普通化学第一章习题及PPT

q csms (T2 T 1) CsT
由于完全反应，ξ = n 因此摩尔反应热：
qm q / n
思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反
应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测 量的反应热是定容反应热还是定压反应热？
答：定容反应热
示例
例1.1 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知：
w = w体+ w ′
思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2) 钢瓶中；将理 想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？
答：1)做体积功，2)未做体积功。 功w也不是状态函数
一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热q ，得功 w，变到状态2,热力学能U2，则有：
q>0
U1
U2
w2H4 ) 0.5000g m(H2O) 1210g cb 848J K1 T1 293.18K T2 294.82K
解：燃烧0.5g联氨放热为
q [q(H2O) qb ] [c(H2O) m(H2O)T cbT ] (4.181210 848) (294.82 293.18)J 9690J 9.69kJ
反应热与反应式的化学计量数有关；
一般标注的是等压热效应qp。
思考：qp与qv相同吗？。
不相同
1.2 反应热的理论计算
并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应： 2C(s) + O2(g) = 2CO(g)
思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？
实验过程中无法控制生成产物完全是CO。
因此，只能用理论方法来计算反应热。
推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？
4. 过程与途径
系统状态发生任何的变化称为过程；
实现一个过程的具体步骤称途径。
思考：过程与途径的区别。 设想如果你要把20 °C的水烧开，要完成“水烧开”这个 过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常 压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。
外压从3pº变为p°
3pº
V T
图1.2 状态函数的性质
广度性质和强度性质
状态函数可分为两类： 广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。
强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力 等。
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)是强度性质的物理量。由此可以得出 什么结论？ 答：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。
热的符号规定： 系统吸热为正，系统放热为负。
热量q不是状态函数
3. 功与体积功
在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以 外的方式交换的能量都称为功。
功的符号规定： （注意功符号的规定尚不统一） 系统得功为正，系统作功为负。 由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体 积功w体。所有其它的功统称为非体积功w ′。
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。
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换
图1.1 系统的分类
隔离系统 无物质和能量交换
2. 相
系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分 称为相。根据相的概念，系统可分为：
3. 状态与状态函数
状态就是系统一切性质的总和。有平衡态和非平 衡态之分。
如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。 状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或 全部变化。
状态函数 用于表示系统性质的物理量X 称状态函数，如气 体的压力p、体积V、温度T 等。
状态函数的性质
状态函数是状态的单值函数。 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、末态有关，而与变化的实际途径无关。 以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数 压力p和体积V的变化量与途径无关。
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。
5. 化学计量数
一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒 关系， 通式为：
0 BB
B
B 称为B 的化学计量数。符号规定： 反应物： B为负；产物：B为正。
掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。
了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。
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
B
反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。
思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？
答：有关。如对于反应： 0 = –N2 – 3H2 + 2NH3 ，当有1mol NH3生成时，反应进12 度N2为023.5Hm2ol。N若H3将反应写成 则反应进度为1 mol。
1.1.2 反应热的测量
6. 理想气体可逆过程体积功*
封闭系统的等温过程中，理想气体压力p和体积V之间的关系
称为理想气体的等温线：
p
当系统从始态变到终态时，可
以有多种途径：
p1
经恒外压p2：
W1 p2 (V2 V1 )
p’
经恒外压p’ 膨胀到平衡，再
经恒外压p2：
p2
W2 [ p'(V 'V1 ) p2 (V2 V ')]
图1.4 体积功示意图
5. 理想气体的体积功
理想气体的定义：
气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为 0的气态系统被称为理想气体。 理想气体的状态方程：
pV nRT
附例1.2 1 mol理想气体从始态100kPa, 22.4dm3经等温恒外 压p2 = 50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。
绪论
化学是一门既古老又年轻的科学。
化学是研究和创造物质的科学，同工农业生产和国防现代 化，同人民生活和人类社会等都有非常密切的关系。 化学是一门中心性的、实用的和创造性的科学，主要是研 究物质的分子转变规律的科学。 化学与物理一起属于自然科学的基础学科。
研究现状(2000年) 化合物>2000万种 时间分辨率：1 fs 空间分辨率：0.1nm 分析所需最小量：10-13 g。
显然，|W2| > |W1|
思考：经什么途径系统可以做
最大功？
始态(p1,V1)
中间态(p’,V’)
终态(p2,V2)
W12
V1 V’
V2 V
图1.5 理想气体的体积功
答：外压无限接近系统的压力时。
可逆过程体积功*
设砝码对系统施加了p2的压力， 砝码和砂子施加了p1的压力，当 将砂子一粒一粒地拣去，系统沿
附例1.1 应用化学反应通式形式表示下列合成氨的化学反应 计量方程式：
N2 + 3H2 == 2NH3
解：用化学反应通式表示为：
0= - N2 - 3H2 + 2NH3
6. 反应进度
反应进度ξ 的定义：
d dnB B
nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。或定
义
nB ( ) nB (0)
热—无序能；功—有序能；能的品位不同。
思考：水能变油吗？
4. 体积功w体的计算
等外压过程中，体积功
w体= – p 外(V2 – V1) = – p外ΔV
p外 = F / A，l = ΔV / A2， 因此，体积功
w体= F ·l
= –(p外·A) ·(ΔV/A) = – p外 Δ V
l
p p外 = F / A
学习内容
理论化学：两条“主线” 应用化学： 化合物知识；化学在相关学科中的应用 实验化学
学习要求
辨证的思维 发展的眼光 实践的方法
第1章
热化学与能源
本章学习要求：
了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验 计算 方法。 了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定 律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热 力学能变的关系。
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科学
化学的分支学科
无机化学：无机物 有机化学：碳氢化合物及衍生物 分析化学：测量和表征 物理化学：所有物质系统 高分子化学：高分子化合物 若干新分支：环境化学、核化学等等
下图的折线从始态变到终态。
拣去一粒砂子，系统的压力从pi+1 变为pi，同时系统的体积变化为 ΔVi，这一微小过程中系统做功： –pi ΔVi，整个过程中做功：
W pi Vi
i
当砂子足够小时， pi可以用 系统的压力来代替。 pi = nRT/Vi,并可以用积分代替加
(0 0.5)g / 32.0g mol 1 /(1) 0.0156mol
qV,m q / 9.69kJ / 0.0156mol 621.2kJ mol 1
2. 热化学方程式
表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方 程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相 应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：
反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。 热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。 摩尔反应热指当反应进度为1 mol时系统放出或吸 收的热量。