1、第一章第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系關(guān)系和能量關(guān)系第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1.1.化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？2.2.反應(yīng)進(jìn)行的速率有多大？反應(yīng)進(jìn)行的速率有多大？3.3.反應(yīng)進(jìn)行的極限反應(yīng)進(jìn)行的極限( (化學(xué)平衡化學(xué)平衡) )4.4.反應(yīng)中的能量變化反應(yīng)中的能量變化( (熱化學(xué)熱化學(xué)) )5.5.反應(yīng)是如何進(jìn)行的反應(yīng)是如何進(jìn)行的( (反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理) )？第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 基基 本本 內(nèi)內(nèi) 容容3.3.闡明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能闡明化學(xué)反應(yīng)

2、中的質(zhì)量關(guān)系和能 量關(guān)系量關(guān)系1.1.闡述化學(xué)中的計(jì)量闡述化學(xué)中的計(jì)量，以鞏固高中以鞏固高中 化學(xué)中的有關(guān)概念化學(xué)中的有關(guān)概念2.2.引入化學(xué)計(jì)量數(shù)引入化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度，狀狀 態(tài)函數(shù)態(tài)函數(shù), ,標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和反應(yīng)焓變等重標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和反應(yīng)焓變等重 要概念要概念第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變 基基 本本 要要 求求第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第一章第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)

3、系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1-1 物質(zhì)的聚集態(tài)和層次物質(zhì)的聚集態(tài)和層次1-2 化學(xué)中的計(jì)量化學(xué)中的計(jì)量1-3 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系 目目 錄錄1-41-4化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的聚集態(tài)和層次物質(zhì)的聚集態(tài)和層次第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1.1.1物質(zhì)的聚集態(tài)物質(zhì)的聚集態(tài)物質(zhì)三態(tài)物質(zhì)三態(tài) 氣態(tài)氣態(tài)(gas)：流態(tài)：流態(tài) 液態(tài)液態(tài)(liquid)：流態(tài)、凝聚態(tài)：流態(tài)、凝聚態(tài) 固態(tài)固態(tài)(solid) ：凝聚態(tài)：凝聚態(tài)

4、 等離子態(tài)等離子態(tài)“Plasma” I. Langmuir 1926定義定義1: “包含足夠多的正負(fù)電荷數(shù)目近于包含足夠多的正負(fù)電荷數(shù)目近于相等的帶電粒子的物質(zhì)聚集狀態(tài)。相等的帶電粒子的物質(zhì)聚集狀態(tài)?！钡诘? 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 等離子態(tài)等離子態(tài)固態(tài)等離子體固態(tài)等離子體：晶格中正離子與自由電子：晶格中正離子與自由電子組合組合; ;半導(dǎo)體中電子與空穴的組合等。半導(dǎo)體中電子與空穴的組合等。 液態(tài)等離子體液態(tài)等離子體：如電解質(zhì)溶液中正負(fù)離子：如電解質(zhì)溶液中正負(fù)離子的組合。的組合。定義定義2 2: : “等離子體是由大量帶電粒子組成等離子體是由大量帶電

5、粒子組成的非凝聚系統(tǒng)。的非凝聚系統(tǒng)。”（國(guó)家自然科學(xué)基金委，（國(guó)家自然科學(xué)基金委，“等離子體物理等離子體物理學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告”，19941994年）年）強(qiáng)調(diào)了非凝聚系統(tǒng)，即排除了單純的固態(tài)強(qiáng)調(diào)了非凝聚系統(tǒng)，即排除了單純的固態(tài)和液態(tài)，但包含了電子束和離子束。和液態(tài)，但包含了電子束和離子束。第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 定義定義3:“等離子體是包含足夠多的正負(fù)電等離子體是包含足夠多的正負(fù)電荷數(shù)目近于相等的帶電粒子的非凝聚系荷數(shù)目近于相等的帶電粒子的非凝聚系統(tǒng)。統(tǒng)?！?單純氣態(tài)：?jiǎn)渭儦鈶B(tài)： 完全或部分電離了的氣體完全或部分電離了的氣

6、體非單純氣態(tài)：塵埃等離子體霧滴等離子體非單純氣態(tài)：塵埃等離子體霧滴等離子體注注: :特殊條件下還有超固體、中子態(tài)、磁特殊條件下還有超固體、中子態(tài)、磁性超流態(tài)以及輻射場(chǎng)態(tài)等性超流態(tài)以及輻射場(chǎng)態(tài)等. . 等離子態(tài)等離子態(tài)第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1.1.2 物質(zhì)的層次物質(zhì)的層次 層次層次 空間尺度空間尺度 遵循運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵循運(yùn)動(dòng)規(guī)律 實(shí)例實(shí)例宇觀宇觀 106 m 相對(duì)論力學(xué)相對(duì)論力學(xué) 地球地球、太陽(yáng)太陽(yáng)、星云星云宏觀宏觀(10-8106 m) 牛頓力學(xué)牛頓力學(xué) 交通工具交通工具微觀微觀 0, H 0放熱放熱反應(yīng)反應(yīng)：Qp 0, H 0如：如：2H2(

7、g) + O2(g) 2H2O(l) HQp=-571.66kJmol-1H2(g) + O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1121.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)焓變反應(yīng)焓變第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式 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，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度 =1mol時(shí)時(shí)(1mol H2(g)與與 mol O

8、2(g)反應(yīng)，反應(yīng)，生成生成1molH2O(g)時(shí)時(shí))，放出，放出241.82kJ熱量。熱量。12 rHm摩爾反應(yīng)焓變摩爾反應(yīng)焓變1.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 注意：注意： 1. 注明反應(yīng)的溫度、壓力等。注明反應(yīng)的溫度、壓力等。2. 注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。3. 同一反應(yīng)同一反應(yīng), 反應(yīng)式系數(shù)不同反應(yīng)式系數(shù)不同, rHm不同不同 。 rHm = -483.64 kJmol-12H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 4. 正正、逆反應(yīng)的逆反應(yīng)的Qp的的絕對(duì)值相同絕對(duì)值相同, 符號(hào)相

9、反符號(hào)相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-1121.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 在等溫等壓或等溫等容條件下，體系不做非在等溫等壓或等溫等容條件下，體系不做非體積功體積功, 則反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，則反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。 即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，

10、而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。態(tài)，而與變化過(guò)程的具體途徑無(wú)關(guān)。C(s) + O2(g) rHm CO(g) + O2(g)12 H1 H2CO2(g) rHm= H1+ H2 H1 = rHm- H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53 kJmol-1應(yīng)用赫斯定律不僅可計(jì)算某些等壓反應(yīng)用赫斯定律不僅可計(jì)算某些等壓反應(yīng)熱，而且可計(jì)算難以或無(wú)法用實(shí)驗(yàn)應(yīng)熱，而且可計(jì)算難以或無(wú)法用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的反應(yīng)熱。測(cè)定的反應(yīng)熱。1.4.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變赫斯赫斯(Hess)定律定律第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1-4-3應(yīng)用標(biāo)

11、準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 態(tài)態(tài)物質(zhì)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力(p =100kPa)下純氣體下純氣體液體液體固體固體標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力(p =100kPa)下下純液體、純固體純液體、純固體溶液中溶液中的溶質(zhì)的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力(p )下質(zhì)量摩爾濃度為下質(zhì)量摩爾濃度為1molkg-1(近似為近似為1molL-1) 第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓定義：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下定義：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下, 由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的某物質(zhì)的焓變。成單位物

12、質(zhì)的量的某物質(zhì)的焓變。 (即等壓反應(yīng)熱即等壓反應(yīng)熱)。符號(hào)：符號(hào)： fHm單位：?jiǎn)挝唬?kJmol-11.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì) fHm=0, 如如 fHm(石墨石墨)=0。注意：注意：2. fHm代數(shù)值越小代數(shù)值越小, 化合物越穩(wěn)定。化合物越穩(wěn)定。3.必須注明溫度，若為必須注明溫度，若為298.15K時(shí)可省略。時(shí)可省略。高溫時(shí)分解高溫時(shí)分解-157.3CuO(s)加熱不分解加熱不分解-635.09CaO(s)穩(wěn)定性穩(wěn)定性 fHm/(kJmol-1)物質(zhì)物質(zhì)第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的

13、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變等于生成物化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變等于生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和減去反應(yīng)物的標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和減去反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的總和。準(zhǔn)摩爾生成焓的總和。計(jì)算時(shí)計(jì)算時(shí),注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)：cC + dD = yY + zZ(任一物質(zhì)均處于溫度任一物質(zhì)均處于溫度T的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)) rHm = y fHm(Y) + z fHm(Z) - c fHm(C) + d fHm(D) rHm =i fHm (生成物生成物)+i fHm (反應(yīng)反應(yīng)物物)第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系例例1計(jì)算等壓反應(yīng)計(jì)算等壓

14、反應(yīng): :4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)的的 rHm解：解：4NH3(g)+5O24NO+6H2O(g) fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1= -905.48kJmol-1計(jì)算時(shí)計(jì)算時(shí), 注意系數(shù)和正負(fù)號(hào)注意系數(shù)和正負(fù)號(hào) rHm = 4 fHm(NO,g) + 6 fHm(H2O,g) - 4 fHm(NH3,g) + 5 fHm(O2,g) rHm = 4 fHm(NO,g) + 6 fHm(H2O,g) - 4 fHm(NH3,g) + 5 fHm(O2,g)第第1 1章章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系 計(jì)算計(jì)算 fHm(CuO,s)。序號(hào)序號(hào)反應(yīng)反應(yīng) rHm/kJmol-12Cu2O(s)+O2(g) 4CuO(s)-292CuO(s)+Cu(s) Cu2O(s)-11.3例例2解解:(2)式式2=3式式 2CuO(s)+2Cu(s)2Cu2O(s)( rHm)3=2( rHm)2=-22.6 kJmo