化学反应的形成焓
化学反应中的形成焓是描述反应物与产物之间能量变化的物理量。它是理解和解释化学反应热效应的重要概念。本文将介绍形成焓的定义、计算方法和应用。
一、形成焓的定义
形成焓（Enthalpy of Formation）是指在标准状态下，将1摩尔物质从其组成元素标准态单质形式转变为该物质的过程中伴随的热变化。标准状态指的是温度298K、压强1 atm下的物质状态。
形成焓常用符号ΔHf表示，单位为千焦耳/摩尔（kJ/mol）。对于元素在其标准态的形成焓被定义为0，因为元素单质是其自身的最稳定形态。
二、计算形成焓的方法
1. 哈斯定律
哈斯定律是计算化学反应焓变的常用方法。根据哈斯定律，当化学反应可以分解为多个步骤时，其总焓变等于各个步骤焓变的代数和。
2. 利用反应热效应
反应热效应（Reaction Enthalpy）是指化学反应过程中释放或吸收的热量。通过测量反应热效应，可以计算得到化学反应的形成焓。
三、形成焓的应用
1. 反应能量计算
通过形成焓的计算，可以推导出反应的能量变化。知道反应的能量
变化对于研究反应机理、确定反应的放热或吸热性质具有重要意义。
2. 反应热效应
形成焓与反应热效应之间存在着密切关系。反应热效应可以通过形
成焓之间的差值来计算，帮助研究化学反应的性质和行为。
3. 反应稳定性和燃烧热
形成焓可以用于评估化合物的稳定性。形成焓较低的化合物通常具
有较高的燃烧热，因为它们逐渐转变为更稳定的化合物时释放的能量
较大。
4. 反应速率
形成焓对于理解和预测化学反应速率也具有重要作用。形成焓较高
的反应物通常反应速率较慢，而形成焓较低的反应物反应速率较快。
总结：
形成焓是描述化学反应中能量变化的重要概念，它的计算方法和应
用广泛。通过形成焓的计算和比较，可以了解和预测反应的能量变化、热效应、稳定性和速率等性质。形成焓的研究有助于深入理解化学反
应的本质，推动化学科学的发展。
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?如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃烧，最终的产物是怎样的？ ?如果将空气量减少到10kg,产物将如何？ 问题2 ?如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃烧，最终的温度如何？ ?如果将空气量减少到10kg,最终的温度如何？ 2燃烧与热化学 主要内容 ?总介 ?状态参数复习 ?热力学第一定律 ?反应物与产物的组成 ?绝对（标准）焓与形成焓 ?燃烧焓与热值 ?绝热燃烧温度 ?化学平衡 ?燃烧的平衡产物 ?一些应用的例子
?燃烧后的混合物与燃烧前的混合物的关系 ?燃烧前后的能量方式发生的什么样的变化，最终的状态如何？ ?燃烧是一种化学变化，它能进行到什么样的程度？ 总介(二) ?热力学概念Thermodynamic concepts: –状态关系Property relations –第一定律First law ?元素守恒Element conservation ?焓-化学健Enthalpy—chemical bonds ?反应热，热值与绝热燃烧温度Heat of reaction, heating value and adiabatic flame temperature ?化学平衡-第二定律Chemical equilibrium—second law ?例Examples 状态关系式复习R e v i e w o f P r o p e r t y R e l a t i o n s 广延量Extensive Properties：取决于物质的数量 V(m3), U(J), H(J)(=U+PV) 强度量Intensive Properties：数值与物质的数量无关 比容v(m3/kg), 比内能u(J/kg),比焓h=(J/kg)(=u+Pv) 压力P,温度T 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D e p e n d s o n l y o n t h e p r e s e n t s t a t e o f t h e s y s t e m-n o t h o w i t a r r i v e d t h e r e.
机械球磨法对镁基储氢合金电化学性能的影响研究 摘要 镁基储氢合金以其高的放电容量( 大于5 0 0 mAh ·g - I ) 、丰富的资源、低廉的价格等优点，受到新能源材料界的关注，是有发展前景的储氢电极材。本文用机械球磨法分别以T i 、B、复合物T i B对非晶态Mg 45T i3 V2 N i50储氢合金进行了表面修饰．实验结果表明，恰当比例的T i B球磨修饰对镁基储氢合金循环稳定性远好于T i 、B同比例单独修饰合金电极的效果．Mg45T i 3 V 2N i50 与T i B质量比为 2 ：l的Mg 45T i 3 V 2Ni50 -T i B ( 2 :1) 复合合金电极的初始放电容量为 5 2 9 .4 mA h ·g -1 ，第5 0 次循环放电容量仍为2 7 7 .1 mA h ·g-1 ．复合物T i B中T i 、B元素之问和复合合金中合金元素与T i B之间产生了金属与非金属的协同作用，导致复合合金新的立体褶皱结构的生成，增强了修饰层与合金间的作用，Mg 45T i 3 V 2 Ni 50- T i B( 2 ：1 ) 合金电极表面活性增强,循环稳定性显著提高． 关键词：镁基储氢合金、机械球磨法、循环稳定性、表面修饰
1前言 人类的生产、生活乃至生存，都离不开能源，可以说能源是人类活动的源泉。但化石能源正面临枯竭的危险，且化石能源的使用会对环境造成污染与破坏。可持续利用的新能源是化石能源的最佳替代品，其中，氢具有普遍、量多、对环境无危害、发热高、贮存损失小等优点，受到越来越多的关注，是理想的二次能源。在利用氢能的过程中，储氢是最关键的环节。储氢材料是伴随着氢能的利用和环境保护在最近二三十年才发展起来的新型功能材料，由于其在燃料电池、可充电电池生产中占重要地位，因而日益受到重视。其中镁基储氢合金因其吸氢量大、电化学储氢容量高( 理论电化学储氢容量为9 9 9 mA·r u g ) ，已成为最具开发前途的储氢材料之～。但镁及其合金的吸、放氢条件比较苛刻，动力学性能较差，充放氢速率慢( 如果达到可以接受的放氢速率，温度须在3 5 0 o C以上) ，且镁的化学性质活泼，在碱液中易受氧化腐蚀，最终导致其合金电极容量迅速衰退，且其循环寿命与实用化的要求尚有一段距离，其性能还需不断地完善。为克服镁基储氢合金的上述缺点，人们在其制备及表面改性方面做了大量的研究工作。 2. 镁基储氢合金 2.1镁基储氢合金概述 储氢合金是一种非常重要的功能材料，尤其是在镍氢电池中应用十分广泛口] 。它是在一定温度和氢气压力下可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物，具有储氢量大、无污染、安全可靠、可重复使用等特点。2 0世纪 6 0年代末到7 O年代初，人们相继发现了Mg 2Ni 、L a Ni5、Ti F e储氢合金，随后各种类型的储氢材料被相继发现，并应用到氢的储存和纯化、镍一氢电池、氢燃料汽车等各个领域。2 O世纪9 O 年代初，镍氢电池实现商业化，因其比容量高、大电流充放电能力好、无记忆效应和无污染等优点备受青睐，而储氢合金也成为制备高性能镍氢电池负极材料的关键。 目前，储氢合金主要有稀土系( AB 5型) 、钛系( AB型) 、锆系( AB 2型) 、镁系( A 2 B型)。镁系储氢合金是很有发展前途的储氢材料之一。金属镁作为一种储氢材料具有一系列优点：①密度小，仅为 1.7 4 g ／ c m3；②储氢容量高，Mg H2的含氢量达7.6 ％( 质量分数，下同) ，而Mg 2Ni H4的含氢量也达到 3 .6 ％；③资源丰富，价格低廉。但是Mg吸放氢条件比较苛刻，Mg 与H2需要在3 0 0 ～4 O 0 ℃、2 ．4 ~ 4 0 MP a下才能生成Mg H2，0 .1 MP a时离解温度为2 8 7 °C，而反应速度也慢，其主要原因是表面氧化膜妨碍了H2与Mg的反应[ 6 - 1 0 ] 。因此，对于实践应用，必须提高氢的反应动力学，降低工作温度。近年来，人们从不同的角度诸如多元合金化、复合合金化、制备
Fluent大作业——圆筒燃烧器内甲烷燃烧的数值模拟 引言： 根据公安部消防局的统计数据，2010年因火灾死亡的人数为1205人，其中多数人是因为火灾产生的有毒有害高温气体而死，因此研究火灾中有毒有害气体的分布有着重要意义。下面以一个简单的模型，对一个圆筒燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动与燃烧过程进行研究，模拟其中的温度场、有害气体的分布情况。 问题描述： 长为2m、直径为0.45m的圆筒燃烧器结构如下图所示，燃烧器壁上嵌有三块厚为0.005m，高0.05m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01m、长0.01m、壁厚为0.002m的小喷嘴，甲烷以60m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5m/s的速度进入燃烧器。总当量比约为0.76（甲烷含量超过空气约28%），甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷口直径的雷诺数约为5.7X103。 图1燃烧器结构 使用通用的finite-rate化学模型分析甲烷-空气混合与燃烧过程。同时假定燃料完全燃烧并转换为CO2和H2O。反应方程为 CH4+2O2→CO2+2H2O 反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。
计算结果： 图2采用恒定的Cp值（1000J/kg·K）计算的温度分布 图3采用mixing-law计算的温度分布
从上面两图可以看出，当Cp值恒定为1000J/kg·K时，最高温度超过2900K。火焰温度的计算结果偏高，可以通过一个更真实的依赖于温度和组分热容模型来修正。比热对温度和组分的依赖性将对火焰温度的计算结果有着明显的影响。Mixing-law会得到基于全部组分质量分数加权平均的混合比热。在Fluent中，还有一个Fluent物性数据库随温度变化的Cp（T）多项式，可以启动组分比热随温度的变化特性。设置后的计算结果如图2，可以看出最高温度已经降低到大约2200K。通过Fluent，我们得到出口截面质量加权平均温度约为1506.3K。计算公式如下： T=Tρv?dA ρv?dA 出口截面处的面积平均速度约为2.66m/s。计算公式如下： v =1 vdA 图4甲烷的质量分数分布
计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧 问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m，高0.05 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。 假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O 反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。 1、建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2、使用非耦合求解器求解燃烧问题 3、对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比较其结果 4、利用分布云图检查反应流的计算结果 5、预测热力型和快速型的NO X含量 6、使用场函数计算器进行NO含量计算 一、利用GAMBIT建立计算模型 第1步启动GAMBIT，建立基本结构 分析：圆筒燃烧器是一个轴对称的结构，可简化为二维流动，故只要建立轴对称面上的二维结构就可以了，几何结构如图2所示。 (1)建立新文件夹 在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。 (2)启动GAMBIT
(3)创建对称轴 ①创建两端点。A(0,0,0)，B(2,0,0) ②将两端点连成线 (4)创建小喷嘴及空气进口边界 ②连接AC、CD、DE、DF、FG。 (5)创建燃烧筒壁面、隔板和出口 ②将H、I、J、K、L、M、N向Y轴负方向复制，距离为板高度0.05。 ③连接GH、HO、OP、PI、IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、 MN、NB。 (6)创建流域 将以上闭合线段创建为面。 第2步对空气进口边界进行网格划分 （1）划分甲烷进口边界为等距网格 ①点击Edges右侧黄色区域 ②按下Shift+鼠标左键，点击AC线段 ③Type选Successive Ratio,Radio 选1 ④在Spacing下面白色区域右侧下拉列表中选择Interval count
综合题一：材料的结构 1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。 2按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。N 1S2 2S2 2P3 O 1S2 2S2 2P4 Si 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 Fe 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 3D6 4S2 Cu 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 3D10 4S1 Br 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3D10 4S2 4P5 3原子的结合键有哪几种？各有什么特点？金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。分子键：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。氢键：类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。金属键是由自由电子和属离子之间的静电吸引力组合而成，没有饱和性和方向性，因此使金属具有导电的性质。 4 理解空间点阵、晶体结构、晶胞概念，理解三者之间的关系（区别联系）。 组成晶体的粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称排列，如果我们用点来代表组成晶体的粒子，这些点的空间排列就称为空间点阵. 晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征。 能够保持晶体结构的对称性而体积又最小称晶胞。点阵+基元=晶体结构 5 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？（说明这个是 基础，可能不会直接让你标定六方指数，但是要掌握其他综合题目会考）晶面指数与晶向指数垂直 6 画出Fcc（面心立方）晶体结构晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？密排面、密排方向，相应关系式。 一、晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° 二、晶胞原子数：1/8×8+1/2×6=4（个）三、原子半径：γ原子=四分之根号二 a 四、致密度：0.74（74%）五、配位数：12面心立方晶体中原子的密排面是（111）面心立方晶体中原子的密排方向（111）体心立方单位晶胞原子数为2 配位数为8 原子半径根号（3）/4 a(设晶格常数为a) 致密度0.68 7 研究晶体缺陷有何意义？晶体缺陷如何分类？ 晶体缺陷对晶体性能有很大影响,还与扩散,相变,塑性变形,再结晶,氧化,烧结等有密切关系.分为点线面缺陷. 8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？ 3种肖特基/弗伦克尔缺陷间隙原子由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的 9 位错概念是在什么背景下提出的？其易动性是如何实现的？ 实验测得的实际晶体的屈服强度比理论值低 10 试述位错的分类和性质。 11 试述柏式矢量的意义。 12 理解单位长度位错线应变能与柏氏矢量的平方关系，如何判断位错反应能否 进行。（课堂练习书上例题） 13 柯氏气团是如何形成的？它对材料行为有何影响？ 14 晶体中的界面有何共性？它对材料行为有何影响？ 15高分子链的结构，高分子聚集态结构包括那些方面？掌握基本概念，说出几种常用高分子材料及用途。 综合题二：凝固、相结构与相图
第三章 化学反应系统热力学 习题及答案 § 标准热化学数据（P126） 1. 所有单质的 O m f G ? (T )皆为零为什么试举例说明 答：所有处于标准态的稳定单质的O m f G ? (T ) 皆为零，因为由稳定单质生成稳定单质 的状态未发生改变。如：单质碳有石墨和金刚石两种，O m f G ? ,石墨)=0，而O m f G ? ,金 刚石)= kJ·mol -1 (课本522页)，从石墨到金刚石状态要发生改变，即要发生相变， 所以O m f G ? ,金刚石)不等于零。 2. 化合物的标准生成热(焓)定义成：“由稳定单质在和100KPa 下反应生成1mol 化合物的反应热”是否准确为什么 答：标准生成热(焓)的定义应为：单独处于各自标准态下，温度为T 的稳定单质生成单独处于标准态下、温度为T 的1mol 化合物B 过程的焓变。此定义中（1）强调压力为一个标准大气压，而不强调温度；（2）变化前后都单独处于标准态。 3. 一定温度、压力下，发生单位化学反应过程中系统与环境交换的热Q p 与化学反应摩尔焓变r m H ?是否相同为什么 答： 等压不作其他功时（W’=0），数值上Q p =n r H ?。但Q p 是过程量，与具体的过程有关；而r m H ?是状态函数，与过程无关，对一定的化学反应有固定的数值。如将一个化学反应至于一个绝热系统中，Q p 为零，但r m H ?有确定的数值。 § 化学反应热力学函数改变值的计算（P131） 1. O m r G ?(T )、m r G ?(T )、O m f G ?(B,相态,T )各自的含义是什么
答：O m r G ?(T )： 温度为T ，压力为P θ，发生单位反应的ΔG； m r G ?(T )：温度为T ，压力为P ，发生单位反应的ΔG； O m f G ?(B,相态,T )：温度为T ，压力为P θ，由各自处于标准状态下的稳定单质，生 成处于标准态1mol 化合物反应的ΔG。 2. 25℃时，H 2O(l)及H 2O(g)的标准摩尔生成焓分别为 kJ mol -1及 kJ mol -1。计算水在25℃时的气化焓。 解：g l ?H m =Δf H m θ(H 2O,g)- Δf H m θ(H 2O,l)== kJ·mol -1 3．用热化学数据计算下列单位反应的热效应O m r H ?。 (1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)→2CaC 2(s)+CO 2(g) (2) C 2H 2(g)+H 2O(l)→CH 3CHO(g) (3) CH 3OH(l)+21O 2(g)→HCHO(g)+H 2O(l) 解： (1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)→2CaC 2(s)+CO 2(g) Δf H m θ(kJ·mol -1)： 0 Δr H m θ=2Δf H m θ(CaC 2(s)) + Δf H m θ(CO 2(g)) - 2Δf H m θ(CaO(s)) - 5Δf H m θ(C(s)) =[2×+] - 2× - 0= kJ·mol -1 (2) C 2H 2(g)+H 2O(l)→CH 3CHO(g) Δc H m θ(kJ·mol -1)： -1300 0 -1193 Δr H m θ= Δc H m θ(C 2H 2(g))+ Δc H m θ(H 2O(l))- Δc H m θ(CH 3CHO(g)) =-1300-(-1193)=-107 kJ·mol -1 注：C 2H 2(g)和CH 3CHO(g)的Δc H m θ数值本书未给出，是从其它物理化学书中查到的。 (3) CH 3OH(l)+21O 2(g)→HCHO(g)+H 2O(l) Δf H m θ： 0 Δr H m θ =Δf H m θ (HCHO(g))+Δf H m θ (H 2O(l))-Δf H m θ (CH 3OH(l))-(1/2)Δf H m θ (O 2(g))
化学反应的形成焓 化学反应中的形成焓是描述反应物与产物之间能量变化的物理量。它是理解和解释化学反应热效应的重要概念。本文将介绍形成焓的定义、计算方法和应用。 一、形成焓的定义 形成焓（Enthalpy of Formation）是指在标准状态下，将1摩尔物质从其组成元素标准态单质形式转变为该物质的过程中伴随的热变化。标准状态指的是温度298K、压强1 atm下的物质状态。 形成焓常用符号ΔHf表示，单位为千焦耳/摩尔（kJ/mol）。对于元素在其标准态的形成焓被定义为0，因为元素单质是其自身的最稳定形态。 二、计算形成焓的方法 1. 哈斯定律 哈斯定律是计算化学反应焓变的常用方法。根据哈斯定律，当化学反应可以分解为多个步骤时，其总焓变等于各个步骤焓变的代数和。 2. 利用反应热效应 反应热效应（Reaction Enthalpy）是指化学反应过程中释放或吸收的热量。通过测量反应热效应，可以计算得到化学反应的形成焓。 三、形成焓的应用
1. 反应能量计算 通过形成焓的计算，可以推导出反应的能量变化。知道反应的能量 变化对于研究反应机理、确定反应的放热或吸热性质具有重要意义。 2. 反应热效应 形成焓与反应热效应之间存在着密切关系。反应热效应可以通过形 成焓之间的差值来计算，帮助研究化学反应的性质和行为。 3. 反应稳定性和燃烧热 形成焓可以用于评估化合物的稳定性。形成焓较低的化合物通常具 有较高的燃烧热，因为它们逐渐转变为更稳定的化合物时释放的能量 较大。 4. 反应速率 形成焓对于理解和预测化学反应速率也具有重要作用。形成焓较高 的反应物通常反应速率较慢，而形成焓较低的反应物反应速率较快。 总结： 形成焓是描述化学反应中能量变化的重要概念，它的计算方法和应 用广泛。通过形成焓的计算和比较，可以了解和预测反应的能量变化、热效应、稳定性和速率等性质。形成焓的研究有助于深入理解化学反 应的本质，推动化学科学的发展。 以上就是关于化学反应的形成焓的文章内容，希望能够满足您的需求。
形成焓为正-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 在化学反应中，形成焓是指在一定条件下物质从其元素状态转变为化合物状态时释放或吸收的能量。形成焓为正则表示在形成化合物时需要吸收能量，而形成焓为负则表示在形成化合物时释放能量。本文将着重探讨形成焓为正的情况，探讨其定义、意义以及影响。形成焓为正的化合物在化学反应中所起的重要作用，对于我们理解化学反应过程、优化反应条件以及合成新材料具有重要意义。通过本文的深入探讨，我们可以更好地理解形成焓为正的化合物在化学反应中的角色和应用。 1.2 文章结构 文章结构部分主要是对整篇文章的结构进行介绍，包括各个章节的内容安排和逻辑顺序。通过文章结构的描述，读者可以更好地了解整篇文章的内容安排和逻辑发展。 在本文中，文章结构分为三个主要部分：引言、正文和结论。 - 引言部分主要介绍了文章所要探讨的主题以及文章的目的。在概述部分，读者可以了解到形成焓的基本概念和背景。而在文章结构部分，阐述了整篇文章的内容和逻辑结构，为读者提供了整个文章的框架。
- 正文部分是整篇文章的核心，主要分为形成焓的定义、形成焓为正的意义和形成焓为正的影响。通过这三个部分的探讨，读者可以深入了解形成焓的概念和作用，以及为什么形成焓为正至关重要。 - 结论部分对整篇文章的内容进行总结和归纳，强调了形成焓为正的重要性，并展望未来研究的方向和潜在的应用价值。结论部分为整篇文章画上了一个完整的句号，让读者在结束时对文章的内容有一个清晰的认识。 通过以上的介绍，读者可以更好地了解整篇文章的结构和内容安排，从而更好地理解形成焓为正的意义和影响。 1.3 目的 "目的"部分的内容是介绍本文探讨形成焓为正的问题的目的。形成焓是描述一个系统在化学反应过程中吸收或释放的能量，而焓为正表示系统在反应过程中吸热释热。本文旨在探讨形成焓为正的意义和影响，并强调其在化学领域中的重要性。通过深入分析形成焓为正的情况，可以更好地理解化学反应的热力学特性，为相关研究和应用提供理论基础。展示形成焓为正的重要性，有助于指导实验和工程设计，并为未来的研究提供方向和启示。因此，本文旨在阐明形成焓为正的概念及其重要性，以促进化学领域的学术交流和深入研究。 2.正文 2.1 形成焓的定义
简述MOFs材料及其几种制备方法 作者：郑浩天朱会荣 来源：《科学与财富》2020年第34期 摘要：本论文简要阐述了金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）及其发展历程，介绍了几种典型的MOFs材料，总结了MOFs材料的几种不同的合成方法，同时也介绍了本课题组对于MOFs材料的一种绿色高效的合成路径。 关键词：金属有机骨架材料;固相法;电化学法;溶剂热法 1. MOFs简介 金属有机骨架（Metal-organic frameworks）也就是常说的MOFs负载材料，是近年来发展迅猛的一种纳米多孔晶体材料。它是由多齿有机配体与过渡金属离子通过一定条件下的配位杂化作用而形成的多维网状结构的晶体1。相对于传统的微孔和介孔材料，MOFs具有更优异的理化性质。例如，规整的孔道结构，更大的比表面积、孔隙率以及可调控的功能化孔道结构。MOFs材料在气体存储吸附、光电学、磁学性能、生物医学、催化等方面具有极大的应用潜能。 2. MOFs发展历程 早在1706年，历史上的第一个金属有机配合物普鲁士蓝的发现开启了MOFs材料研究的大门，1972年，Lude确定了普鲁士蓝的结构，一种三维网状的配位聚合物1-2。随后， A.F.Wells提出结构的概念，奠定了金属有机化合物的基础3。1995年，美国O.M. Yaghi提出了选择适当的刚性有机配体与金属离子构筑微孔材料，这类材料可以吸附客体分子，并且在脱离客体分子后，骨架依然保持稳定4。1999年，香港科技大学的Wiliams课题组合成了具有三维网状结构的HKUST-1材料5。同年，另一具有里程碑意义的MOF-5被Yaghi小组通过对二甲酸和锌离子配位合成。自此，MOFs材料开始在各个领域被研究者们进行了广泛的研究。 下面简要介绍下几种典型的MOFs材料。 （1）类沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs） ZIFs通常是由咪唑配体与Zn或Co等金属离子配位而成的一种类似硅铝分子筛孔道结构的骨架材料，具有结构多样性和易功能化的特点。与其它MOFs材料相比，热稳定性和化学稳定性较为突出6。 （2）MIL-101
铋层状化合物相竞争关系的第一性原理热力学研究 邱锐浩;李永祥;张文清 【摘要】铋层状材料纯相的合成存在着很多困难,阻碍了此类材料的广泛应用.本工作利用第一性原理热力学方法研究了三个经典同源铋层状化合物系列 CaBi2Nb2O9-nNaNbO3、Bi4Ti3O12-nSrTiO3和Bi4Ti3O12-nCaTiO3的不同层数相之间的竞争关系,试图揭示其相稳定性的热力学机制.结合第一性原理计算,建立了相对Gibbs能量与钙钛矿化学势之间的定量关系,并依此来分析不同层数相之间的竞争.分析表明,随着化学势升高,这三个体系中除了两个相外,其他相都能够在某一特定范围内达到最稳定,可以解释实验上观察到的某些样品中的相混合和无序等现象.相竞争演化的温度依赖关系被分成构型熵和振动熵两部分贡献,前者改变了相竞争的关系,而后者仅仅增加低层相的稳定范围. 【期刊名称】《无机材料学报》 【年(卷),期】2014(029)011 【总页数】5页(P1156-1160) 【关键词】铋层状氧化物;第一性原理热力学;相竞争 【作者】邱锐浩;李永祥;张文清 【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海200050;中国科学院大学,北京100049;中国科学院上海硅酸盐研究所,无机功能材料与器件重点实验室,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海200050
【正文语种】中文 【中图分类】O482;TM22 铋层状氧化物Bi2Am-1BmO3m+3是一类十分重要的多功能材料,具有特殊的层状结构和性能调控的多样性,成为铁电随机存储器件、高温压电器件、多铁和铁电光伏等应用的重要候选材料[1-6]。铋层状氧化物的结构通常由若干类钙钛矿层(Am-1BmO3m+1)2-和类萤石层(Bi2O2)2+交替堆叠而成,下标m代表类钙钛矿层数,A指的是立方八面体位置,通常由相对较大的十二配位低价离子占据,而B是八面体中心位置,被相对较小的六配位高价离子占据。铋层状结构的极化方向是在面内,主要沿a轴方向(垂直于生长方向)。人们普遍认为,随着钙钛矿层数增加,极化不断累加,为性能调控提供更多可能性。然而,实验上生长高层数的铋层状纯相十分困难,这严重阻碍了此类材料的应用。Muramatsu等[7]制备了CaBi2Nam- 2NbmO3m+3 (m=2～10)系列样品,XRD分析发现,每个化合物都包含两个或两个以上的相。Chen等[8]在制备的Srm-3Bi4TimO3m+3(m=3、4、5、6)样品中发现了扭曲的原子线。Zurbuchen等[9-10]成功制备了高层相Sr4Bi4Ti7O24和 Sr5Bi4Ti8O27薄膜,根据样品的XRD和HRTEM结果,他们认为样品是纯相,但是其图像放大倍数较低。以上研究结果显示,在一个特定铋层状样品中会出现不同相混合,这似乎是一种普遍现象,它与各相热力学稳定性的不同所导致的相竞争有着密切的关系。随着实验条件的变化,相同系列的不同相成为最稳定相的可能性是不同的,它们之间存在着竞争关系,在一定条件下,某些相热力学稳定,而其他却相对不稳定。而此类复杂化合物的相竞争关系尚未得到充分关注与研究。 早期,Zhang等[11]发展了一套有效的方法用于连接热力学和第一性原理计算,并被成功用于处理多种材料体系的稳定性和相竞争的问题[12-13]。本工作利用第一性
Ag-La系二元化合物结构与电子性能的第一性原理研究 高恩强;张照超;阮海光;黄福祥;陈志谦;王兰兰 【摘要】通过第一性原理方法系统地研究了Ag-La系四种二元化合物的相结构稳定性和电子结构，包括B2-LaAg、LaAg2、La14Ag51和α-LaAg5。结构优化后的平衡态晶体参数及质量密度与实验值相符。结合能表明，随La浓度的增加，化合物的键合强度和稳定性提高。Ag-La系4种二元化合物的生成焓分别为-21．7，-26．8，-22．9，-18．1kJ／mol，与实验值或CALPHAD的理论值相符。电子结构表明这些化合物是导体，其原子间的价键性质是由金属键、离子键和共价键构成，其中：离子键是由Ag原子从La原子中得到电子形成的，共价键是由Ags-p 及Agp-Lad杂化构成的。并且这些化合物的共价键和离子键随着La浓度的增加 而增强，使得Ag-La化合物稳定性提高。 【期刊名称】《重庆理工大学学报》 【年(卷),期】2016(030)008 【总页数】8页(P45-51,68) 【关键词】Ag-La系稀土相电子结构第一性原理 【作者】高恩强;张照超;阮海光;黄福祥;陈志谦;王兰兰 【作者单位】[1]重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆400054;[2]西南大学材料与能源学部,重庆400715 【正文语种】中文 【中图分类】O641
由稀土与银构成的金属间化合物或者合金系化合物在工业应用和固态理论研究上受到广泛关注[1-10]。在早期的研究中，Ag-La系二元化合物中存在LaAg、LaAg2和。McMasters等[11]证实了LaAg3事实上是La14Ag51，并且存在LaAg5相，其中LaAg5具有两种存在形式：低温六方MgZn2类型结构和高温不确定的结构，但确定其结构同CeAg5、PrAg5及YbAg5。低温相α-LaAg5与高温相β-LaAg5间的转变温度还未被确定，大概在770 K[13]。LaAg2(CeCu2型)和 La14Ag51(Gd14Ag51型)的晶体结构由文献[14-15]确定，F.Tambornino详细 研究Gd14Ag51型化合物的晶体结构[7]。Fitzner K.等[16-17]在实验上确定了LaAg与La14Ag51的生成焓。在理论上，Li Zhi等[18]利用相关实验数据建立了Ag-La系热力学模型，所计算的平衡相图与实验数据一致，并利用相图确定了 Ag-La系化合物的形成焓。Coban等[19]运用第一性原理计算了LaAg化合物的 弹性性能和电子结构，表明LaAg的原子间键合以金属键和离子键为主，并呈弱共价键性质，在低的外加压力下，LaAg化合物可以稳定存在，但压力上升到10 GPa后，晶体结构会变得不稳定。文献[8]确定了LaAg5因La原子不同占位方式 导致的弹性力学变化，及压力对晶体结构、弹性性能和电子性能的影响。 直到目前为止，对Ag-La系化合物的物理化学性质研究，无论是实验上还理论上 还是很匮乏。另一方面，为了更深入了解Ag-La系二元化合物则需要更系统的数据。本文将采用第一性原理计算方法，系统地研究Ag-La系二元化合物的晶体结 构和电子结构的关系，包括B2-LaAg、LaAg2、La14Ag51和α-LaAg5。 本文的第一性原理计算由基于密度泛函理论的CASTEP[20-21]执行，使用Vanderbit类型的超软赝势[22]和平面波函数的基组[23]。电子交换-关联能泛函 为广义梯度近似(GGA)perdew-burke-ernzerhof(PBE)形式[24]。总能计算采用自洽迭代法(SCF)，SCF收敛差值为5×10-7 eV/atom。几何优化的截断能设置为350 eV，第一布里渊区k点取样[25]为0.04 eV/10-10m，采用broyden-
高活性铝锂合金的制备及微观结构与水解性能研究 刘姝;孙文强;唐锐;李超;刑威虎;范美强 【摘要】研究了机械球磨法制备的铝锂合金微观结构与水解性能,考察了金属锂含量和其他金属掺杂的影响,并探讨了相关的改善机制及水解机理.结果表明,增加锂含量和其他金属(X:Bi,Sn,Ga和In)掺杂,可明显改善铝合金的水解性能.通过XRD、SEM和水解测试等实验分析,增加锂含量的作用在于:在球磨过程中减小合金粉颗粒尺寸；金属锂水解释放大量的热量和碱性物质LiOH改善铝的水解动力学.其次,掺杂金属X与金属锂形成金属间化合物LiX,LiX与AIX在水中易形成双重腐蚀电池,促进了金属铝的水解动力学.%The microstructure and hydrolysis perfonnance of milled Al-Li alloys were studied. The effects of Li content and other metal additives such as X(X: Bi,Sn,Ga and In) were investigated. The related activation and hydrolysis mechansim were also elaborated. The results show that increasing Li content and metal additives could significantly improve the hydrolysis performance of aluminum. Increasing Li content was helpful to decrease particle size of milled Al-Li alloy and Li hydrolysis generated a lot of heat and LiOH which accelerated Al hydrolysis. The effect of metal additives was the same as that of increasing Ii content. There exist the synergistic catalytic effect of Ii and X as metal Ii combined with X to form LiX intermetallic compound, which acted as initial hydrolysis centers. LiX and A1X could create dual micro-galvanic cells which stimulated electrochemical corrosion of aluminum in water. 【期刊名称】《固体火箭技术》
扩散与固相反应 7-1试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D = Yr 2r 形式 写出其扩散系数（设点阵常数为。）。（式中厂为跃迁自由程；Y 为几何因子；r 为跃迁频率。） 7-2设有一种由等直径的A 、B 原子组成的置换型固溶体。该固溶体具有简单立方的晶 体结构，点阵常数A = 0.3nm ,且A 原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12mm 距离内原 子百分数由0.15增至0.63。又设A 原子跃迁频率r =10-6s -i ,试求每秒内通过单位截面的A 原子数？ 7-3 制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。假如硅片厚度是 0.1cm ,在其中每107个硅原子中含有一个磷原子，而在表面上是涂有每107个硅原子中有 400 个磷原子，计算浓度梯度（a ）每cm 上原子百分数，（b ）每cm 上单位体积的原子百分 数。硅晶格常数为0.5431nm 。 7-4已知MgO 多晶材料中Mg 2+离子本征扩散系数（D ,/和非本征扩散系数（D «x ）由 下式 给出 486000 =0.249exp(— ) RT （a ）分别求出25℃和1000c 时，Mg 2+的（。加）和（。《工 ）。 （b ）试求在Mg Z+的ln D 〜1/T 图中，由非本征扩散转变为本征扩散的转折点温度？ 7-5从7-4题所给出的D 加和D ex 式中求MgO 晶体的肖特基缺陷形成焓。若欲使Mg 2+ 在MgO 中的扩散直至MgO 熔点2800℃时仍是非本征扩散，试求三价杂质离子应有什么样 的 浓度？ 7-6若认为晶界的扩散通道宽度一般为0.5nm ,试证明原子通过晶界扩散和晶格扩散的 D （ D ） D v 。其中d 为晶粒平均直径；D gb 、D v 分别为晶界扩散系数和晶格 Q = - Q 7-7设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为gb 2 v （Qg b 、Q v 分别为晶界扩散与体 积扩 散激活能），试画出ln D 〜1/T 曲线，并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散? 7-8在一种柯肯达尔扩散中，假定（a ）晶体为简单立方结构；（b ）单位体积内原子数 为一常数1023； （c ） A 原子的跃迁频率为1010s -1, B 原子跃迁频率为109s -1； （d ）点阵常数 a = 0.25nm ； （e ）浓度梯度为10个/cm ； （f ）截面面积为0.25cm 2。试求A 、B 原子通过标志 界面的扩散通量以及标志界面移动速度。 7-9 纯固相反应在热力学上有何特点？为什么固相反应有气体或液体参加时,范特荷夫 规则就不适用了？ D in cm 2 , s D ex =1.2 义 10 -5 exp( 一 254500) RT cm2/'s 10-9 （--） 质量之比为 d 扩散系数。
镁-镍储氢合金材料的研究 前言：Mg-Ni合金是最重要的镁系储氢合金之一，对镁镍合金的研究很能代表镁基合金的开展。其中镁是吸氢相，镍是吸氢过程中的催化相，Ni的参加不仅大大地改善了纯Mg 的吸放氢热力学和动力学性能，同时还保持了其吸放氢容量大的优点。它这种优越性已经引起世界各国的广泛研究，并取得一定成果。 一、镁基储氢合金储氢的根本原理 镁系储氢合金具有储氢量高，低本钱，轻质化等优点。在300～400。C和较高的氢压下，镁可与氢气直接反响，反响生成MgH2 。 MgH2在287。C时的分解压为101.3kPa，其理论含氢量〔质量分数〕可达7.65% ，具有金红石构造，性能比拟稳定。由于纯镁吸氢和放氢速率都很慢，而且放氢温度高，因此人们很少用纯镁来存储氢气，而是通过合金化或制成复合材料的方法来改善镁的充放氢性能。 二、镁镍储氢合金〔Mg2Ni〕介绍及性能特点 镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料之一, 近年来已引起世界各国的广泛关注。过渡金属、稀土金属和碱土金属是3类主要考虑的合金化元素。过渡金属中，Ni被认为是最好的合金化元素。因为根据Miedema规那么，储氢合金最好由一个强氢化物形成元素和一个弱氢化物形成元素组成。Ni与氢的结合力较弱，氢化物形成焓低，Mg2Ni 吸氢后形成Mg2NiH4，形成焓为-64．5kJ／mol·H2，较MgH2低。Ni对氢分子具有催化活性，在电化学储氢中，过多的Ni还具有抗阳极氧化的能力。 Mg2Ni氢化后构造发生较大变化，由六方晶胞膨胀并重组为萤石构造的高温相
(>250℃)，而低温相由高温相发生轻微的扭曲形成。一般认为Mg2NiH4是一种配位氢化物，H与低化合价过渡金属Ni组成[NiH4]4-配位体，而电负性较低的Mg原子奉献两个电子以稳定配位体构造。因此H并不是存在于Mg2NiH4晶格的间隙。 镁镍基储氢材料具有以下几个特点: (1)储氢容量很高, Mg2NiH4的含氢质量分数w到达3.6%;(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素, 价格低廉, 资源丰富; (3)吸放氢平台好; (4)无污染. 近年来，对Mg2Ni型合金的性能研究说明，它的理论放电容量接近1000mAh/g，远高于当前主要商用LaNi5型合金(放电容量仅为370mAh/g)。可见，Mg2Ni型合金在Ni —Mg电池的电极材料应用方面将有着巨大的潜力。 三、镁镍储氢合金〔Mg2Ni〕的制备方法 〔1〕高温熔炼法： 这是一种比拟传统的合金制备方法。将几种金属块或金属粉米按化学计量比配合，经熔炼后就可以得到单相或多相金属间化合物。采用熔炼法时必须根据所制各化合物的熔点、蒸气压及与气体的反响，相应地确定所用的热源，调整熔炼保护气氛等。另外，假设使用的金属粉末，熔炼前必须先预压成型及预烧结。熔炼采用的热源可以是电阻加热、高频感应加热、弧光式真空高温熔炼和悬浮熔炼等。由于镁的熔点(923K)和镍金属熔点相差较大，镁蒸汽压高，用传统的熔炉技术很难制备成分均匀的Mg2Ni合金。 (2)置换扩散法 置换扩散法是利用金属镁的化学活泼性设计的一种制备镁基储氢合金的有效方法，这种方法是将镁锉屑溶解在无水NiCl2：或CuBr及枯燥过的二甲基甲酰胺或乙腈中，搅拌2～3小时，通过置换反响，镍或铜平稳地沉积在镁上。然后将所得产物真空枯燥后，放入高温炉中在氢气氛下，于500～580℃保温2—3h进展热扩散使合金均匀化，既可得到灰黑色粉末状Mg2Ni或Mg2Cu。反响按下式进展：
《无机材料科学基础》 习题和思考题 第一章晶体 1.球体按立方最紧密堆积方式堆积，取出立方晶胞，画出立方晶胞中的四面体空隙和八面体空隙的位置分布图。 2.用鲍林规则分析氧化镁晶体结构。已知镁离子半径为0.65Å，氧离子半径为1.40Å。 （1）确定晶胞中质点的位置坐标； （2）计算每个晶胞中含氧化镁“分子”数， （3）已知晶胞常数a=4.20 Å，求氧化镁堆积系数和密度， （4）氧化镁晶体中最邻近的两个镁离子中心距为多少？次邻近的两个镁离子中心距为多少？最邻近和次邻近的两个氧离子中心距为多少？ （5）画出氧化镁晶胞的（111）、（110）、（100）面的质点分布图并在图上标出氧离子的密排方向，求个面的面密度。 3．已知纤锌矿结构中存在两套硫离子和两套锌离子的六方底心格子，并已知锌离子填充在硫离子最紧密堆积体的四面体空隙中，现以一套硫离子的等同点为基准取六方晶胞，画出晶胞中的质点分布图，计算晶胞中所含式量分子数。
4．完成下表
5. 六方最紧密堆积与四方最紧密堆积的堆积密度相同，为什么许多氧化物是以氧离子的立方最紧密堆积为基础，而较少以六方最紧密堆积为基础？ 6. 用鲍林规则分析镁橄榄石的结构： P48 图2-18 （1）标记为50的Mg2+与哪几个氧离子配位形成[MgO6]八面体？写出O2+的标高； （2）标记为25的两个O2+与哪几个镁离子配位？写出Mg2+离子的标高； （3）标记为75的O2+离子与哪几个镁离子配位？写出Mg2+离子的标高； （4）标记为0和50的两个Mg2+的[MgO6] 八面体共用几个顶点？写出O2+的标高； （5）[SiO4] 和 [MgO6] 之间、[MgO6]和[MgO6] 八面体之间有那些连接方式？ （6）镁橄榄石的晶胞是什么形状？计算晶胞中含有的式量分子数。