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大学化学 02 热化学与能源资料

大学化学 02 热化学与能源资料

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1.2.2 化学反应的反应热与焓
1. 等容反应热qV与热力学能 在恒容、不做非体积功的条件下： ΔV=0，w =0，w´=0
根据热力学第一定律： ΔU= q+w
特点： 1.状态一定，其值一定 2.殊途同归，值变相等 3.周而复始，值变为零
分类： 1. 广度性质（具有加和性） 2. 强度性质
4
4. 过程和可逆过程
过程：系统状态发生任何的变化
途径：实现某个过程的具体步骤
• 恒温过程: T1 = T2 = Tex • 恒压过程: p1 = p2 = pex • 恒容过程: V1 = V2
∵ ＝(0-0.0156)/-1=0.0156mol ∴ qv.m= qV/
= -9.69kJ/0.0156mol = -620kJ.mol-1
16
测量恒压反应热的装置
热量计 1—热量器 2—绝缘架 4—恒温水槽 5—搅拌器
3—金属外套、上有盖 6—水银温度计 7—加热器 17
1.2 反应热与焓
t t1时,
8
1.1.2 热效应及其测量 1. 热效应
化学反应时所放出或吸收的热叫做反应的热 效应，简称反应热。 研究化学反应中热量与其它能量变化的定量 关系的学科叫做热化学。
9Байду номын сангаас
1.1.2 热效应及其测量
2. 热效应的测量
简单情况：
H2SO4＋2NaOH＝Na2SO4＋H2O－q
q＝－c·m·（T2－T1）＝ －C·△T
封闭系统 只有能量交换
隔离系统 无物质和能量交换 2
2. 相
相：系统中具有相同的物理和化学性质的 均匀部分
根据相的概念，系统可分为： ➢单相（均匀）系统 ➢多相（不均匀）系统
热化学与能源

热化学与能源


功的分类和计算
(2) 非体积功—除体积功以外的所有功。

例如，原电池所作的电功等。
在化学热力学中，常规定化学反应所作的非体积功为零， 即体系与环境之间只有热和体积功的传递。
例如，Zn+CuSO4 = ZnSO4+Cu •在烧杯中反应：放热，非体积功为零 •若装配成原电池：非体积功不为零。
例 某体系从始态变到终态，从环境吸热500kJ，同 时对环境做功300kJ，求体系和环境的热力学能 变。 解 体系从环境吸收热 q=500 kJ 体系对环境做功 w= - 300kJ 根据热力学第一定律 ΔU体系=q+w=500+(-300)=200(kJ) ΔU环境= -ΔU体= - 200(kJ)
状态函数的特点:
(1)系统的状态一定，状态函数有一定值。
状态一定，其值一定 殊途同归，值变相等 ③周而复始，值变为零 (3)系统一旦恢复到原来的状态，状态函数恢复原值
状态函数的分类: 广度性质和强度性质
① (2)系统的状态发生变化，状态函数随之变化，并且状态 函数的改变值只与系统的初始状态（始态）和终止状态 ② （终态）有关。
1）实际过程都是不可逆过程。
2）可逆过程：和平衡态密切相关，是系统接近于平衡态下发 生的无限缓慢的过程。状态函数变化值的计算可借助可逆过程。 3）通过计算，可逆过程作最大功，效率最高
4、化学计量数B和反应进度ξ p6
化学计量数B概念：
化学反应： 又可写为： 或
其中：
aA + dD = gG + hH 0 = gG + hH – aA - dD
0a 0d g 0 h0 1mol a d g h
摩尔反应：即当反应按所给反应式的系数比例进行了一个单
第一章 热化学与能源ppt

第一章 热化学与能源ppt


普通化学作为一门基础课程，是对化学科学各
分支的基础知识作一整体的介绍，使学生了解
当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观
点、方法分析问题、解决问题。了解化学对人
类社会的作用和贡献。
教学内容
● 基本理论和基本知识：
热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学， 电化学，物质结构基础，元素化学，有机高分子化
摩尔反应热qm：反应热q与反应进度ξ之比。
单位：J· -1。 mol
qm q
计算上题的摩尔反应热。（ qm 的大小与反应方程式的写 法有关吗？） qm（N2H4，l）=M联氨×9.69÷0.5
热化学方程式：表示化学反应与热效应关系的方程式。
书写热化学方程式时须注明物态、温度、压力、组成等条件。
2.0mol的NH3
若上述合成氨反应写成：（比较前面计算）
1 3 N 2 g H 2 g NH 3 g 2 2
t0
3.0
10.0
0
(mol)
t t1时
2.0
7.0
2.0
(mol)

' 1
n N2
N
2

(2.0 3.0)mol 2.0mol 1/ 2
故反应进度必须对应具体的反应方程式。
1.1.2 反应热的测量
反应热：化学反应时所放出或吸收的热叫做反应
的热效应，简称反应热。
热化学：对反应热进行精密的测定并研究与其他 能量转化的定量关系的学科。
(1) 水溶液中的反应
在封闭体系中，H2SO4与NaOH在水溶液中发生 中和反应，放出的热量全部被水溶液吸收，使水溶 液的温度升高。可用下式表示： q=-cs. ms. (T2-T1)
大学普化第一章_热化学

大学普化第一章_热化学

内能（热力学能）
系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、 振动以及电子运动和核运动。 符号：U ，单位：kJ。 对于一个给定的系统，其内能有一个固定的值。
内能的特征： 状态函数：系统的内能由它的状态决定
无绝对数值：不能测得系统微粒拥有的能量的准确值，但能测出
系统发生化学和物理变化前后的改变量。
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第一章 热化学与能源 第一章 热化学
状态函数的特点
状态函数是状态的单值函数，状态一定，其值一定。 当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始态和末 态有关，而与变化的实际途径无关。 体系的状态函数是相互关联的。如理想气体状态方程： pV=nRT,p,V,n,T四个状态函数，确定任意三个就可以知道第四个，体 系的状态就确定了。
∆U = U终 - U始
U1 0 U 2 0
数字和单位表明变化量；
正负表明能量转移的方向；
H 2O(g)
• 当U终> U始， ∆U为正，表示系统从环境中得到能量 • 当U终 > U始， ∆U为负，表示系统失去能量并传递给环境 始态和终态分别表示反应物和产物所处的状态。
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第一章 热化学与能源 第一章 热化学
pV nRT
n： 物质的量 mol; R：摩尔气体常数 8.314J· k-1· mol-1 T：温度 k
例 1 mol理想气体从始态100kPa, 22.4dm3经等温恒外压
解 终态平衡时的体积为： V2 p1V1 / p2 100000 Pa 22.410-3 m3 / 50000 Pa 44.810-3 m3
F为外界环境作用在活塞上的力 p外 = F / A，l = ΔV / A，因此，体积功 = – p外 Δ V
大学化学-第1章 热化学与能源

大学化学-第1章 热化学与能源


环 热
Q﹥
境
Q﹤
体
w﹥
系
w﹤
功
热：由于温度不同而在体系和环境之间传 递的能量，用符号“Q ”表示。 热的变化与具体途径有关，不是状态函数。 体系吸热 : Q >0； 体系放热 : Q <0。
功：除热外，体系与环境间所传递的一切能量， 叫做功。用符号W表示。热力学规定，体系对环 境做功，W为负值；环境对体系做功，W为正值。
或
θ θ r H m Δ r H m ( i )

化学反应不管是一步完成还是分几步 完成，其反应热总是相同的.
H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l)
rH=-285.8kJ· -1 mol rH1=+431.8kJ· -1 mol rH2=+244.3kJ· -1 mol rH3=-917.9kJ· -1 mol
体系：研究的对象 环境：而体系以外的与体系有密切关系的周围部分称
为环境。
体系和环境间可以有明确的界面, 也可能是虚拟或模糊的界面。 敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换 封闭体系：体系与环境之间没有物质交换，只有能量交换 孤立体系：体系与环境之间既没有物质交换，也没有能量 交换
2. 状态和状态函数（ state and state function）
PV产=n产RT
∴QP=△U +△nRT=Qv+△nRT
2.热化学方程式 (thermochemical equation)
热化学方程式: 表示化学反应及其反 应热关系的化学反应方程式
2H 2 g O 2 g 2H 2Og
θ r H m 298.15K 483.64kJ mol -1
大学化学 第一章 热化学 能源

大学化学 第一章 热化学 能源


思考题：下图中试管内的物质由几相组成?
思考题：下图中的复合材料中有几相?
从上面三个思考题中，你能归纳出哪些规律性的东西? 答： 1、 对于系统中的气体来说，无论是纯气体还是混 合气体，都是单相系统。 2、对于系统中的液体来说，如果是纯液体或是完 全互溶的两种液体所形成的溶液，则为单相系统； 如果是互不相溶的几种液体所形成的溶液，则为两 相或多相系统。 3、对于系统中的固体来说，不论固体分散得多么 细，只要存在相界面，每种固体就是一相。例如： 白糖和食盐的混合物是两相。
途径一 和途径二的热效应之间有什么关系呢？ 1840年由瑞士籍俄国化学家盖斯在分析定压下反应 热效应的大量实验结果的基础上总结出的一条重要 定律：盖斯定律 。 盖斯定律
在定压或定容条件下，总反应的热效应只与反应 的始态和终态(包括温度、反应物和生成物的量及 聚集状态等)有关，而与变化的途径无关。
根据盖斯定律，这两条途径的热效应应该相等 qp1(298.15K) = qp2(298.15K) + qp3(298.15K) qp2(298.15K) = qp1(298.15K)-qp3(298.15K) = -393.5kJ· mol-1-(-283.0kJ· mol-1) = -110.5kJ· mol-1
则 Δ nB = n B = Δ nB / n B 可见，随着反应进行，反应进度 与物质B的物质的量的 改变量（ Δ nB ）及各自的化学计量数(n B )有关。
例题
合成氨反应：
N2 + 3H2 = 2NH3
n (N2)= -1 当 0 =0 时
n (H2)= -3
n (NH3)=+2
若系统中有1mol N2 与3mol H2反应生成2mol NH3时 则其反应进度 为：( = Δ nB / n B ) 对N2 而言， =Δn(N2) / n (N2)= -1mol/-1 = 1mol 对H2 对NH3
[化学课件]第一章热化学与能源

[化学课件]第一章热化学与能源

化学是一门既古老又年轻的科学。
古老：化学的历史渊源非常古老，自从有了人类， 化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火，用火 烧煮食物，烧制陶器，冶炼青铜器和铁器等等。 当时只是一种经验的积累，化学知识的形成和发 展经历了漫长而曲折的道路。而它的发展，又极 大地促进了当时社会生产力的发展，成为人类进 步的标志。
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3. 学习的目的、内容和要求
学习目的
了解当代化学学科的概貌 用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题
学习内容
理论化学：两条“主线”(化学热力学、化学动力学和物质 结构基础） 应用化学： 单质和化合物知识；化学在相关学科中的应用 实验化学：主要是性质或理论的验证，重要数据的测定
学习要求
化学与数学、物理一起属于自然科学的基础课。
3
1. 化学的定义与分支学科
定义：
化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、 结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的 学科。
4
化学的分支学科
无机化学：无机物的组成、结构、性质和无机化 学反应过程。
有机化学：碳氢化合物及衍生物 分析化学：测量和表征物质的组成和结构 物理化学：所有物质系统的化学行为的原理、规律和
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目录
1.1 反应热的测量 1.2 反应热的理论计算 1.3 常见能源及其有效与清洁利用 1.4 清洁能源与可持续发展
选读材料 核能 Ⅰ. 核燃料和核能的来源 Ⅱ. 核电的优势与发展趋势
本章小结
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1 .1 反应热的测量
1.1.1 几个基本概念
1. 系统与环境
系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。 环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。
系统来考虑。
大环境 无物质交换
化学能与热能优秀示范课公开课一等奖课件省赛课获奖课件

化学能与热能优秀示范课公开课一等奖课件省赛课获奖课件

中和反映，燃烧反映均为放热反映
课堂练习：
1、当物质发生化学反映时，断开反映物中 的化学键要 吸取能量；而形成生成物中 的化学键要 放出能量。一种化学反映是 释放能量还是吸取能量取决于
反映物总能量与生成物总能量的相对大小。
2、若反映物的总能量>生成物的总能量， 化学反映 能量。
放出
若反映物的总能量<生成物的总能量， 化学反映吸取 能量。
❖ 3、一种拟定的化学反映在发生过程中是吸 取能量还是放出能量，决定于
❖ _反__映__物_的__总__能__量_与__生__成__物__的_总__能__量__的_相__对__大__小。 ❖ _若__E_反_>__E_生_____时，有部分能量释放出来；
_若__E_反__<_E_生__时，反映物要吸取能量，才
结论：该反映是吸热反映
实验探究２－３
盐酸与氢氧化钠溶液反映，观察反映中溶 液温度的变化。
盐酸温度
NaOH溶液温度
中和反应后温度
实验2－3
盐酸温度/℃
NaOH溶液温度/ ℃
中和反应后温度/ ℃
室温
室温 反映后温度升高
实质：H+ + OH－ ＝ H2O 结论：中和反映是放热反映。
中和热：强酸与强碱发生中和反映生成1molH2O 时所释放的热量称为中和热
对
Ｂ、化学键断裂吸取的能量越多，化学键越牢固。
对
Ｃ、植物光合作用吸取太阳能，与化学能无关。
不对
Ｄ、柴草的燃烧与化学能无关。
不对
Ｅ、人类的文明程度与人均耗能无关。不对
普通，键能愈大，键愈牢固，由该键构成的分子也 愈稳定,该分子本身所含有的能量就愈低。
（2）从物质总能量的角度考虑（宏观）
《热化学与能源》课件

《热化学与能源》课件

核能技术的发展面临诸多挑战，如安全问题、核废料处理、资源利用等。
核能技术的发展需要加强国际合作，共同推进核能技术的安全、可持续发展。
热化学在能源领域的前景展望
高效利用化石燃料
通过热化学方法提高化石燃料的燃烧效率，降低污染物排放，实现能源的可持续发展。
新型热化学反应路径的开发
探索新型的热化学反应路径，降低能耗和减少污染物排放，实现绿色、环保的能源生产。
现状分析
全球及各地区能源消费结构、产量和需求量等现状。
问题探讨
能源利用中的环境污染、资源枯竭、能源安全等问题。
发展趋势
挑战分析
新能源技术的研发和应用、能源结构的优化和转型等。
新能源技术的研发和应用、能源结构的优化和转型等。
热化学与化石能源
1
2
3
储量丰富，分布广泛，但燃烧效率低，污染大。
煤
燃烧效率高，污染较小，但储量有限，开采成本高。
热化学是研究物质在热能作用下所发生的化学反应的科学，其分类主要根据反应过程中是否涉及化学键的断裂和形成。
总结词
热化学反应可以实现能量的有效转换和利用，主要通过燃烧、热电、热力循环等方式实现。
详细描述
燃烧是一种常见的热化学反应，通过燃烧燃料可以将化学能转化为热能和光能。热电是指利用温差实现电能转换的现象，而热力循环则是将热能转化为机械能的循环过程，如蒸汽机、燃气轮机等。
热化学在能源领域具有广泛的应用，如化石燃料、生物质能、核能等。
总结词
化石燃料是当前主要的能源来源之一，通过燃烧释放出大量的热能，可用于发电、供暖等领域。生物质能是利用生物质材料进行燃烧或发酵产生能量，具有可再生性。核能则是利用核裂变或核聚变反应释放出大量的能量，具有高效、清洁的特点。
化学与能源省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

化学与能源省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件


• 裂化 用上述加热蒸馏旳方法所得轻油约 占原油旳1／3—1／4。但社会需要大量 旳分子量小旳多种烃类，采用催化裂化 法，能够使碳原子数多旳碳氢化合物裂 解成多种小分子旳烃类，如：
催化剂
C16H34 加热加压
C8H18
+
C8H16
十六烷
辛烷 辛烯
催化重整
• 这是石油工业中另外一种主要过程。在 一定旳温度压力下，汽油中旳直链烃在 催化剂表面上进行构造旳“重新调整”， 转化为带支链旳烷烃异构体，这就能有 效地提升汽油旳辛烷值，同步还可得到 一部分芳香烃，这是原油中含量极少而 只靠从煤焦油中提取不能满足生产需要 旳化工原料，能够说是一举两得。
开采并使其成为世界旳主要能源则是18世纪 中叶旳事了。
• 石油时期 第二次世界大战之后，在美国、 中东、北非等地域相继发觉了大油田及 伴生旳天然气，每吨原油产生旳热量比 每吨煤高一倍。二十世纪60年代早期， 在世界能源消费统计表里，石油和天然 气旳消耗百分比开始超出煤炭而居首位。
• 我国能源旳构造以煤炭为主旳情况可能 还要延续相当旳时间。
得到CO和H2等气体小分子，然后在一定旳温 度、压力和催化剂旳作用下合成多种烷烃、烯
烃和乙醇、乙醛等。
• 煤既是能源，也是主要旳化工原料。 我国是世界上最大旳耗煤国家，但70 ％旳煤都是直接烧掉，既挥霍资源， 也污染环境。主动开展煤旳综合利用 是十分主要旳方针。
2 石油和天然气及其利用
• 天然气旳主要成份是甲烷(CH4)，也有少许乙 烷(C2H6)和丙烷(C3H8)，它和石油伴生，但一 般埋藏部位较深。据国际经验，每吨石油大约 伴有1000 m3旳天然气，所以能源工作机构及 能源构造统计往往把石油和天然气归并在一起。 天然气是最“清洁”旳燃料，燃烧产物CO2和 H2O，都是无毒物质，而且热值也很高 (56 kJ·g-1)，管道输送也很以便。
热化学与能源

热化学与能源

第一章热化学与能源复习思考题解答1 区别下列概念： (1)系统与环境；(2)比热容与热容；(3)定容反应热与定压反应热；(4)反应热效应与焓变；(5)标准摩尔生成焓与反应的标准摩尔焓变；(6)污染型能源与清洁型能源；(7)常规能源与新能源；(8)有序能与无序能。

答: (1)系统：人为地将一部分物质与其余物质分开，被划定的研究对象称为系统。

系统以外并与系统有相互作用的部分称为“环境”。

(2)热容的定义是系统吸收的微小热量δQ除以温度升高dT，即C= δQ/dT，其SI单位为J.K-1；比热容的定义是热容C除以质量，即c=C/m，SI单位为J.kg-1.K-l。

(3)定容反应热：在恒容、不做非体积功条件下的化学反应热。

而定压反应热：顾名思义，恒压不做非体积功条件下的反应热。

(4)化学反应时放出或吸收的热叫做反应热效应，简称反应热。

焓H=U+Pv，△H即焓的增量称为焓变。

只有在恒压，只做体积功条件下，反应热q等于焓变△H。

(5)标准摩尔生成焓是指在恒温标准状态下，由指定单质生成单位物质的量的纯物质时的反应焓变，记作Δf Hθ,mT。

反应的标准摩尔焓变(Δr Hθ,m)是指在标准状态时反应的摩尔焓变，它等于同温度下各参加反应物质的标准生成焓与其化学计量数乘积的代数和。

(6)根据能源消费后是否造成环境污染，能源可分为污染型能源和清洁型能源。

如煤和石油类能源是污染型能源；水力、电能等是清洁型能源。

(7)常规能源指已广泛应用的能源，现阶段是指煤、石油、天然气和水能等；新能源是目前尚未大规模利用而有待一步研究、开发和利用的能源。

(8)无序能指物质内部分子杂乱无章的热运动能；有序能指物质内部分子按一定的顺序有规律的运动能，如电能、化学能等。

2 何为化学计量数？化学计量数与化学反应方程式的写法有何关系？答:对于一般化学反应方程式0=∑νB中，vB B就是B的化学计量数，是量纲为1的量，对反应物取负值，对产物取正值。

第一章热化学与能源


例如：利用盖斯定律计算
反应 C(s)+½O2(g) = CO(g)的热效应
已知：q1=-393.5 kJ.mol-1
q3=-283.0 kJ.mol-1
C(s)+O2(g)
q1
(始态） q2
CO2(g)
（终态）
q3
CO(g) +½O2(g)
则有：q1=q2+q3 q2=q1-q3=-110.5 kJ.mol-1
(N2 ) =- ½ , (H2 ) =- 3/2 , (NH3 ) =1
反应进度
反应进度 :描述反应进行程度的物理量。
反应进度 定义式为：dξ= B-1dnB (1.5) 反应进度 的SI单位: mol
对于有限的变化 ,有:
= nB/ B
对于化学反应, 当未反应时 =0
吸热反应 q>0,“+”,环境对系统做功，w>0,“+”。
(3)热和功 ①热—系统和环境之间存在温度差而交换的能量。
②功—系统与环境之间除热以外的其他形式传递的 能量统称功。
体积功----系统在等压（P）条件下由于体积变化而 与环境交换的功W=-PΔV=-P(V2-V1)。
非体积功----除体积功以外的一切功W’。如：电功。
内能（热力学能）U ：系统内部各种能量的总和。 包括：系统内部质点的平动能、转动能、势能、键 能、电子能、核能……。 U—绝对值无法测出，但其变化量ΔU可测
例如：封闭系统由始态（U1）变到终态（U2）
则：ΔU= U2- U1= q + w ΔU—内能变
热力学第一定律 数学表达式
说明：能量物理量的符号规定：原则—以“我” （系统）为主确定，系统本身能量增加，则符号为 “+”；系统本身能量减少，则符号为“-”。 例如：放热反应 q<0,“-”,系统对环境做功，w<0,“-”。
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恒温过程
终态
状态函数的特征 状态函数有特征，状态一定值一定， 殊途同归变化等，周而复始变化零。
状态方程
状态方程：状态函数之间的定量关系式。 如：理想气体状态方程
pV=nRT 描述状态函数压力p，体积V，温度T之间的关系。 R为摩尔气体常数，R=8.314J·mol-1·K-1。
pVm=RT Vm为摩尔体积
0＝ BB B
则化学式前的系数称为化学计量数。是量纲为1的量。 生成物为正，反应物为负。 νC=-c,νD=-d, νY = y, νZ=z 分别为物质C、D、Y、Z的化 学计量数
基本概念(化学计量数)
例1.1 应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的 化学反应计量方程式：
N2 + 3H2 == 2NH3
热效应及其测量
热化学－对反应热进行精密的测定，并研究与
其他能量变化的定量关系的学科。
反应的热效应q－化学反应时，若体系不做非体 积功，当反应结束的温度恢复到反应前的温度时，
体系所吸收或放出的热，简称反应热。包括燃烧 热、溶解热、相变热等。
热恒称压为反恒应压热反q应p-通热。常化学反应是在恒压条件下进行的，此过程的反应 应恒热容。反应热qv-化学反应在恒容条件下进行时，其反应热称为恒容反
＝(2 0) 1mol
2
基本概念(反应进度)
例如： 合成氨的计量方程若写成：N2+3H2→2NH3，
则一单元反应是指消耗了1molN2和3molH2，生成了 2molNH3
若计量方程写成：1/2N2+3/2H2→NH3，则一单 元反应是指消耗了1/2molN2和3/2molH2 ，生成了 1molNH3 。
教学内容
第一章 热化学与能源
化学
第二章 化学反应的基本原理与大气污染
反应
第三章 水溶液化学
基本
原理
第四章 电化学与金属腐蚀
第五章 物质结构基础
第六章 无机化合物 第七章 高分子化合物
物质结构理论 及物质性质
第八章 生物大分子基础
第九章 仪器分析基础
应用
热量来源
太阳 电能 风能 核能 化学能……
解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3
同一化学反应，化学计量数与化学反应方程式的 写法有关。
基本概念(反应进度)
反应进度：表示化学反应进行的程度
其定义式为：d＝dnB / B
对于有限变化： ＝nB / B
若初始时刻：ξ(0)＝0， t时刻： ξ(t)＝ξ
则也可写成：
rrHHmθmθ = －9977 kJ·mol-1
化学反应所涉及的问题
反应判据：反应发生与否 的理论依据
反应限度：生成多少产物， 有何规律
反应速度：完成反应需要 多少时间，反应的快慢
反应机理：反应是如何进 行的
能量 可能性
现实性
化学热力学 化学动力学
第一章 热化学与能源
1.1 热化学
1.1.1 几个基本概念 1.1.2热效应及其测量
人类使用化石燃料面临哪些重大问题?
首先是新化石燃料的形成速度(如果仍在形成的话)肯定 赶不上现有化石燃料的消耗速度, 化石燃料基本上是一种不可 再生的能源。它们在不久的将来会被耗尽。
第二是它造成的环境问题。导致酸雨形成和制造所谓的 “温室”气体会导致地球变暖。
使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂
20101001送“嫦娥二号”奔月 的长征三号丙火箭的一、二级 火箭是装有液体四氧化二氮 (N2O4)的氧化剂，液体偏二甲 肼(UDMH)的燃烧剂。三级火 箭为液氢和液氧。液氢沸点为 -252.7℃
所以，在谈到反应进度时，必须指明相应的 计量方程式。
基本概念(反应进度)
ξ的量纲是mol，用反应系统中任一物质来 表示反应进度，同一时刻ξ值相同。
用反应进度来衡量反应进行的程度，最大的 好处是，无论选择何种反应物或 生成物来描述 该反应进行的程度，都会得到相同的结果。
补充：物理量的单位与量纲
Ⅰ.国际单位制（SI）与法定计量单位
基本概念（相）
任何气体均能无限混合，无论多少种类均 属于一相。 液相则按照液体是否混溶，确定是单相还 是多相系统。 对于固体，不同固体能够达到分子尺度均 匀混合，形成固溶体，就是一相。否则，有 几种固体就是几相。
基本概念（相）
特点：a. 相与相之间有明确的界面 b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的
则，dimR=ML2T-2N-1Θ-1
R的单位为kg·m2·s-2·mol-1·K-1=J·mol-1·K-1
Ⅳ.物理方程的单位一致性
任何一个物理量都要用数值和单位表示 构成十进倍数和分数单位的词头
所示因数 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
基本概念(过程和途径)
可逆过程
体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后， 如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原， 这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限 接近平衡条件下进行的过程。
基本概念(化学计量数)
化学计量数
对于任一化学反应 cC+dD ＝yY+zZ 若将方程式写为： 0=yY+zZ-cC-dD，反应通式为:
基本概念(反应进度)
例如： 反应 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 反应过程中有1mol N2和3molH2完全反应生成2molNH3。 反应进度变化以N2的物质的量改变量来计算:
＝ (0 1) 1mol
1
以H2的物质的量改变量来计算: ＝(0 3) 1mol
3
以NH3的物质的量改变量来计算:
力
牛[顿]
N
N=kg·m/s2
压力、压强 帕[斯卡] Pa Pa=N/m2=kg/(m.s2)
能、功、热 焦[尔]
J
J=N·m=kg·m2/s2
功率
瓦[特]
W
W=J/s=kg·m2/s3
温度（摄氏） 摄氏度
℃
时间
小时、分 h,min
我国法定计量单位
量的名称 时间
角 体积 旋转速度 质量
单位名称 分
思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强
(热力学中称为压力)是什么性质的物理量？由此可以得出 什么结论？
力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质 的物理量的商是一个强度性质的物理量。
推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？
状态函数的特征
状始态态函数是状态的恒单温值过程函数。若测出某些易测的
[小]时 日，（天）
度 [角]分 [角]秒
升 转每分
吨 原子质量单位
单位符号 min h d ° ′ ″ L r/min
t u
换算关系和说明 1min=60s
1h=60min=3600s 1d=24h=86400s 1°=(π/180)rad 1′=(1/60) °=(π/10800)rad 1″=(1/60) ′=(π/648000)rad 1L=1dm3=10-3m3 1r/min=1r/60s
1960.10 第11届国际计量会议制定了国际上统一的国际单位 制包括七个基本单位和导出单位
SI基本单位
量的名称
量的符号
单位名称
单位符号
长度
l(L)
米
m
质量
m
千克
kg
时间
t
秒
s
电流
I
安[培]
A
热力学温度
T
开[尔文]
K
物质的量
n
摩尔
mol
发光强度
I(IV)
坎[德拉]
cd
常用的SI导出单位
量的名称 单位名称 单位符号 用SI基本单位表示
隔离(孤立)系统
(isolated system) 系统
环境
系统分类
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换
隔离系统 无物质和能量交换
基本概念（相）
相（phase）：系统中任何物理和化学性质完全相同的部分 系统: 单相（均匀）系统；多相（不均匀）系统
应用相的概念需区分：
相与聚集态不同； 相数与物质种类数； 相与数量无关
p1=1.01×105Pa
p2=2.02×105Pa
性质，就T1可=29以8K通过相互关联的数T学1=式298计K 算难测的。
这就是引恒进压过状程态函数方便之处（P恒V=压n过R程T)
当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只
与系统p1=的T1.20始=13×9、81K0末5Pa态有关，而与p变2=T2化.20=2的3×981实K05P际a 途径无关。
nB (t) nB (0) B
用来计算物质的量的改变： nB＝ B
基本概念(反应进度)
对任一反应，A+C=D+G,有： -ΔnA/υA=-ΔnC/υC=ΔnD/υD=ΔnG/υG=Δξ
对同一化学反应方程式来说，反应进度(ξ)的值 与选用反应式中何种物质的量变化进行计算无关。 同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同 （亦即νB不同），相同反应进度时对应各物质的 量的变化会有区别。
基本概念（系统与环境）
系统 (system) －被划分出来作为研究对象的
那部分物质或空间（也称物系、体系）。
环境(environment)－系统之外，与系统密切
相关、影响所能及的部分的其它物质或空间。
系统分类
敞开(开放)系统 系统 (open system)
物质 能量
环境
封闭系统
系统
能量
环境
(closed system)
Prefix giga mega kilo hecto deca deci centi milli micro nano pico femto