化学反应是化学的核心内容
一定条件下，反应能否进行？
冶炼：Fe2O3+ 3CO = 2Fe + 3CO2
2+O2=
氮的转化：N2 + O2 2NO
尾气处理：NO+CO = 1/2N2 + 3CO2
合成氨：N2 + 3H2= 2NH3
……
金属活动顺序表、反应放热、生成气体或沉淀……
进步反应进行的程度如何？
进一步，反应进行的程度如何？
第5章化学热力学
化学热力学的研究内容
热化学方程式与反应热的测量
恒压反应热与恒容反应热名词术语
热力学函数：内能与焓
热化学定律焓变与生成焓键焓的应用 可逆与不可逆过程熵与热温商
Gibbs自由能自发反应
Gibbs-Helmholtz
Gibbs Helmholtz方程及其应用
核心问题：
?四个热力学状态函数
内能焓熵Gibbs自由能
?两个过程参数:热与功
个热化学定律与三大热力学定律?四个定律:一个热化学定律与三大热力学定律
?两种过程性质:
自发与非自发；可逆与不可逆
可逆与不可逆
?一个重要方程:
Gibbs Helmholtz方程
Gibbs-Helmholtz方程
学习建议:循序渐进举重若轻
理顺关系正确运用
化学热力学的研究内容
化学热力学是物理化学的一个重要分支。它主要是把热力学中的定律用于溶液、相平衡和化学平衡之中，解决化学和物理变化进行的方向和限度的问题，特别是对化学反应的可能性和平衡条件作出预示。
可能性和平衡条件作出预示
化学热力学的内容包括：热力学基本规律、溶液、相平衡、化学平衡。
热力学与热化学
热力学：研究自然现象中热能和其他形式能量间的相互关系及其转化规律的一门科学。
热功当量，热机效率…
热化学：针对化学变化和物理变化过程中伴热化学针对化学变化和物理变化过程中伴
有的吸热或放热现象，测量这些过程中的热
效应并研究其规律性。
热化学数据：燃烧热、生成热、比热容…
化学热力学解决的基本问题
——在一定条件下化学反应是否发生？——反应进行到什么样的程度？
￣化学反应的方向与限度
￣化学平衡
热化学方程式
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l) Δr H= -286 kJ mol-1
1
1/2N2(g) + O2(g) = NO2(g) Δr H= +33 kJ mol-1 NaOH(aq) + HCl(aq) = H2O(l) + NaCl(aq)
N OH)+HCl()H)+N Cl)
Δr H= -57.3 kJ mol-1
标出各物质的状态；给出化学反应的热效应
化学反应热效应的测量
中和热的测量：分别量取100ml 1.01M 的
100l 103M N OH 溶液加
HCl 溶液和100ml 1.03M 的NaOH 溶液，加
入量热计中，二溶液温度起始温度均为
=2230o C t 122.30C, 混合反应后体系的温度升至
t 2=29.00o C ，已知量热杯热容常数C 杯=46.1
J/o C ，NaCl 溶液密度m=1.02 g cm
-3, 比热容g
为C =4.03 J g -1 o C -1, 计算HCl 和NaOH 反应的
摩尔中和热。
Q
放=Q 吸Q p =Q 水+Q 杯
保温杯式量热计~恒压反应热Q p
化学反应热效应的测量
弹式量热计
~恒容反应热Q V
Q
放=Q 吸
=+Q V Q 水Q 弹
热化学数据的汇集
Q v 与Q p 关系？
与内能、焓的关系？
化学热力学常用名词术语
体系与环境
体系：研究的对象。（根据需要划分，有人为性，实际的或想象的）
环境：除去体系以外的一切事物。一般指与体系密切相关相互影响的部分。
关相互影响的部分
开放体系：与环境既有能量交换又有物质交换
封闭体系与环境有能量交换但没有物质交换
封闭体系：与环境有能量交换但没有物质交换
孤立体系：与环境有既没有能量交换也没有物质交换
化学热力学常用名词术语
体系
与
环境
化学热力学常用名词术语
体
体系的性质：
强度性质：只取决于体系自身的特性而与体系中物质的量无关的性质相应的物理量称为强度量物质的量无关的性质。相应的物理量称为强度量，不具有加和性。如密度、温度、压力等等
广度性质：与体系中物质的量相关的性质，相应的物理量与物质的量成正比，在一定条件下具有物物在条件具
加和性。如体积、质量、内能等等
化学热力学常用名词术语
状态和状态函数：
状态：体系的物理性质和化学性质（如质量、温度、压力、
体积、密度等）的总和。当这些性质不发生变化时，体系处体积密度等）的总和当这些性质不发生变化时体系处
于一定的状态；任一性质发生变化，体系的状态也随之改变。
变化前称始态，变化后的状态称终态。
状态函数：仅由体系状态决定的函数，在定态下有定值。其
改变量仅取决于体系的始态和终态而与变化的路径无关
改变量仅取决于体系的始态和终态，而与变化的路径无关。
如内能、焓、熵、Gibbs自由能等等。
热力学函数：内能
内能(U)：物质所含
分子及原子的动能、
势能、电子能等的能
量的总和
不包括宏观运动的动
能和体系在外力场中
的势能;也不包括核反
应能
绝对值？难以测定！
热力学第一定律
能量守恒定律：体系内能的改变等于体系与环境交换的热量与功的加和
U =+ΔU Q W
体系对环境: (-)环境对体系：(+)
Q ：热量
W : 功—体积功、机械功、电功等
=+W = W 体+ W 其他
无其他功的等容变化过程与等压变化过程？
热力学第一定律
恒温下,当体系不做其它功且体积一定时：W= 0
ΔU= Q+ W
=+0
= Q V+ 0
= 体系内能的改变(ΔU)
恒容反应热Q
=
V
~弹式量热计测定的热效应
热力学函数：焓
化学反应一般在等温等压下进行且只做体积功ΔU = + W 化学反应般在等等压进行只做体积功
Q p 体= Q p -p ΔV
焓的定义：H = U + pV
等压下热效应Q p = 体系的焓变ΔH
热力学函数：焓
9焓(enthalpy, H ＝U+pV)是一种与内能相联系的物理量
9在等压条件下变化，焓变ΔH= ΔU+ pΔV
在等条件变化焓变
9当反应在等压条件下进行且只做体积功时，反应热Q p= ΔH 9一定温度下，若化学反应过程中有气体参与，反应前后气体的摩尔数变化为Δn，若将气体按理想气体处理，有
ΔH=ΔU+Δ(pV) = ΔU+ Δn RT
9反应的等压热效应与等容热效应的关系为：
Q p=Q V+Δn RT
热力学函数的应用
一定温度下，理想气体等压热效应与等容热效应的关系V 效应的关系：
ΔH = ΔU +Δ(pV )
= ΔU + Δn RT
有：Q p = Q V +Δn RT
化学热力学数据的测定与关联
热化学定律
H ’L ()
Hess’s Law(盖斯定律) :化学反应的热效应仅与反应物的起始
状态和生成物的终了状态有关而与中
间的步骤无关
Germain Henri Hess ~热化学公式可以互相加减
1802-1850 瑞士出生的俄国化学家
~ 总反应的ΔH 等于各分步反应ΔH 之和
第二章化学热力学初步 1. 热力学第一定律W U- = Q ?,由于U为状态函数，所以Q和W也是状态函数，对吗？为什么？ 答：不对。Q和W只有在能量交换的时候才会有具体的数值，并且随途径不同，共和热的数值都会有变化，所以不是状态函数。 2. 解释下列名词 (1) 体系与环境 (2) 热（Q） (3) 功（W） (4) 焓（H）和焓变（H ?） (5) 热力学能U (6) 恒容反应热（Q V）和恒压反应热（Q p） 答：(1) 热力学中称研究的对象为体系，称体系以外的部分为环境。 (2) 体系在变化过程中吸收的热量为Q。 (3) 体系对环境所做的功。 (4) H＝U+PV 当泛指一个过程的时候，其热力学函数的改变量为焓变。 (5) 体系内一切能量的总和叫热力学能。 (6) 在恒容过程中完成的化学反应，其热效应称为恒容反应热。 在恒压过程中完成的化学反应，其热效应称为恒压反应热。 3. 什么叫状态函数？它具有何特性？ 答：藉以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。它具有加和性。 4. 何谓热效应？测量方法有哪两种？ 答：化学反应的热效应为当生成物和反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸收或放出的热量。可以选择恒压和恒容两种条件下测量。 5. 什么叫热化学方程式？书写热化学方程式要注意哪几点？ 答：表示出反应热效应的化学方程式叫做热化学方程式。书写化学方程式时要注意一下几点：(1)写热化学方式式，要注意反应的温度和压强条件，如果反应是在298K和1.013×105Pa下进行时，习惯上不予注明。（2）要注明物质的聚集状态和晶形。（3）方程式中的配平系数只是表示计量数，不表示分子数。但计量数不同时，同一反应的反应热数值也不同。 6. ①无机化学中常用的反应热有哪几种？反应热的实质是什么？什么类型的化学反应Q V＝Q p？等摩尔的NaOH和NH3·H2O溶液分别与过量的HCl溶液中和所放热量是否相等？为什么？ ②反应2N2（g）＋O2（g）＝2N2O（g）在298K时，ΔrH m?=164K J·mol-1, 求反应的ΔU? 答：①无机化学中常用的反应热有恒压反应热和恒容反应热。 反应热的实质是：当生产物与反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸
第六章化学热力学初步 1. 理想气体恒温膨胀过程热力学能不变，是否意味着理想气体恒温膨胀过程不做功？ 答 2. 计算体系的热力学能变化，已知： （1） 体系吸热1000J ，对环境做540J 的功； （2） 体系吸热250J ，环境对体系做635J 的功； 解 3. 在298K 和100kPa 恒压下， 2 1 mol 的OF 2同水反应，放出161.5kJ 热量，求 反应 OF 2(g) + H 2O(g) → O 2(g) + 2HF(g) 的△rH θ m 和△rU θ m 。 解 4. 反应N 2(g) + 3H 2(g) → 2NH 3(g)在恒容没量热器内进行，生成2molNH 3时放出能量 82.7kJ ，求反应的△rU θ m 和298K 时反应的△rH θ m 。 解 5. 查表求298K 时下列反应的反应热 （1） 3NO 2(g) + H 2O(l) → 2HNO 3(l) + NO(g) （2） CuO(s) + H 2(g) → Cu(s) + H 2O(g) 解 （1）
（2） 6. N 2O 4在反应器中受热分解，当产物中有1molNO 2生成时，分别按下列反应方程式计算， 反应进度各是多少： (1) N 2O 4 → 2NO 2 (2) 2 1 N 2O 4 → NO2 解 （1）0.5mol (2) 1mol 7. 在一知弹式量热计中燃烧0.20molH 2（g ）生成H 2O （l ），使量热计温度升高0.88K ，当 0.010mol 甲苯在此量热计中燃烧时，量热计温度升高0.615K ，甲苯的燃烧反应为 C 7H 8(l) + 9 O 2(g) → 7 CO 2(g) + 4H 2O(l) 求该反应的△rH θ m 。已知△f H θ m ( H 2O ，l ) == —285.8 kJ ·mol 1- 解 △rV θ m = △rH θm —△νRT= —285.8+1.5×RT= —282.1kJ/mol 8. 已知下列热化学反应 Fe 2O 3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO 2(g) △rH θ m = — 27.61 kJ ·mol 1 - 3Fe 2O 3(s) + 3CO(g) → 2 Fe 3O 4 (s) + CO 2(g) △rH θm = — 27.61 kJ ·mol 1 - Fe 3O 4 (s) + CO(g) → 3FeO(s) + CO 2(g) △rH θm = + 38.07 kJ ·mol 1 - 解
课 题第二章 化学热力学 基础 课次第一讲（2学时） 教学目的（1）理解状态函数的概念及其特点(2)理解过程和途径的区别（3）理解热和功的概念及其符号规定. 重点难点状态函数的基本特点热和功的符号规定及计算 教学过程2-1 热力学的一些基本概念 教学方法 讲授 课的类型 基础课 内蒙古农业大学理学院普通化学教案 第二章 化学热力学基础（8学时） §2．1 热力学的一些基本概念 一．系统和环境 系统是被人为地划定的作为研究对象的物质(又叫体系或物系)。除系统外的物质世界就是环境。体系分类： 孤立系统：与环境既无物质交换又无能量交换。开放系统：与环境既有物质交换又有能量交换。封闭系统： 与环境无物质交换而有能量交换。二．状态和状态函数 在热力学中，为了描述一个系统，必须确定它的一系列性质，即物理性质和化学性质，如温度、压力、体积、密度、组成等。当系统的所有物理性质和化学性质都有确定的值，则称这个系统处于一定的状态。所以系统的状态是由一系列表征系统性质的物理量所确定下来的系统的存在形式，是其物理性质和化学性质的综合表现。系统的状态是由许多宏观的物理量来描述和确定的。例如，气体的温度、压力、体积以及物质的量等宏观物理量确定了，则该气体系统的状态也就确定了。只要其中一个物理量改变，则体系的状态就会发生变化，变化前的状态叫始态，变化后的状态叫终态。 系统的每一状态都具有许多物理和化学性质，状态一定，系统的性质也就一定，状态改变，系统的性质也随之变化。在热力学中把用来说明、
确定系统所处状态的系统性质叫做状态函数。例如p、V、T及后面要介绍的非常重要的热力学能U、焓H、熵S和吉布斯自由能G等均是状态函数。状态函数的特点：一是当系统的状态确定后，系统的宏观性质即状态函数就有确定的数值，亦即系统的宏观性质是状态的单值函数；二是状态函数的变化值只决定于系统的始态和终态，而与状态发生变化时所经历的具体途径无关。无论经历多么复杂的变化，只要系统恢复原状，则状态函数也恢复原状。 状态函数按其性质可分为两大类： （1）广度性质：又称容量性质，当将系统分割成若干部分时，系统的某性质等于各部分该性质之和，即广度性质的值与系统中物质的量成正比，具有加和性。体积、质量、热力学能、熵、焓、吉布斯自由能等均是广度性质。 （2）强度性质：此类性质不具有加和性，其值与系统中物质的量多少无关，仅决定于系统本身的特性。例如，两杯298K的水混合，水温仍是298K，而不是596K。温度、压力、密度、粘度等均是强度性质。 应当指出，两个广度性质的比值，是一个新的强度性质。如摩尔体积、摩尔质量、密度、浓度等就是强度性质。强度性质不必指定物质的量就可以确定。 三．过程和途径 当系统与环境之间发生物质交换和能量交换时，系统的状态就会发生变化，人们把状态变化的经过称为过程，而把完成变化的具体步骤称为途径。一个过程可以由多种不同的途径来实现，而每一途径常由几个步骤组成。例如，在101.325kPa下，将25℃水加热到75℃的过程，可以通过多种途径达到。如途径Ⅰ，直接加热升温到75℃；途径Ⅱ，先把水加热到90℃，然后再冷却到75℃。 热力学常见的过程有： （1）定温过程：系统的状态变化是在系统的始态温度、终态温度及环境温度均相等的条件下发生的过程。即T始=T终=T环=T。
第二章 化学热力学初步 1．计算系统热力学能的变化 （1）系统吸收了100J 的热量，并且系统对环境做了540J 功。 解：根据热力学第一定律，U Q W ?=+∴100J (540J)440J U ?=+-=- （2）系统放出100J 的热量，并且环境对系统做了635J 功。 解：根据热力学第一定律，U Q W ?=+∴100J+635J=535J U ?=- 4．已知： (1) C(s) + O 2(g) = CO 2(g) 11393.5r H kJ mol -?=-?θ (2) H 2(g) +12O 2(g) = CO 2(g) 12285.9r H kJ mol -?=-?θ (3) CH 4(g) +2O 2(g) = CO 2(g) + 2H 2O(l) 13 890.0r H kJ mol -?=-?θ 试求反应(4) C(s) + 2H 2(g) = CH 4(g) 的4r H ?θ 解：根据盖斯定律和已知条件可见，(4)＝(1) + 2(2) - (3) r 4r 1r 2r 2H H H H ∴?=?+??-?θ θ θθ 5．利用附录二的数据，计算下列反应在298K 的r m H ?θ (1) 223PbS(s)+O ()=PbO(s)+SO (g)2 g 查表f m H ?θ：-100 0 -219 -297 kJ.mol -1 -1r m (215297)(0100)412kJ mol H ?=----=-?θ (2) 3224NH (g)+5O ()=4NO(g)+6H O(l)g 查表f m H ?θ：-46.11 0 90.4 -285.8 kJ.mol -1 -1r m (490.46285.8)(0446.11)1169kJ mol H ?=?-?--?=-?θ 9．预言下列过程系统的△S 符号： (1) 水变成水蒸气； (因为吸热，体积增大，混乱度增大） (2) 气体等温膨胀； (因为吸热，体积增大，混乱度增大） 0>?S 0>?S -1 393.52285.9890.075.3kJ mol =--?+=-?
一、思考题 1. 什么是体系，什么是环境两者有什么区别根据两者的关系，可以将体系分为哪几类 答案：体系：我们所选择的研究对象。 环境：在体系周围与体系有关系的物质。 体系分为：孤立体系；封闭体系；敞开体系。 2. 与环境连通的系统属于何种类型的系统为什么 答案：属于敞开系统，此时环境与系统之间既有物质交换又有能量交换。 3. 密闭容器中的化学反应系统属于何种类型的系统为什么 4. 密闭且保温性能绝好的容器中的化学反应系统属于何种类型的系统为什么 5. 什么是等容热效应与等压热效应两者有什么关系在什么情况下它们相等 答案：等容过程的热效应，称等容热效应，Q v = Δr U ； 等压过程的称等压热效应Q p =ΔH。化学反应、相变过程等一般是在等压条件下进行的，故手册 中列出的有关数据，一般是等压热效应。 对应同一反应，等容和等压热效应 ΔγU m 和 ΔγH m 之间有如下近似关系： ΔγH m =ΔγU m +ΔnRT 式中Δn （或示为 ）为反应过程中气体物质的量的增量。 6. 内能变U ?与等容热效应，焓变H ?与等压热效之间有什么样的关系 7. 内能变与焓变之间有什么关系在什么情况下它们相等 8. 在下列反应或过程中，Q p 与Q v 有区别吗 ① NH 4HS (s)??? →?K 15.273NH 3 (g) + H 2S (g) ② H 2 (g) + Cl 2 (g) ??? →?K 15.273 2 HCl (g) ③ CO 2 (s) ???→?K 15.195 CO 2 (g) ④ AgNO 3(aq) + NaCl (aq) ??? →?K 15.273AgCl(s) + NaNO 3(aq) 9. 下列反应中，哪些反应的H ?≈U ? ① 2H 2（g ）+O 2（g ）== 2H 2O （g ） ② Pb(NO 3)2 +2KI （s ）== PbI 2（s ）+ 2KNO 3 (s) ③ NaOH(aq) + HCl(aq) == NaCl(aq) + H 2O (l) ④ CO 2(g) + NaOH(s) == NaHCO 3(s) 10. 什么是状态函数状态函数有什么特点Q 、W 、H 、U 、S 、G 中哪些是状态函数，哪些不是 答案：体系的性质是由体系的状态确定的，这些性质是状态的函数，称为状态函数； 11. 上题的状态函数中，哪些没有明确的物理意义具有明确物理意义的，请说明其物理意义。 12. 化学热力学中所说的“标准状态”意指什么 答案：状态函数中热力学能U 及焓H 和吉布斯自由能G 等热力学函数的绝对值是无法确定的。为了便于比较不同状态时它们的相对值，需要规定一个状态作为比较的标准。所谓标准状态，是在指定温度T 和标准压力（100kPa ）下该物质的状态，简称标准态。对具体系统而言，纯理想气体=1 p 。溶液中溶质的标准态，是在指定温度T 和标准压力p 的状态；纯液体（或纯固体）物质的标准态是标准压力p 下的状态；混合理想气体的标准态是指任一气体组分的分压力为p 时该气体所处的状态。因压力对液体和固体的体积影响很小，故可将溶质的标准态浓度改用c=1mol ·Kg -1 ，而没有指定温度，所以与温度有关的状态函数的标准状态应注明温度。 13. 化学热力学中，标准状态条件是指压力为100kPa 还是指压力为100 kPa ，温度为 14. 标准摩尔生成焓的定义是什么如何根据时的标准摩尔生成焓的数值计算反应在时的标准摩尔焓变 其他温度时的标准摩尔焓变如何计算 15. 时，物质B 的标准摩尔生成焓符号如何单位如何
第六章 化学热力学基础 1．试述热力学第一定律并写出其数学表达式。 解：热力学第一定律就是能量守恒定律，即能量只能从一种形式转化为另一种形 式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化和传递过程中，能量的总值不变。 热力学第一定律数学表达式为：△U ＝Q －W 。 2．试述Hess 定律。它有什么用途？ 解：Hess 定律：一个化学反应不管是一步或分几步完成，这个反应的热效应总是相同的。 用途：根据Hess 定律，可以用少量已知的热效应数据计算出许多化学反应的 热效应。尤其是某些不易准确地直接测定或根本不能直接测定的反应的热效应。 3．在常压下，0℃以下的水会自发地结成冰，显然这是一个熵降低的过程，为什么该过程能自发进行？ 4．在298K 、100kPa 下，一定量的水加热到373K 化为蒸汽，蒸汽冷凝为298K 的水再冷却到273K 结冰。冰冷却至263K 后，加热溶化，再加热到298K 并保持在100kPa 下。假定整个过程是在封闭体系中进行的，总过程焓的变化为△H , 问下列哪一个答案是正确的？为什么？ A. △H 决定于试样的多少； B. △H ＝0； C. △H 依赖于加热的能源； D. △H 取决于每一分步保持的时间多少。 解：B 。△H 是状态函数，只决定于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。 5．在298.15K 、100kPa 下，H 2(g)＋ 2 1 O 2(g) ＝ H 2O(1)的反应放出285.9kJ·mol -1的热量。试判断下列哪一个答案是正确的。 A. △U ＝–285.9 kJ·mol -1 B. △c H θm =△f H θm = –285.9 kJ·mol -1
第三章金属电化学腐蚀的热力学原理 §3-1 腐蚀原电池 1．腐蚀原电池是指导致金属材料的破坏而不能对外做有用功的短路原电池。 电极反应方程式阳极：Fe →Fe2+ +2e 阴极：2H+ +2e →H2 (图3-1) 电极反应方程式阳极：Fe →Fe2+ +2e 阴极：2H+ +2e →H2 O2 + 4H+ +4e →2H2O
(图3-2) 电化学腐蚀发生的根本原因是由于介质中存在着平衡电极电位高于金属的平衡电极电位的氧化性物质。 2．腐蚀原电池的组成及工作过程 1）组成：阳极、阴极、电解质溶液、外电路。 2）工作过程：①金属阳极溶解过程如Fe →Fe2+ +2e ②溶液中氧化性物质的阴极还原过程如
2H+ +2e →H2 ③电子和离子的定向流动过程 以上三个过程是彼此独立进行的，但又是串联在一起的，因而只要其中的某个过程的进行受到阻滞，则金属的腐蚀速度就会减缓。3．电化学腐蚀的次生过程 腐蚀电池工作过程中，阳极附近金属离子（如Fe2+）浓度增大，阴极附近的pH升高，则随着离子的迁移发生如下反应： Fe2+ + 2OH- →Fe(OH)2 ↓ 或者进一步被氧化为：4Fe(OH)2+ O2 +2H2O →Fe(OH)3↓ 即铁在含氧水溶液中腐蚀的次生过程。 如图所示是铁在含氧水溶液中的腐蚀及其次生过程。
（图3-3 P22） 4．腐蚀原电池的分类 按照电极的大小，被破坏金属的表观形态，腐蚀电池可分为三类： 1）超微电池腐蚀：金属表面上存在的超微 观的（原子大小的）电化学不均一性引起，可以认为阴阳极是等电位，导致金属材料 的均匀腐蚀。 2）微电池腐蚀：金属表面存在许多微小的
第2章电化学热力学 2.1 相间电位和电极电位 2.1.1 相间电位 两相接触时，荷电粒子（含偶极子）在界面层中的非均匀分布使两相界面层中存在电位差，这种电位差称为相间电位。引起相间电位的可能有以下四种情形： (a)带电粒子在两相间的转移或利用外电源向界面两侧充电使两相中出现剩余电 荷，形成“双电层”。 (b)阴、阳离子在界面层中吸附量不同，使界面与相本体中出现等值反号电荷. 在界面的溶液一侧形成吸附双电层。 (c)溶液中极性分子在界面溶液一侧定向排列，形成偶极子层。 (d)金属表面因各种短程力作用而形成的表面电位差。 在电化学体系，离子双电层是相间电位的主要来源，同一种粒子在不同相中所具有的能量状态是不同的，当两相接触时，该粒子就会自发地从高能态相向低能态相转移。对于不带电的粒子i相间稳态分布的条件是 即该粒子在两相中的化学位相等，
对于带电粒子来说，在两相间转移时，除了引起化学能的变化外，还有随电荷转移所引起的电能变化。假设孤立相M是一个由良导体组成的球体，因而球体所带的电荷全部均匀分布在球面上。 (1)将单位正电荷e从无穷远处移至离良导体球M 104～10-5cm处时所做的功, 电荷与球体之间只有长程力（库仑力）作用，称为M相(球体)的外电位，用ψ表示,有: (2)从10-4 ～ 10-5cm处越过表面层到达M相内界面短程力做电功称为M的表面电位χ: χ (3)克服物相M与试验电荷之间短程力所作的化学功： μ 化 对于单位正电荷情况：任一相的表面层中，由于界面上的短程力场(范德瓦耳斯力、共价键力等)引起原子或分子偶极化并定向排列，使表面层成为一层偶极子层。单位正电荷穿越该偶极子层所作的电功称为M相的表面电位χ。所以将一个单位正电荷从无穷远处移入M相所作的电功是外电位ψ与表面电位χ之和，即 Ф称为M相的内电位。如果进入M相的不是单位正电荷，而是1摩尔的带电粒
化学热力学初步学号姓名 一、是非题（判断下列叙述是否正确，正确的在括号中画√，错误的画） 1、系统的焓等于系统的热量。...................... .................. .........................（） 2、在恒温恒压下，某化学反应的热效应Q p=△H＝H2－H1，因为H是状态函数，故Q p也是状态函数。............................................................ ....................（） 3、已知298K时，△f Gθm(SbCl5，g)=-334.3kJ·mol-1，△f Gθm(SbCl3，g)=-301.0kJ·mol-1，则反应SbCl5(g)→SbCl3(g)+Cl2(g)在298K、标准状态下不能自发进行。....................（） 4.如果一个反应的△r Hθm和△r Sθm均为正值，当温度升高时，△r Gθm将减小.................（） 5.冰在室温下自发地融化成水，是熵增起了主要作用。..................................（） 6、如果一个反应的△r Hθm和△r Sθm均为正值，当温度升高时，△r Gθm将减小................（） 二、选择题（在下列各题中，选择出符合题意的答案，将其代号填入括号内） 1、已知反应 C2H2(g)+5/2 O2(g)→2CO2(g)+H2O(l)的△r Hθm (1)=-1301.0kJ·mol-1， C(s)+O2(g)→CO2(g)+H2O(l)的△r Hθm (2)=-393.5kJ·mol-1， H2(g)+1/2 O2(g)→H2O(l)的△r Hθm (3)=-285.8kJ·mol-1， 则反应2C(s)+H2(g)→C2H2(g)的△r Hθm为.......................... .....................................（）。 (A)228.2kJ·mol-1；(B)-228.2kJ·mol-1； (C)1301.0kJ·mol-1；(D)621.7kJ·mol-1。 2、已知298K时，MnO2(s)→MnO(s)+1/2O2(g)的△r Hθm (1)=134.8kJ·mol-1， MnO2(s)+Mn(s)→2MnO(s)的△r Hθm (2)=-250.4kJ·mol-1， 则△f Hθm (MnO2,s)为.........................................................................（）。 (A)-385.2kJ·mol-1；(B)385.2kJ·mol-1； (C)-520.0kJ·mol-1；(D)520.0kJ·mol-1。 3、下列各反应中，其△r Hθm等于相应生成物的标准摩尔生成焓的是........（）。 (A)2S(s)+3O2(g)→2SO3(g)；(B)1/2 H2(g)+1/2 I2(g)→HI(g)； (C)C(金刚石)+O2(g)→CO2(g)；(D)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)。 4、在下列各反应中，其△r Hθm恰好等于相应生成物的标准摩尔生成焓的是.（）。 (A)2H(g)+1/2 O2(g)→H2O(l)；(B)2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)； (C)N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)；(D)1/2 N2(g)+3/2 H2(g)→NH3(g)。 5、已知△f Hθm (N2O4，g)=9.2kJ·mol-1，则N2O4生成反应的热化学方程式是..（）。 (A)N2(g)+2O2(g)→N2O4(g) △r Hθm =9.2kJ·mol-1； (B)N2(g)+2O2(g)→N2O4(g) △r Hθm =-9.2kJ·mol-1； (C)O2(g)+1/2 N2(g)→1/2N2O4(g) △r Hθm =-9.2kJ·mol-1； (D)2N2(g)+4O2(g)→2 N2O4(g) △r Hθm =18.4kJ·mol-1。6、已知298K时，△f Hθm (NO2，g)=33.2kJ·mol-1，△f Hθm (H2O，l)=-285.8kJ·mol-1， △f Hθm (HNO3，l)=-173.2kJ·mol-1，△f Hθm (NO，g)=90.3kJ·mol-1， 则反应3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(l)+NO(g)的△r Hθm =....................................................（）。(A)69.9kJ·mol-1；(B)-69.9kJ·mol-1； (C)169.7kJ·mol-1；(D)-169.7kJ·mol-1。 7、已知298K时，△f Hθm (CaO,s)=-635.1kJ·mol-1，△f Hθm (H2O,l)=-285.8kJ·mol-1， △f Hθm (Ca(OH)2,s)=-986.1kJ·mol-1，Ca的相对原子质量为40.1。则在298K时，1.00kgCaO与水反应生成Ca(OH)2时放出的热量为................................（）。 (A)2.33×103kJ；(B)-65.2kJ；(C)-2.33×103kJ；(D)-1.16×103kJ。 8、在下列各反应中，△r Gθm =△f Gθm (CO2,g)的是......................................................（）。 (A)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)；(B)C(金刚石)+O2(g)→CO2(g)； (C)2C(石墨)+2O2(g)→2CO2(g)；(D)2C(金刚石)+2O2(g)→2CO2(g)。 9、已知2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)的△r Gθm =-70.6kJ·mol-1，△f Gθm (NO,g)=86.6kJ·mol-1，则△f Gθm (NO2,g)=...............................................................................................................（）。 (A)-70.6kJ·mol-1；(B)141.2kJ·mol-1；(C)-35.3kJ·mol-1；(D)51.3kJ·mol-1。 10.已知：M+N→A+B的△r Gθm (1)=-26.0kJ·mol-1，2A+2B→C的△r Gθm (2)=48.0kJ·mol-1； 则在相同条件下，反应：C→2M+2N的△r Gθm为................................................（）。 (A)-4.0kJ·mol-1；(B)4.0kJ·mol-1；(C)-22.0kJ·mol-1；(D)22.0kJ·mol-1。 11.反应：Ca(OH)2(s)→CaO(s)+H2O(l)，在常温下不能自发进行，而在高温下能自发进行，这意味着该反应的............................................................................................................（）。 (A)△r H m>0，△r S m>0；(B)△r H m<0，△r S m>0； (C)△r H m<0，△r S m<0；(D)△r H m>0，△r S m<0。 12.反应3A(s)+2B(g)→A3B2(s)，低温自发，逆反应高温自发，该反应.........................（）。 (A)△r H m<0，△r S m<0；(B)△r H m<0，△r S m>0； (C)△r H m>0，△r S m<0；(D)△r H m>0，△r S m>0。 13.298K时，C(金刚石)的标准摩尔熵为2.4J·mol-1·K-1；则C(石墨)的标准摩尔熵.........（）。 (A)大于2.4J·mol-1·K-1；(B)=2.4J·mol-1·K-1； (C)大于零但小于2.4J·mol-1·K-1；(D)=0J·mol-1·K-1。 14.已知反应FeO(s)+C(s)→CO(g)+Fe(s)的△r Hθm>0，△r Sθm>0，下列叙述正确的是........（）。 (A)标准态、低温下反应可自发进行，高温下不能自发进行； (B)标准态、高温下反应可自发进行，低温下不能自发进行； (C)标准态、任何温度下反应均不能自发进行； (D)标准态、任何温度下反应均能自发进行。 15.下列叙述中正确的是.............................................................................................（）。 (A)放热反应都能自发进行；(B)△r Gθm<0的反应都能自发进行；
第二章热力学第一定律 一．基本要求 1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。 2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的Q,W, U和 H的值。 3．了解为什么要定义焓，记住公式U Q V , H Q p的适用条件。 4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中， U, H, W, Q的计算。 二．把握学习要点的建议 学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒 定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一 些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习 题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。 例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变化的过 程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地 上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨” 是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递 的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外， 其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变 为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）的。例如在 不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、 燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所 以 Q 0, W 0, U 0 。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为
化学热力学基础习题 硫(一氧化碳，克)= 197.9焦耳摩尔-1克-1，硫(H2，克)= 130.6焦耳摩尔-1克-1 .(1)计算298K下反应的标准平衡常数k；(2)计算 标准配置中反应自发向右进行的最低温度。 15当298K已知时，反应为:C(石墨)+2S(对角线)→CS2(l)，△fH(S，对角线)= 0kj mol，△fH(CS2，l) =-87.9kj mol-1，S(C，石墨)= 5.7j mol-1 k-1，S(S，对角线)= 31.9j mol-1 k-1，S(CS2，l) = 151.0j mol-1 k-1。尝试计算298K时△fG(CS2，l)和反应自发发生的最低温度。 16当298K已知时，反应为:(1)fe2o 3+3C→2Fe+3co 2(g)。 22 (2)Fe2O3(s)+3H 2(g)→2Fe(s)+3H2O(g)，(Fe2O 3，s)=-824.2 kJ·mol-1，△fH (二氧化碳，克)=-393.5千焦摩尔-1，△千焦 (H2O， △fH G) =-241.8 kj mol-1，S(Fe2O3，s) = 87.4 j mol-1 k-1，S(C，石墨)= 5.7 j mol-1 k-1，S(Fe，s) = 27.3 j mol-1 k-1，S(CO2，g) = 213.7 j mol-1 k-1，S(H2，g) = 130.6 j mol-1 k-1，S(H2O，g) = 188.7 j mol-1 17当298K已知时，反应为:碳酸镁→氧化镁+二氧化碳(g)，△ FH(碳酸镁，s)=-1110.0 kj·mol-1，△fHS (MgO，s)=-601.7kJ mol-1，△fH (CO2，g)=-393.5千焦摩尔-1，(氧化镁，s)= 26.9千焦摩尔-1千焦-1，
第六章 化学热力学初步 1、什么是化学热力学？它有什么特点？ 答：热力学是研究热能和机械能以及其他形式的能量之间的转化规律的一门科学。用热力学的理论和方法研究化学，则产生了化学热力学。可以解决化学反应中能量变化问题，同时可以解决化学反应进行的方向和限度问题。 特点：（1）是讨论大量质点的平均行为（宏观性质）不涉及少数或个别的分子，原子的微观性质，不依赖结构知识（战略问题） 。 （2）由实践经验可推出热力学三大定律，进而推理演绎出基本的函数。 （3）通常回答是什么或怎么样可能性的问题，并不回答为什么和如何实现的问题。（4）不涉及时间的概念，不能解决反应速度和反应机理的问题。（5）热力学三大定律的意义不限制于纯自然科学。 2、什么叫相、系统和环境，开放系统、封闭系统和孤立系统，广度性质和强度性质，过程与途径，状态与状态函数？ 答：相：在所研究的系统中，物理状态，物理性质与化学性质完全均匀的部分。要注意的是相与组分，状态是有区别的，讨论相是处于平衡状态的物质系统。 系统：为研究的需要，被划定为研究对象的与周围的物质或空间隔离开来的物质（又叫体系或物系）， 环境：体系以外，与体系有密切联系的周围部分（外界），注意：系统与环境之间有时有明显的界限 (如N 2和O 2混合气中以 O 2为开放系统， N 2为环境。按照系统与环境之间的 关系，将系统分为三类： 广 度量：具有加和性的物理量，如质量、物质的量、长度、体积等。强度量：不具有加和性的物理量，如浓度、压强、温度、密度等。过程：系统从一个状态(始态)变为另一个状态 (终态)就说发生了一个过程。 如：恒温过程： T 始=T 终； 恒压过程：P 始=P 终；恒容过程：V 始=V 终；可逆过程：无限接近平衡状态 系统系统与环境的关系例 开放系统既有物质交换又有能量交换活塞连续反应器.活生物体.活细胞.城市封闭系统 无物质交换有能量交换 大多数化学反应， 如在密闭容 器中的化学反应 孤立系统既无物质交换又无能量交换 理想模型，如在带盖的杜凡瓶里进行的反应
第3章电化学热力学 3.1可逆电池和可逆电极 电化学与热力学的联系 组成可逆电池的必要条件 可逆电极的类型 电化学与热力学的联系桥梁公式: r ,,f,max r m ,,()()T P R T P R G W nEF nEF G zEF ξ Δ==?Δ=?=?可逆电池：电池在平衡态或无限接近于平衡态的 情况下工作。 3.1.1 组成可逆电池的必要条件 化学反应可逆能量变化可逆 原电池电解池 电池充放电后，反应体系复原 1. 电极及电池的化学反应本身必须是可逆的例 2. Zn, Cu 棒插入H 2SO 4中构成的电池 原电池（放电）反应： （－）Zn → Zn ++ + 2e 阳极，氧化（＋）2H ＋ + 2e → H 2↑ 阴极，还原 总反应：Zn + 2H + → Zn ++ + H 2↑ 电解池（充电）反应： （－）2H + + 2e → H 2↑ 阴极，还原(＋）Cu → Cu ++ + 2e 阳极，氧化 总反应：2H + + Cu → Cu ++ + H 2↑ 1. 电极及电池的化学反应本身必须是可逆的
反应体系复原的同时，环境也必须复原 要求能量复原，即要求外加电流I →0 因为电池总是有内阻，内阻消耗电能 功—→热，导致不可逆 2. 能量变化可逆 即：电池的工作条件是可逆的(处于或接近于平衡态，即没有电流通过或通过的电流为无限小)。 Question 1 Question 2 研究可逆电池的重要意义 9（1）揭示一个原电池把化学能转变为电能的最高限度； 9（2）可利用可逆电池来研究电化学系统的热力学，即电化学反应的平衡规律。原电池的电动势就是指可逆电池的电动势。 Question 可逆电池中的反应都是在等温等压下进行的，因此ΔG=0？ ZFE G m r ?=Δ 3.1.2 可逆电极的类型ù金属与其阳离子组成的电极ù氢电极ù氧电极ù卤素电极ù汞齐电极 ù金属-难溶盐及其阴离子组成的电极ù金属-氧化物电极 ù氧化-还原电极 ⑴第一类电极 ⑵第二类电极 ⑶第三类电极
第六章：化学热力学初步习题解答 1．理想气体恒温膨胀过程热力学能不变，是否意味着理想气体恒温膨胀过程不做功？ 解：不一定。若膨胀过程自始态自由膨胀（即不需反抗外压）至终态，则不做功。∵ 自由膨胀，不反抗外压，P=0 ∴W=P ?ΔV=0?ΔV=0;若在膨胀过程中，需要反抗外压，则要做功，W=P 外?ΔV ；若在膨胀过程中从始态可逆膨胀到终态，则对外做功最大。 W=∫v1V2 Pdv=∫ V2v1 v nRt dv=nRTln 1 2v v 2．计算体系的热力学能变化，已知：（1）体系吸热1000J ，对环境做540J 的功；（2）体系吸热250J ，环境对体系做635J 的功。 解：（1）Δu=Q-W=1000-540=460J (2) Δu=Q-W=250-(-635)=250+635=885J 3.在298K 和100kPa 恒压下，21mol 的OF 2同水反应，放出161.5kJ 热量，求反应: OF 2(g)+H 2O → O 2(g)+2HF(g)的Δr H m θ 和Δr U 0 m 。 解：设体系只做膨胀功，根据热力学第一定律，在恒压下： ΔH=Q P =2? (-161.5)=-323KJ.mol -1 ΔU=Q-W=-323-P ?ΔV=-323- ΔnRT=-323-（3-2）?RT=-323-298314.81??=-325.4 KJ.mol -1 4．反应N 2（g ）+3H 2（g ）→2NH 3（g ）在恒容量热器内进行，生成2molNH 3时放出热量82.7kJ ，求反应的Δr U 0 m 和298K 时反应的Δr H m θ 。 解：∵是在恒容量热器内进行，∴Δu=Q-W=Q- P ΔV=Q-P ?0=Q v ，∴Δr U 0 m =Q v =-82.7KJ ， 根据（见P 253公式6-18）ΔrH m θ =Δr U m +ΔrRT=-82.7+ΔrRT =-82.7+ΔnRT=-82.7+(2-4)RT=-82.7-1000298 314.82??=-87.65 KJ.mol -1 5．查表求298K 时下列反应的反应热：（1）3NO 2（g ）+H 2O （l ）→2HNO 3（l ）+NO （g ） （2）CuO （s ）+H 2→Cu （s ）+H 2O （g ） 解：(1)查得Δf H 0 NO2 Δf H 0 H2O （l ） Δf H 0 HNO3(l) Δf H 0 NO(g) 33.18 -285.83 -173.21 90.25 ∴ Δr H θ = -2?173.21+90.25-3?33.18+285.83=-69.88KJ.mol -1 (2)查得Δf H θ CuO (S) H 2（g ） Cu(S) H 2O(g) -157.3 0 0 –241.82
第二章 化学热力学初步 1. 计算下列系统得热力学能变化： （1） 系统吸收了100J 能量，并且系统对环境做了540J 功。 （2） 系统放出了100J 热量，并且环境对系统做了635J 功。 2. 2.0molH 2（设为理想气体）在恒温（298K ）下，经过下列三种途径，从始态0.015m 3膨 胀到终态0.040 m 3，求各途径中气体所做得功。 （1） 自始态反抗100kPa 的外压到终态。 （2） 自始态反抗200kPa 的外压到中间平衡态，然后反抗100kPa 的外压到终态。 （3） 自始态可逆地膨胀到终态。 3. 在θp 和885o C 下，分解1.0molCaCO 3需耗热量165kJ 。试计算此过程得。和、H U W ?? CaCO 3的分解反应方程式为)(2)()(3g s s CO CaO CaCO += 4. 已知 ) ()()4()(2)3(6454)2(2 31298.5. 20.89022)3(9.2852 1)2(5.393)1()()() (2)(22)()(3) (2)()(2)(3)(2)()(2)()(4)(2)(1 32)(2)(2)(41 2)(2)(2)(21 1)(2)(2)(aq Cl AgBr aq Br AgCl O H CO aq Ca H CaCO O H NO O NH SO PbO O PbS rH K rH CH H C m ol kJ rH O H CO O CH m ol kJ rH O H O H m ol kJ rH CO O C s s l g aq s l g g g g s g s m m g g s g g g l g g g g s --++---+=+++=++=++=+??=+?-=?+=+?-=?=+?-=?=+）（；时的算下列反应在利用附录二的数据，计的试求反应θθθθθ 6. 阿波罗登月火箭用N 2H 4(l)作燃料，用N 2O 4(g)作氧化剂，燃烧后产生N 2(g)和H 2O(l)。写出配平得化学方程式，并计算1kg N 2H 4(l)燃烧后得θ rH ?。 7. 已知： 12) (2)(2)(2)(31 1) (2)()(2)(34.15306234)2(8.11686454)1(--?-=?+=+?-=?+=+mol kJ rH O H N O NH mol kJ rH O H NO O NH l g g g l g g g θθ 试求NO 得标准生成焓。 8. 利用附录十的键能数据，计算下列反应的θm rH ? )()()()(323g Br CH g O H g HBr g OH CH +=+
第六章 化学热力学初步 一、选择题 1．某系统由A 态沿途径Ⅰ到B 态放热100J ，同时得到50J 的功；当系统由A 态沿途径Ⅱ到B 态做功80J 时，Q 为 （ ） （A ） 70J （B ） 30J （C ）－30J （D ）－70J 答案：B 2．下列物质中， f m H ??不等于零的是（ ） (A) Fe(s) (B) C(石墨) (C) Ne(g) (D) Cl 2 (l ) 答案： (D) 最稳定单质的 ＝0 。 3．CO 2（g ）的生成焓等于（ ） (A) CO 2（g ）燃烧焓的负值 (B) CO(g)的燃烧焓 (C) 金刚石的燃烧焓 (D) 石墨的燃烧焓 答案：D 4．反应 221CuCl (s) CuCl(s) + Cl (g)2→，在298K 及101.325kPa 下不自发，但在高温 时能自发进行。则此反应的（ ） (A) (B) (C) (D) 答案：(B)均大于零的反应在高温下自发进行。 5．恒温下，下列反应中 r S ??为负值的是（ ） (A) 3222AgNO (s) 2Ag(s) + 2NO (g) + O (g)→ (B) 32CaCO (s) CaO(s) + CO (g)→ (C) 222NO(g) N (g) + O (g)→ (D) 22H (g) + F (g) 2HF(g)→ 答案：(D)。(D)式反应前后气态物质的量相等，但由于反应物为化合物，产物为单质，混乱度降低，所以为负值。 二、简答题：（简述以下概念的物理意义） 1、封闭系统和孤立系统。 2、功、热和能。
3、热力学能和焓。 4、生成焓、燃烧焓和反应焓。 答案： 1、封闭系统是无物质交换而有能量交换的热力学系统；孤立系统既是无物质交换又无能量交换的热力学系统。 2、热是系统与环境之间的温度差异引起的能量传递方式，除热而外的所有其它能量传递形式都叫做功，功和热是过程量；能是物质所具有的能量和物质能做某事的能力，是状态量。 3、热力学能，即内能，是系统内各种形式能量的总和；焓，符号为H，定义式为H=U+pV。 4、在热力学标态下由指定单质生成1摩尔物质的反应焓变称为该物质的标准摩尔生成焓，简称生成焓；1摩尔燃料与氧气发生完全燃烧放出的热称为燃烧焓；反应焓是发生1摩尔反 应的焓变。 三、计算题 1．求反应。已知各物质的标准生成热： 参考答案：