔反应焓变的计算化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物的标准摩尔生成焓的总和减

14、去反应物的标的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标准摩尔生成焓的总和。准摩尔生成焓的总和。化学反应：化学反应：cC+dD=yY+zZ(任一物质均处于温度任一物质均处于温度T 的标准态的标准态)rHm=y fHm(Y)+z fHm(Z)-c fHm(C)+d fHm(D)rHm=i fHm(生成物生成物)+i fHm(反应物反应物)计算时计算时,注意系数和正负号注意系数和正负号 计算时计算时,注意注意系数和正负号系数和正负号 计算恒压反应计算恒压反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)的的 rHm 例例1解：解：4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g)fHm/kJmol

15、-1-46.11 0 90.25 -241.82 rHm=4 fHm(NO,g)+6 fHm(H2O,g)-4 fHm(NH3,g)+5 fHm(O2,g)=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1=-905.48kJmol-1 (rHm)3=2(rHm)2=-22.6 kJmol-1 反应反应 rHm/kJmol-1序号序号2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s)Cu2O(s)-11.3计算计算 fHm(CuO,s)例例2解解:(2)式式2=3式式:2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)(3)式式+(1)式式=4式式:2Cu(s)+O2(g)2CuO(s)(rHm)4=(rHm)3+(rHm)1=-314.6 kJmol-1 2 2(rHm)4 -314.6 kJmol-1 fHm(CuO,s)=-157.3kJmol-1第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系