2.2 热化学与焓(精品).ppt
《2.2 热化学与焓(精品).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2.2 热化学与焓(精品).ppt(51页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2.2 热化学与焓热化学与焓热力学第一定律热力学第一定律焓与化学反应的热效应焓与化学反应的热效应2.2.1 热力学第一定律热力学第一定律 the first law of thermodynamics把把能量守恒与转化定律能量守恒与转化定律用于热力学用于热力学中即称中即称热力学第一定律热力学第一定律自然界一切物体都具有能量,能量自然界一切物体都具有能量,能量 有各种不同形式,它能从一种形式转有各种不同形式,它能从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递给化为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体,在转化和传递中能量的另一个物体,在转化和传递中能量的数量不变。数量不变。Energy can ch
2、ange form,but can never be created or destroyed热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律的数学表达式根据这一定律,在任何过程中,体根据这一定律,在任何过程中,体系所吸收的热量系所吸收的热量q q,就等于体系内能就等于体系内能的增加量的增加量与与体系对环境作功体系对环境作功所消所消耗的能量耗的能量(W)(W)之差,之差,Q =U-W U=Q+W U=Q+W 据此,可以测定据此,可以测定UU。宏观静止物质内部各种能量的总和宏观静止物质内部各种能量的总和称为称为内能内能。宏观静止的物质其内部。宏观静止的物质其内部也具有多种形式的能量,如分子的也具有多种形
3、式的能量,如分子的动能动能,分子间的,分子间的势能势能,分子中原子、,分子中原子、电子运动的能量电子运动的能量,核内基本粒子间,核内基本粒子间的的核能核能等。用符号等。用符号U表示。表示。内内 能能Internal Energy U状状态态一一定定,内内能能有有确确定定的的值值与与它它相相对应对应;体体系系的的状状态态发发生生变变化化时时,内内能能的的变变化化值值,只只跟跟体体系系的的始始态态与与终终态态有有关关,而与变化途径无关。而与变化途径无关。内能是内能是状态函数状态函数由由于于物物质质内内部部结结构构的的复复杂杂性性,能能量量形形式式的的多多样样性性,内内能能的的绝绝对对值值尚尚无无法
4、测定法测定。但但内能的变化量内能的变化量UU是可以测定是可以测定的。的。根根据据能能量量守守恒恒与与转转化化定定律律,内内能能变变化化量量可可以以由由体体系系与与环环境境间间交交换换的的热热和功和功来加以确定。来加以确定。内能绝对值无法确定内能绝对值无法确定【例例2-1】某过程中,体系从环境吸收热量100 J,对环境做体积功20 J。求过程中体系热力学能的改变量和环境热力学能的改变量。解解:体系的:U=Q+W=100-20=80(J)环境的正好相反,U=-100-(-20)=-80J【例例2-2】2 mol氢气和氢气和1 mol氧气在氧气在373 K和和100 kPa下反应生成水蒸气,放出下反
5、应生成水蒸气,放出483.6 kJ的热量。求生成的热量。求生成1mol水蒸气时的水蒸气时的Q和和U。解解:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)Q1=-483.6 kJmol-1 H2(g)+O2(g)=H2O(g)Q2=-241.8kJmol-1设反应物和生成物都具有理想气体的性质,pV=nRT,则系统的体积功 W=-pV=-nRT其中n为系统中气体物质的量的变化值,n=n(H2O)n(H2)+n(O2)=1mol(1mol+0.5mol)=-0.5 mol故 W=-nRT=-(-0.5mol)373 K 8.314 JK-1mol-1 =1.50 kJ即对每摩尔反应来说,W=1.50 k
6、Jmol-1所以 Um=Q+W=-241.8 kJmol-1+1.50 kJmol-1 =-240.3 kJmol-12.2.2 焓与化学反应的热效应焓与化学反应的热效应A、焓、焓的的引入引入 在在封闭体系封闭体系中,若发生的是一中,若发生的是一个始态压力等于终态压力并等于环个始态压力等于终态压力并等于环境压力的境压力的等压过程等压过程 。而且。而且只做体积只做体积功功,将引入热力学上很重要的,将引入热力学上很重要的状态状态函数函数焓(焓(enthalpyenthalpy)始始 态态U U1 1 P P1 1 V V1 1做功做功W P外外 V吸热吸热Qp终终 态态U U2 2 P P2 2
7、V V2 2等压等压过程过程P P1 1 P P2 2 P P外外 只做只做体积功体积功W-P外外 V等压过程的热用等压过程的热用Qp表示表示由热力学第一定律由热力学第一定律 U=Qp+W 得:得:Qp=U2U1+P外外 V =U2U1+P外外(V2V1)=(U2 P2V2)(U1+P1V1)定义定义一个新的状态函数:一个新的状态函数:H U PV 那么那么 Qp=H2H1=H B、焓、焓的的意义和性质意义和性质1.焓是焓是状态函数状态函数 H=U+pV U、p、V都是状态函数,都是状态函数,U+pV也也是是状状态态函函数数,是是复复合合的的状状态态函函数数,由由于于内内能能的的绝绝对对值值不
8、不知道,知道,焓的绝对值也不知道焓的绝对值也不知道。焓的焓的意义和性质意义和性质2.在在封闭体系封闭体系中发生只做体积功的等中发生只做体积功的等压过程压过程。H=Qp吸热过程吸热过程Qp0 H终终 H始始,H 0 焓增焓增放热过程放热过程Qp0 H终终 H始始,H 0 焓减焓减焓的焓的意义和性质意义和性质3.焓是广度性质,它的量值与物质的焓是广度性质,它的量值与物质的 量有关,具有加和性。量有关,具有加和性。H H1 H2 H3焓的焓的意义和性质意义和性质4.对对一定量的某物质一定量的某物质而言而言 H(g)H(l)H(s)H(高温)高温)H(低温)低温)焓的焓的意义和性质意义和性质5.对于化
9、学反应对于化学反应 Qp=H=H生成物生成物 H反应物反应物 吸热反应吸热反应 H生成物生成物 H反应物反应物 rH 0放热反应放热反应 H生成物生成物 H反应物反应物 rH 0rH=(fH)产产(fH)反反焓的焓的意义和性质意义和性质6.当过程反向进行时,当过程反向进行时,H 要要改变符改变符号号 H(正正)=H2 H1 H(逆逆)=H1 H2=H(正正)C、热效应、热效应体系在物理的或化学的体系在物理的或化学的等温等等温等压压或或等温等容过程等温等容过程中,中,不做非不做非体积功体积功时所吸收或放出的热叫时所吸收或放出的热叫做此过程的做此过程的热效应热效应。等压热效应等压热效应Qp 一般化
10、学反应常常是在敞口容器中一般化学反应常常是在敞口容器中进行,是恒压条件,即体系的压力与外界进行,是恒压条件,即体系的压力与外界压力压力(常压为常压为101.325kPa)相等。相等。等压条件等压条件 P1=P2=P外外 等压下化学反应的热效应用符号等压下化学反应的热效应用符号Qp表示。表示。Qp=H 可在可在绝热杯式量热器绝热杯式量热器中测定中测定等容热效应等容热效应Qv 若化学反应是在恒容条件下进行若化学反应是在恒容条件下进行(体体积一定的密闭容器中的反应积一定的密闭容器中的反应),则则V=0,且不做非体积功,故有且不做非体积功,故有 QV=U QV称为等容反应热效应,可在密称为等容反应热效
11、应,可在密闭的闭的弹式量热器弹式量热器中测定。中测定。弹式量热计测弹式量热计测Qv U=Q+W W=-pV=-nRT H=U+pV H=U+(pV)Qv=U Qp=H Qp=H=U+(pV)=Qv+nRTQp 与与Qv的关系的关系【例例2-3】在352 K和100 kPa压力下,将1 mol乙醇完全气化,求此过程的W,H,U和Qp。已知该反应的Qv=40.6 kJ解解:C2H5OH(l)=C2H5OH(g)W=-pV=-nRT=-(1 mol 0 mol)352 K 8.314 JK-1mol-1 =352 8.314 J=2.93 kJU=Qv=40.6 kJH=U+pV=U W=40.6
12、kJ (2.93 kJ)=43.53 kJQp=H=43.53 kJ【例例】D 化学反应标准摩尔焓变rHm 1.热力学标准态热力学标准态2.热力学标准焓变热力学标准焓变r rH3.化学反应标准摩尔焓变rH m4.物质的标准摩尔生成焓fHm 1、热力学标准态、热力学标准态热力学标准态热力学标准态 Standard Conditions 指定温度指定温度T,标准压力标准压力P 1105Pa下物质的状态,下物质的状态,简称标准态。简称标准态。纯固体纯固体(液体液体)的标准态为的标准态为P下下的的纯固体纯固体(液体液体);气体气体的为在的为在P下表现出理想气体性质的纯气体;下表现出理想气体性质的纯气体
13、;溶液中溶质溶液中溶质的标准态,是在指定温度的标准态,是在指定温度T和标准压力和标准压力P,质量摩尔浓度为,质量摩尔浓度为1 molkg-1(1 molL-1)的的状态状态!标准态标准态只只规定了压力规定了压力,没有指定温度没有指定温度。与温度。与温度有关的状态函数的标准状态应注明温度有关的状态函数的标准状态应注明温度2、热力学标准焓变、热力学标准焓变r rH H标准态下化学反应的焓变称为标准态下化学反应的焓变称为热力学热力学标准焓变标准焓变,用,用rH 表示。表示。温度不是标准态规定的条件,但许多温度不是标准态规定的条件,但许多重要数据是重要数据是298.15 K298.15 K获得的,此时
14、的获得的,此时的焓变记为:焓变记为:rH(298.15 K)焓变与那些因素有关焓变与那些因素有关1.反应体系所处的状态。反应体系所处的状态。2.温度温度3.反应进行的程度反应进行的程度4.反应体系的物质的量。反应体系的物质的量。只有当这些因素都确定后,才能只有当这些因素都确定后,才能比较反应间热效应的大小。比较反应间热效应的大小。以下述反应为例:以下述反应为例:C(石墨石墨)+O(g)=CO(g)rHm(298.15K)=-393.5kJmol-1 即即1 mol C(石墨石墨)和和1 mol O(g)反应反应生成生成1 mol CO(g)时时rHm(298.15K)=-393.5kJmol-
15、1 若是若是0.1mol C(石墨石墨)和和0.1mol O(g)反应生成反应生成0.1mol CO(g)时时rHm(298.15K)=-39.35kJmol-1,只有只有前者的前者的110。3.化学反应标准摩尔焓变rH m在标态在标态下,发生下,发生1 mol的化学反应的焓的化学反应的焓变称为变称为化学反应的标准摩尔焓变。化学反应的标准摩尔焓变。用用rHm表示。单位为表示。单位为kJmol-1。常用常用298.15K的的数据,记为数据,记为 rHm(298.15K)如何计算如何计算rHm?由于由于H是状态函数,根据状态函数是状态函数,根据状态函数的特点,有的特点,有rHm H终终 H始始 对
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2.2 热化学与焓精品 热化学 精品
限制150内