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第2章 热化学

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2第二章 化学热力学基础

2第二章 化学热力学基础
反应进度ξ 用以表示化学反应进行的程度
aA + bB dD + eE
定义：

nB (t ) nB (0)
nA
B


nB
B
(mol )
nE
即
A
nB
B

nD
D

E
15
反应进度 1mol
即nA A a
nB B b
按化学反应进行1mol反应 14
CH4 (g) 2O2 (g) CO2 (g) 2H 2 O(l)
(c) CH4 (g) 3 O 2 (g) CO(g) 2H 2 O(l)
2 3 (d) CH4 (g) O2 (g) CO(g) 2H 2 O(g) 2
25
（2）一个体系从环境得到了160J的功，其内 能增加了200J，则体系与环境交换的热量 为 。 (a)360J (b)-360J (c)40J (d)-40J
U1
Q W 13
பைடு நூலகம்
U2
ΔU= U2 - U1 = Q +W
注：① Q 、W正负号 ② Q 、W、 ΔU单位一致（J、kJ）
例.某一体系在变化过程中从环境吸收了50 kJ的热, 对环境 做功4 kJ , 则热力学能的变化为? ΔU=Q+W =50- 4=46 kJ
14
§2-2 化学反应的焓变
一.反应进度ξ
kJ
= ΔU + ΔnRT J kJ (×10-3)
23
例:使1molH2O(l)在373K, P 下变成1mol H2O(g)需要 提供40.68kJ的热量,求此过程做功W,ΔH及ΔU
解:

燃烧理论 第二章燃烧与热化学

燃烧理论 第二章燃烧与热化学
宇宙 Universe = 系统 +环境 热力学第一定律
伴有化学反应的热交换。 放热反应Exothermic: Heat flows out of the system (to the surroundings). 吸热反应Endothermic: Heat flows into the system (from the surroundings).
解 已知: =0.286, MWair=28.85,
mair=15.9 kg/s, MWfuel=1.16(12.01)+4.32(1.008)=18.286 求: mfuel and (A/F)
先求 (A/F) 然后求 mfuel .按定义：
其中 a=x+y/4=1.16+4.32/4=2.24. 有,
V=mv;U=mu;H=mh 状态函数
只与系统当时的状态有关，与如何达到这个状态无关Depends only on the present state of the system - not how it arrived there.
与路径无关It is independent of pathway. 状态方程
定压比热Constant-pressure specific heats 对于理想气体状态下：
温度与热
• 温度 表示颗粒的随机运动，与系统的动能有关
• 热 包括两个有温度差的物体之间的能量传递
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组分 i的摩尔分数,xi
理想气体混合物
组分 i的质量分数, Yi
对于理想气体:
根据定义有 xi 和 Yi的关系 混合物分子量 MWmix 第 i组分的分压Pi
MWair=28.85. 求 : (A/F)和 . 先假定完全燃烧条件下，建立完全燃烧方程来获得空燃比，所谓的完全燃烧是指所有的碳全部

第2章 化学热力学基础和化学平衡

第2章 化学热力学基础和化学平衡

其变化值是可以确定的：

状态1(U1) → 状态2(U2)
△U= U2－U1
六、热力学第一定律

热力学第一定律(first law thermodynamics) 即能量守恒和转化定律（law of energy conservation and transformation） ：

在任何过程中，能量是不会自生自灭的，
“恒容过程”。若体系变化时和环境之间无热量交换，
则称之为“绝热过程 ”。 途径 (path)：完成一个热力学过程，可以采取多种
不同的方式。我们把每种具体的方式，称为一种途径。
过程着重于始态和终态；而途径着重于具体方式。
该过程可以经由许多不同的途径来完成。
下面给出其中两种途径： 0.5 10 5 Pa 4 dm3 1 10 5 Pa 途径 I 途径 II 2 10 5 Pa
四、热和功

热(heat)：系统和环境之间，由于温度的差异而
交换的能量形式，用“Q”表示。

规定：系统吸热，Q为正；系统放热，Q为负。 功(work)：除热之外，在系统和环境之间被传递 的能量形式，用“W”表示。 规定：系统对环境做功，W为负；环境对系统做 功，W为正。

体积功(volume work)：由于系统体积改变(反 抗外力作用)而与环境交换的功。
0 νB B
B
νB 物质B的化学计量数（stoichiometric
number） ，量纲为一 注意：反应物的化学计量数为负值 生成物的化学计量数为正值
如反应： 1 N 2 3 H 2 NH 3
2 2
其化学计量数分别为：
ν(NH 3 ) 1 1 ν(N 2 ) 2 3 ν(H 2 ) 2

无机化学 第五版第二章 热化学

无机化学 第五版第二章 热化学

4
热力学的标准状态
(1) 气体物质的标准状态，是气体在指定温度T，压力p ＝ p的状态， p＝100 kPa; (2) 纯固体和液体的标准状态，分别是在指定温度T，压 力p ＝ p时纯固体和纯液体的状态； (3) 溶液中溶质B的标准状态，是在指定温度T，压力p ＝
p，质量摩尔浓度b ＝ b时溶质的状态， b ＝ 1
l
热和功均不是状态函数 ① 热和功是与过程相联系的物理量，系统不发生变
化，就没有热或功，故热和功均不是状态函数。
② 在处理热和功的问题时，不仅要考虑过程，还必
须考虑途径。
一定量的理想气体，从压强 p1 ＝ 16×105 Pa，体积 V1＝ 1×10 －3 m3 经过两个途径分别恒温膨胀至压强 p2 ＝ 1×105 Pa，体积 V2 ＝ 16×10－3 m3 的状态。
U Q p pex V
U 2 U1 Q p pex V2 V1 U 2 U1 Q p p2V2 p1V1 Q p (U 2 p2V2 ) U1 p1V1
令：U + pV = H ——焓，状态函数
H = H2 - H1 ——焓变
U 2 U1 U
热力学能变化只与始态、终态有关， 与变化途径无关。
2.2.3 热力学第一定律
热力学第一定律的实质是能量守恒与 转化定律。
U1 Q U W 2
U2 = U 1 + Q + W U2 - U1 = Q + W
V1
pex
l
对于封闭系统热力学第一定律的数学 表达式为： U Q W
统的热焓
焓Ｈ ① 焓是系统的状态函数，其数值的大小只与始态和
终态有关，与途径无关；

无机化学考研试题(含答案-已经整理好的)

无机化学考研试题(含答案-已经整理好的)

一、单选题 第2章 热化学1、在下列反应中，Q p =Q v 的反应为（ ）（A ）CaCO 3(s) →CaO(s)+CO 2(g) （B ）N 2(g)+3H 2(g) →2NH 3(g)（C ）C(s)+O 2(g) →CO 2(g) （D ）2H 2(g)+O 2(g) →2H 2O （l ）2、下列各反应的（298）值中，恰为化合物标准摩尔生成焓的是（ ）（A ）2H(g)+ O 2(g)→H 2O （l ） （B ）2H 2(g)+O 2(g)→2H 2O （l ）（C ）N 2(g)+3H 2(g)→2NH 3(g) （D ）N 2(g) +H 2(g)→NH 3(g)3、由下列数据确定CH 4(g)的为（ ） C(石墨)+O 2(g)=CO 2(g) =-393.5kJ·mol －1H 2(g)+ O 2(g)=H 2O(l) =-285.8kJ·mol －1CH 4(g)+2O 2(g)=CO 2(g)+2H 2O （l ）=-890.3kJ·mol －1 （A ）211 kJ·mol －1； （B ）-74.8kJ·mol －1；（C ）890.3 kJ·mol －1； （D ）缺条件，无法算。

4、已知：（1）C(s)+O 2(g)→CO(g), (1)= -110.5k J·mol －1（2）C(s)+O 2(g)→CO 2(g),(2)= -393.5k J·mol －1 则在标准状态下25℃时，1000L 的CO 的发热量是（ ）（A ）504 k J·mol －1 （B ）383 k J·mol －1 （C ）22500 k J·mol －1 （D ）1.16×104 k J·mol －15、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 ）－70J6、环境对系统作10kJ 的功，而系统失去5kJ 的热量给环境，则系统的内能变化为 （ ）（A ）－15kJ （B ） 5kJ （C ） －5kJ （D ） 15kJ7、表示CO 2生成热的反应是（ ）（A ）CO （g ）+ 1/2O 2（g ）=CO 2（g ）ΔrHmθ=-238.0kJ.mol-1（B ）C （金刚石）+ O 2（g ）=CO 2（g ）ΔrHmθ=-395.4kJ.mol-1（C ）2C （金刚石）+ 2O 2（g ）=2CO 2（g ）ΔrHmθ=-787.0kJ.mol-1（D ）C （石墨）+ O 2（g ）=CO 2（g ）ΔrHmθ=-393.5kJ.mol-1二、填空题1、25℃下在恒容量热计中测得：1mol 液态C 6H 6完全燃烧生成液态H 2O 和气态CO 2时，放热3263.9kJ ，则△U 为-3263.9，若在恒压条件下，1mol 液态C 6H 6完全燃烧时的热效应为-3267.6。

第二章热化学部分选择 (1)

第二章热化学部分选择 (1)

第二章热化学部分选择一、单项选择1．化合物B的标准摩尔生成焓∆fH(B)的定义是：（）。

A、25℃和100 kPa压力下由稳定单质生成1 mol处于100 kPa下化合物的焓变B、在温度T时，100 kPa压力下稳定单质生成1 mol化合物时的焓变C、在温度T，由稳定态单质生成物质B时的标准摩尔焓变。

书写相应的生成反应化学反应式时要使B的化学计量数νB=+1。

D、在100 kPa压力下各自单独存在的稳定单质化合1 mol化合物时的焓变。

2．CH4(g)在298 K且反应物及产物均在标准压力下完全燃烧，反应进度ξ=1 mol，ν[CH4(g)] =－1，放出的热为890.7 kJ，其热化学方程式写法正确的是：（）。

A、CH4(g)+ 2O2(g)==CO2(g)+ 2H2O(l)，∆rH(298 K) = -890.7 kJ·mol-1B、CH4(g)+ 2O2(g)==CO2(g)+ 2H2O(g)，∆rH(298 K) = -890.7 kJ·mol-1C、CH4(g)+ 2O2(g)==CO2(g)+ 2H2O(l)，∆rH(298 K) = 890.7 kJ·mol-1D、CH4(g)+ 2O2(g)==CO2(g)+ 2H2O(g)，∆rH(g) = 890.7 kJ·mol-13．若已知H2O(g)及CO(g)在298 K时的标准摩尔生成焓∆fH(298 K)，分别为－242kJ·mol-1和－111kJ·mol-1, 则反应 H2O(g) + C(石墨) H2(g) + CO(g)的标准摩尔反应焓为：（）A、－353 kJ·mol-1B、－131 kJ·mol-1C、131 kJ·mol-1D、353 kJ·mol-1。

4．下列反应的焓变不符合标准摩尔生成焓定义的是：（）。

A、H2(g , p) +N2(g , p) = NH3(g , p)B、H2(g , p) +Br2(g , p) = HBr(g , p)C、N2(g , p) + D2(g , p) = ND2(g , p) D、Na(s , p) + Cl2(g , p) = NaCl(s , p) 。

热化学第二章 化学反应基本原理


第五节 化学平衡的移动
３.什么叫活化能？它与反应速率有何关系？
４.试判断活化能为１８０kJ·ｍｏｌ－１的反应和活化能为５８k J·ｍｏｌ－１的反应在相似条件下，哪个反应较快？
５.试利用有效碰撞理论解释温度、浓度、压力、催化剂对反应速 率的影响。 ６.对于多相反应，影响化学反应速率的因素有哪些？举例说明。 ７.什么是质量作用定律？基元反应与非基元反应有何区别？ ８.什么叫反应级数？能否根据化学方程式来确定反应的级数？ ９.试解释温度对反应速率的影响比浓度对反应速率的影响大得多？ １０.什么是催化剂？催化剂为何可加快反应速率？
第四节 化 学 平 衡
例２-３ 可逆反应CO＋H２OCO２＋H２在１０７３K达到平衡时， 各物质浓 １)计算该温度下反应的平衡常数； ２)计算反应初CO和H２O的浓度； ３)CO的转化率。 解 １)由Kc的表达式得 ２)对于反应物c平衡＝c起始－c反应，反应开始前c(CO２)、c(H２)为零， 由反应方程式可知，至平衡时每生成１ｍｏｌ ３)反应中反应物的转化量(即消耗量)与反应前该物质的量之比即 为该物质的转化率
第四节 化 学 平 衡
１.化学平衡常数的特征 ２.平衡常数表达式的书写 (１)反应中有气体、固体、液体参加，其固体、液体浓度不写在平 衡常数表达式中。 (２)平衡常数表达式与化学反应方程式的书写形式有关，如 (３)在相同温度下，一个平衡反应可由两个平衡反应相加或相减得 到，其平衡常数等于后两者平衡常数的乘积或商。 (４)在稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡 常数表达式中。 ３.反应进行方向的判断 三、标准平衡常数 四、有关化学平衡的计算
解得Ea＝１８５０００J·ｍｏｌ－１＝１８５kJ·ｍｏｌ－１
第三节 影响化学反应速率的因素

第二章 化学热力学初步

一、化学反应的自发性 一定条件下，不要外界做功就 可自动进行的过程， 自发过程，则该过程具有自发性 自发性。 称自发过程 自发过程 自发性 能量传递 热量传递 气体扩散 水的流动 自发方向 高温物体 → 低温物体 (T1) → (T2) 高压(P1) → 低压 (P1) → (P2) 高势能 → 低势能 (E1) → (E2) 判据 平衡
§2-2 热力学第一定律
一、功与热 是体系与环境之间能量交换的两种方式，是过程 量，没有过程就没有能量的传递。 热Q(heat)：热力学中，由于温差而引起传递的能量。 ： 功W(work)：热力学中，除热以外，各种被传递的能 ： 量。如电功、机械功、表面功等. （功=体积功+非体积功） 功 功和热不是状态函数，与过程有关。 功和热不是状态函数
热力学上常见的几种过程： 等压过程(isobaric process)： 等压过程 ： 体系压力始终恒定不变。 （如敞开容器中进行的反应） 等容过程(isochoric process)： 等容过程 ： 体系体积始终恒定不变。 （如体积不变的密闭容器进行的反应） 等温过程(isotheemal process)：只要求T始 = T终 等温过程 ：
3．过程和途径 （process and rood） ． 体系的状态发生变化，从始态到终态，我们说体系 经历了一个热力学过程，简称过程 过程；完成这个过程的 过程 具体步骤称途径 途径
298K, H2O（g) 途径1 298K,H 298K, 2O(l) 始态 373K,H 373K, 2O(l) 途径2 途径 373K,H 373K, 2O（g) 终态
已知 (1) C(石墨 + O2(g) → CO2(g) 石墨) 石墨 = △rHm(1) -393.5 kJ.mol-1 (2) CO(g) + 1/2 O2(g) → CO2(g) = △rHm(2) -282.9 kJ.mol-1 C(石墨) + O2(g) (石墨) 石墨 始态） （始态） △rHm =？ ？ △rHm(1) CO2(g) 终态） （终态） △rHm (2)

第二章 化学热力学

H，即按A 个A粒子和 B 个B粒子为一个单元
进行了6.02×1023个单元反应，我们说进行了
1mol反应。
反应进度
反应进度的数值与计量方程式的写法有关。
例 10.0molH2和5.0molN2在合成塔中混合后 经过一定时间，反应生成2.0molNH3，反应 式可写成如下两种形式： (1) N2 + 3H2 = 2NH3 (2) 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3 分别按(1)和(2)两种方程式求算此反应的 。

热力学规定 ：
– 系统吸热，Q > 0 – 系统放热，Q < 0 – 环境对系统做功，W > 0 – 系统对环境做功，W < 0
surroundins in Q>0
heat
out Q<0
system
in w>0 work
out w<0
化学热力学把功分成两类
(1) 体积功：包括膨胀功和压缩功
系统因体积变化而对抗外压做功。 体积功的计算： 等容过程 体积功 w=0 等压过程 p1= p2 体积功 w = －pV
盖斯定律的应用
已知：(1) C(石墨)+O2(g)=CO2(g) rHmθ(1)= -393.5kJ.mol-1 (2) CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) rHmθ(2)= -283.0kJ.mol-1 计算：(3) C(石墨)+1/2O2(g)=CO(g) 的 rHmθ(3)=?
标准摩尔反应焓的计算
盖斯定律
标准摩尔生成焓和 标准摩尔燃烧焓
盖斯定律
• 盖斯Hess G H，1802-1850，生于瑞士日内 瓦，任俄国圣彼得堡大学化学教授。最著名 的是他进行的一系列热化学研究。

第二章 基础化学热力学要点

第二章 基础化学热力学
热力学 解决两个问题
(1)能量如何转化
(2)方向、限度
动力学：反应如何进行及其速率大小
• 第一节 常用名词 • 体系：被研究的对象
• • •
敞开体系 三种体系 封闭体系 • 孤立体系 • 敞开体系：体系与环境之间既有能量交换，又有物质 交换。 • 封闭体系：体系与环境之间只有能量交换，没有物质 交换。
• 关键点：状态函数的改变量“Δ ” 决定于过程的始终态，与途径无 关。
第二节 热力学第一定律
一、热和功 热力学中能量的传递方式:热和功
1、热（ Q）：是系统与环境间存在温度差而引起的 能量传递。单位：J
正负规定：体系从环境吸热为正，Q 0；
体系向环境放热为负，Q 0 。
2、功（W）：在热力学中，除热以外的其他的 能量传递形式称为功。单位：J 正负规定：体系对环境作功为负，W 0； 体系从环境得功为正，W 0 。 体积功：是体系体积变化反抗外力所作的 功。 W体= -p外 V 非体积功：电功、机械功、表面功等。
o m
1
若反应写成2HI(g)= H2(g) + I2（g），则 o • r H m = _________kJ·mol-1。若反应写成 • 1/2H2(g) + 1/2I2（g）= HI(g) , 则 • H o = ___________kJ·mol-1。
r m
热力学依据：由第一定律知：定压时， H= QP ；而H是状态函数，只与反应的始、 终态有关，而与分几步反应的途径无关。
六、生成焓
• 由元素稳定单质生成１ mol某物质时的热效应。
• f H m • 例如： C（石墨）+ O2（g）= CO2 （g）
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§2.3 化学反应的热效应
无机化学(Inorganic Chemistry)
西南科技大学
第二章 热化学
研究化学反应必须研究的四个问题
1. 化学反应中能量是如何转化的?
（第二章）
2. 该反应能否自发进行?
（第二章）
3. 实现这种转化需多少时间?
（第三章）
4. 在给定条件下有多少反应物能最 大限度地转化为生成物？
密度 ρ= ······
用化学的术语说，该气体处于一定状态。
无机化学(Inorganic Chemistry)
西南科技大学
第二章 热化学 1. 定义
（1）状态 系统物理性质和化学性质的综合表现。
（2）状态函数 规定系统状态的每一物理性质和化学 性质的物理量。
无机化学(Inorganic Chemistry)
②
H2O（T2=3Biblioteka 8K）H2O（T=288K）
① △T1 = T2 - T1 = 308 - 298 = 10 K ② △T2 = ( T2 – T ) + ( T - T1 ) = 10 K
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
2.1.4 相（Phase）
西南科技大学
如：
第二章 热化学
环境
研究对象：空气
系统
环境
无机化学(Inorganic Chemistry)
研究对象：H2
系统
西南科技大学
第二章 热化学
2. 分类
（1）敞开系统（Open System） 系统和环境之间通过边界既有物质交换又有 以热和功的形式进行的能量交换的系统。
（2）封闭系统（Closed System） 系统和环境之间通过边界只有能量交换， 而没有物质的交换的系统。
西南科技大学
第二章 热化学
2.1.5 化学反应计量式和化学计量数
1. 化学反应计量式
(Stoichiometric Equation of Chemical Reaction)
根据质量守恒定律，用规定的化学符 号和化学式表示化学反应的式子。
无机化学(Inorganic Chemistry)
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（3）孤立系统（Isolated System） 系统和环境之间即无能量交换又无物质交 换的系统。
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
如：
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
系统
绝热
HCl
HCl
HCl
Zn
Zn
Zn
敞开系统
封闭系统
无机化学(Inorganic Chemistry)
无机化学
Inorganic Chemistry
Email:yangdingming@
化工类专业基础课程
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
第二章 热化学
(Thermochemistry)
§2.1 热力学常用术语
§2.2 热力学第一定律
西南科技大学
第二章 热化学 2. 性质
（1）状态一定，状态函数值一定；
（2）状态函数与过去的状态无关；
（3）状态变化，状态函数值变化，状态 函数值的变更只与始末态有关，而 与变化的途径无关。
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
状态函数性质 H2O（T1=298K） ①
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
2.1.3 状态与状态函数（State and State Function）
例如：已知一气体
物质的量 n = 1mol 温度 T = 298.15K 压力 p = 101.325kPa
体积 V = 22.414dm3
状态 函数
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
1. 定义
（1）系统 研究的对象。
（2）环境 系统以外，并与其有关联的部分。
系统和环境之间，一定要有一个边界，这 个边界可以是实实在在的物理界面，也可以是 虚构假想的界面。
无机化学(Inorganic Chemistry)
（第四章）
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
§2.1 热力学常用术语
(Common Terms of Thermodynamics)
2.1.1 系统与环境（System and Surrounding）
任何物质都是和它周围的物质相联系， 为了研究问题的需要，常把研究的对象人为 地从周围事物中划分出来，被划分出来作为 研究对象的这一部分称为系统，而系统之外 又与系统有关的部分称为环境。
孤立系统
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第二章 热化学
2.1.2 过程与途径 （Process and Path）
1. 定义
（1）过程 系统热力学状态发生变化的经过。
（2）途径 系统状态发生变化时由同一始态到 同一终态所经历的不同方式。
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学 2. 过程的分类
1. 定义 系统中物理性质和化学性质完全
相同的部分称为相。 相与相之间有一明显的界限。
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
2. 分类
均相系统（单相系统） （Homogenous System）
非均相系统（多相系统）
（Heterogeneous System）
（1）定温过程
T1=T2
（2）定压过程
p1 = p2 = p外
（3）定容过程
V1 = V2
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
不同途径的示意图
298K，101kPa 定温过程
定 压 过 程
373K，101kPa 定温过程
298K，505kPa
定 压 过 程
373K，505kPa
气体：通常条件下，不论多少种气体混 合在一起，均能无限混合，所以 是单相。
无机化学(Inorganic Chemistry)
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第二章 热化学
液体：根据液体的互溶性，可以是一相、 两相或三相；水溶液：单相。
固体：如果固体之间不形成固体溶液，则 不论固体分散多细，一种固体成为 一相。
无机化学(Inorganic Chemistry)
第二章 热化学
任一反应： aA + bB → cC + dD 遵循质量守恒定律：0 = -aA – bB + cC + dD
或简写 0 νBB