1、第二章 熱化學2.1熱力學術語及基本概念2.2熱力學第一定律1向陽書屋p2.1 熱力學的術語和基本概念系統(tǒng)和環(huán)境狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)過程、途徑和可逆過程相化學反應計量式和反應進度2向陽書屋p2.1.1系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)：被研究對象。環(huán)境：系統(tǒng)外與其密切相關的部分。敞開系統(tǒng):與環(huán)境有物質交換也有能量交換。封閉系統(tǒng):與環(huán)境有能量交換無物質交換。隔離系統(tǒng):與環(huán)境無物質、能量交換。3向陽書屋p敞開系統(tǒng)隔離系統(tǒng)封閉系統(tǒng)4向陽書屋p狀態(tài):一定條件下系統(tǒng)的性質不同狀態(tài)函數(shù):描述系統(tǒng)性質的物理量(p,V,T)。特點:(1)狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。 (2)狀態(tài)變化,狀態(tài)函數(shù)也隨之而變, 且狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、 終態(tài)

2、有關,而與變化途徑無關。2.1.2 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)5向陽書屋p定溫過程：定壓過程：定容過程：2.1.3 過程、途徑和可逆過程可逆過程：系統(tǒng)從終態(tài)到始態(tài)時消除了對環(huán)境 產(chǎn)生的一切影響。可逆過程是理想 化過程，無限接近平衡態(tài)。6向陽書屋p2.1.4 相 系統(tǒng)中物理性質和化學性質完全相同的任何均勻部分。 均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng)) 非均相系統(tǒng)(或多相系統(tǒng))7向陽書屋p2.1.5 化學反應計量式和反應進度化學反應計量式VB物質B的化學計量數(shù)8向陽書屋p反應進度的單位是mol9向陽書屋p 2.0 7.0 2.0 1.5 5.5 3.0 3.0 10.0 0 0 例題：10向陽書屋p反應進度必須對應具體的反應

3、方程式。11向陽書屋p2.2 熱力學第一定律熱和功熱力學能熱力學第一定律焓變和熱化學方程式Hess定律12向陽書屋p2.2.1 熱和功 熱（Q）：系統(tǒng)與環(huán)境之間由于存在溫差而傳遞的能量。 熱不是狀態(tài)函數(shù)。 系統(tǒng)吸熱: Q 0； 系統(tǒng)放熱: Q 0。13向陽書屋p功(W )：系統(tǒng)與環(huán)境之間除熱之外以其它形式傳遞的能量 。 系統(tǒng)對環(huán)境做功，W0體積功：pexV1非體積功 功不是狀態(tài)函數(shù)14向陽書屋p2.2.2 熱力學能熱力學能（U）:系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部 能量之和，也稱內(nèi)能。 U是狀態(tài)函數(shù) 熱力學能變化只與始態(tài)、終態(tài)有關，與變化途徑無關。15向陽書屋p2.2.3 熱力學第一定律 熱力學定律的實

4、質是能量守恒與轉化定律。得功W對于封閉系統(tǒng)熱力學第一定律為：16向陽書屋p2.2.4 焓變和熱化學方程式1.焓和焓變對于封閉系統(tǒng)，在定容過程中， V=0，W=0QV為定容反應熱。17向陽書屋p在定壓過程中：焓：焓變：18向陽書屋p2. 熱化學方程式 表示化學反應及其反應熱關系的化學反應方程式 標準狀態(tài)：氣體液體、固體溶質、溶液B稱為反應的標準摩爾焓變。19向陽書屋p(l)聚集狀態(tài)不同時， 不同。化學計量數(shù)不同時， 不同。20向陽書屋p簡易量熱計測量中和熱、溶解熱及其它溶液反應的熱效應，屬于恒壓反應熱Qp 。此法測定的是恒容熱效應Qv，該裝置主要用于測定燃燒熱。彈式量熱計兩種實驗室常用量熱計21

5、向陽書屋p3. rUm與rHm 的關系對于無氣體參加的反應,W = pex V=0有氣體參加的反應:22向陽書屋p2.2.5 Hess定律 1. 標準摩爾生成焓 在溫度T下,由參考狀態(tài)單質生成1mol物質B的標準摩爾焓變,稱為物質B的標準摩爾生成焓。23向陽書屋p2. 標準摩爾燃燒焓 在溫度T下,1mol物質B完全氧化成指定產(chǎn)物時的標準摩爾焓變，稱為物質B的標準摩爾燃燒焓。24向陽書屋p3. Hess定律始態(tài)終態(tài)中間態(tài) 化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱總是相同的。25向陽書屋p例:已知298.15K下,反應計算298.15K下,CO的標準摩爾生成焓。26向陽書屋p解:利用Hess

6、定律途徑1途徑227向陽書屋p解法二：28向陽書屋p4. 由標準摩爾生成焓求反應的標準摩爾焓變29向陽書屋p結論 aA+bByY+zZ30向陽書屋p5.鍵焓與反應焓變(不要求）鍵焓：在氣相中鍵斷開時的標準摩爾焓（變）稱為鍵 焓，又稱為鍵解離焓。由鍵焓估算反應焓變例：乙炔燃燒能放出大量熱，氧炔焰常用于焊接和氣割。已知石墨氣化的熱力學方程式：C（石墨，S） C（g） rHm =717KJmol-1根據(jù)有關鍵能數(shù)據(jù)，估算乙炔的標準摩爾生成焓。31向陽書屋p解：乙炔的生成反應2C（石墨，S）H2（g） C2H2（g） rHm（1） fHm （C2H2，g）2. C（石墨，S） C（g） rHm（2）

7、=717KJmol-1 32向陽書屋p2C（g）H2（g） C2H2（g）rHm（3）2C（g） 2H（g）D（HH） 2D（CH）D（C C）查表得出有關鍵焓數(shù)值：D（HH）BHm（HH）436kJmol-1D（C C）BHm（C C）835kJmol-1D（CH）BHm（CH）414kJmol-133向陽書屋prHm（3）D（HH） 2D（CH）D（C C） 436kJmol-1（2414+835）kJmol-1 1227kJmol-1 rHm（1）rHm（3）2rHm（2） 1227kJmol-12717kJmol-1 207kJmol-1由附錄查出rHm（C2H2，g，298.15K）

8、226.73kJmol-134向陽書屋p2.3 氫能源 能源是人類社會發(fā)展的基本條件。為了減少環(huán)境污染，保持生態(tài)平衡，人們正在努力開發(fā)清潔能源。其中氫能源尤為人們注目。 甲烷轉化法和水煤氣法是比較常用的工業(yè)制氫的方法。新的制氫方法舉例如下。35向陽書屋p高溫電解水蒸氣制氫熱化學循環(huán)分解水生物分解水制氫從海水中制氫36向陽書屋p高溫電解水蒸氣 水的直接熱分解溫度高達幾千度，而且分解率很低。常溫電解耗能高。其生產(chǎn)成本仍不能與水煤氣法和甲烷轉化法生產(chǎn)出來的氫競爭。不過在有豐富水電和核電資源的地區(qū)，這種生產(chǎn)氫的電解法將有可能工業(yè)化。H2O（g） H2（g） + 1/2O2（g） rHm=241.8kJ

9、mol-137向陽書屋p熱化學循環(huán)分解水 為了降低水的分解溫度，在水的熱分解過程中引入熱化學循環(huán)。 1980年美國化學家提出硫碘熱化學循環(huán)。凈反應為：H2O（l） H2（g）1/2O2（g）38向陽書屋p循環(huán)包括下列反應：2HI（g） H2（g）I2（g） 425 SO2（g）2H2O（l）I2（g） H2SO4（aq）+2HI （aq） 90 H2SO4（aq） SO2（g）1/2O2（g）H2O（g） 825 上述反應不消耗SO2、HI，且系統(tǒng)反應速率快。最高溫度為825 ，如果以核反應堆作為熱源是可行的。39向陽書屋p生物分解水制氫 生物體分解水不需要電和高溫。在光合作用中，綠色植物吸收CO2和H2O，利用太陽光將它們合成生長所需要的物質。科學家試圖修改光合作用的過程，使植物從水中放出氫，而代替用氫參與生成很復雜的化合物。小規(guī)模實驗已經(jīng)表明，