1、第一章第一章 化學反應中的質量化學反應中的質量關系和能量關系關系和能量關系第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系1.1.化學反應能否自發進行？化學反應能否自發進行？2.2.反應進行的速率有多大？反應進行的速率有多大？3.3.反應進行的極限反應進行的極限( (化學平衡化學平衡) )4.4.反應中的能量變化反應中的能量變化( (熱化學熱化學) )5.5.反應是如何進行的反應是如何進行的( (反應機理反應機理) )？第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 基基 本本 內內 容容3.3.闡明化學反應中的質量關系和能闡明化學反應

2、中的質量關系和能 量關系量關系1.1.闡述化學中的計量闡述化學中的計量，以鞏固高中以鞏固高中 化學中的有關概念化學中的有關概念2.2.引入化學計量數引入化學計量數，反應進度反應進度，狀狀 態函數態函數, ,標準態和反應焓變等重標準態和反應焓變等重 要概念要概念第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 會應用熱化學方程式和會應用熱化學方程式和物質的標準摩爾生成焓計物質的標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓變算標準摩爾反應焓變 基基 本本 要要 求求第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系第一章第一章 化學反應中的質量關系和能量關

3、系化學反應中的質量關系和能量關系1-1 物質的聚集態和層次物質的聚集態和層次1-2 化學中的計量化學中的計量1-3 化學反應中的質量關系化學反應中的質量關系 目目 錄錄1-41-4化學反應中的能量關系化學反應中的能量關系第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系第一節第一節 物質的聚集態和層次物質的聚集態和層次第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系1.1.1物質的聚集態物質的聚集態物質三態物質三態 氣態氣態(gas)：流態：流態 液態液態(liquid)：流態、凝聚態：流態、凝聚態 固態固態(solid) ：凝聚態：凝聚態

4、 等離子態等離子態“Plasma” I. Langmuir 1926定義定義1: “包含足夠多的正負電荷數目近于包含足夠多的正負電荷數目近于相等的帶電粒子的物質聚集狀態。相等的帶電粒子的物質聚集狀態。”第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 等離子態等離子態固態等離子體固態等離子體：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; ;半導體中電子與空穴的組合等。半導體中電子與空穴的組合等。 液態等離子體液態等離子體：如電解質溶液中正負離子：如電解質溶液中正負離子的組合。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。的非凝聚系統。”（國家自然科學基金委，（國家自然科學基金委，“等離子體物理等離子體物理學發展戰略調研報告學發展戰略調研報告”，19941994年）年）強調了非凝聚系統，即排除了單純的固態強調了非凝聚系統，即排除了單純的固態和液態，但包含了電子束和離子束。和液態，但包含了電子束和離子束。第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 定義定義3:“等離子體是包含足夠多的正負電等離子體是包含足夠多的正負電荷數目近于相等的帶電粒子的非凝聚系荷數目近于相等的帶電粒子的非凝聚系統。統。” 單純氣態：單純氣態： 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：塵埃等離子體霧滴等離子體非單純氣態：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、磁特殊條件下還有超固體、中子態、磁性超流態以及輻射場態等性超流態以及輻射場態等. . 等離子態等離子態第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系1.1.2 物質的層次物質的層次 層次層次 空間尺度空間尺度 遵循運動規律遵循運動規律 實例實例宇觀宇觀 106 m 相對論力學相對論力學 地球地球、太陽太陽、星云星云宏觀宏觀(10-8106 m) 牛頓力學牛頓力學 交通工具交通工具微觀微觀 0, H 0放熱放熱反應反應：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反應熱和反應焓變反應熱和反應焓變反應焓變反應焓變第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 表示化學反應與熱效應關系的方程式表示化學反應與熱效應關系的方程式 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，當反應進度下，當反應進度 =1mol時時(1mol H2(g)與與 mol O

8、2(g)反應，反應，生成生成1molH2O(g)時時)，放出，放出241.82kJ熱量。熱量。12 rHm摩爾反應焓變摩爾反應焓變1.4.2反應熱和反應焓變反應熱和反應焓變第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 注意：注意： 1. 注明反應的溫度、壓力等。注明反應的溫度、壓力等。2. 注明各物質的聚集狀態。注明各物質的聚集狀態。3. 同一反應同一反應, 反應式系數不同反應式系數不同, rHm不同不同 。 rHm = -483.64 kJmol-12H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 4. 正正、逆反應的逆反應的Qp的的絕對值相同絕對值相同, 符號相

9、反符號相反。HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-1121.4.2反應熱和反應焓變反應熱和反應焓變第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 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, 則反應熱只取決于反應的始態和終態，則反應熱只取決于反應的始態和終態，而與變化過程的具體途徑無關。而與變化過程的具體途徑無關。 即化學反應的焓變只取決于反應的始態和終即化學反應的焓變只取決于反應的始態和終態，

10、而與變化過程的具體途徑無關。態，而與變化過程的具體途徑無關。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應用赫斯定律不僅可計算某些等壓反應用赫斯定律不僅可計算某些等壓反應熱，而且可計算難以或無法用實驗應熱，而且可計算難以或無法用實驗測定的反應熱。測定的反應熱。1.4.2反應熱和反應焓變反應熱和反應焓變赫斯赫斯(Hess)定律定律第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系1-4-3應用標

11、準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓變應用標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓變 標標 準準 態態物質物質標準態標準態氣體氣體標準壓力標準壓力(p =100kPa)下純氣體下純氣體液體液體固體固體標準壓力標準壓力(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的溶質標準壓力標準壓力(p )下質量摩爾濃度為下質量摩爾濃度為1molkg-1(近似為近似為1molL-1) 第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 標準摩爾生成焓標準摩爾生成焓定義：標準態下定義：標準態下, 由最穩定的純態單質生由最穩定的純態單質生成單位物質的量的某物質的焓變。成單位物

12、質的量的某物質的焓變。 (即等壓反應熱即等壓反應熱)。符號：符號： fHm單位：單位： kJmol-11.最穩定純態單質最穩定純態單質 fHm=0, 如如 fHm(石墨石墨)=0。注意：注意：2. fHm代數值越小代數值越小, 化合物越穩定。化合物越穩定。3.必須注明溫度，若為必須注明溫度，若為298.15K時可省略。時可省略。高溫時分解高溫時分解-157.3CuO(s)加熱不分解加熱不分解-635.09CaO(s)穩定性穩定性 fHm/(kJmol-1)物質物質第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 標準摩爾反應焓變的計算標準摩爾反應焓變的計算化學反應的

13、標準摩爾反應焓變等于生成物化學反應的標準摩爾反應焓變等于生成物的標準摩爾生成焓的總和減去反應物的標的標準摩爾生成焓的總和減去反應物的標準摩爾生成焓的總和。準摩爾生成焓的總和。計算時計算時,注意系數和正負號注意系數和正負號化學反應：化學反應：cC + dD = yY + zZ(任一物質均處于溫度任一物質均處于溫度T的標準態的標準態) rHm = y fHm(Y) + z fHm(Z) - c fHm(C) + d fHm(D) rHm =i fHm (生成物生成物)+i fHm (反應反應物物)第第1 1章章 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系例例1計算等壓反應計算等壓

14、反應: :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計算時計算時, 注意系數和正負號注意系數和正負號 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 化學反應中的質量關系和能量關系化學反應中的質量關系和能量關系 計算計算 fHm(CuO,s)。序號序號反應反應 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