北京大学：《大学化学》第3章 化学热力学

第3章化学反应的方向和化学热力学 (能源化学 实验:(NH小Crn2O的热分解,自发的放热反应 1.化学反应中伴随热效应,放热或吸热 2.化学反应的方向性,自发或非自发,进行的程度 H2+O2—>H2O 自发(需要活化能) H2O—>H2+O2非自发 Na+Cl2—)NaCl 自发 Nacl-> Na+Cl2非自发 (NH42Cr2O的热分解自发(需要活化能)

第3章 化学反应的方向和化学热力学 (能源化学) 实验：(NH4 )2Cr2O7的热分解, 自发的放热反应 1. 化学反应中伴随热效应，放热或吸热 2. 化学反应的方向性，自发或非自发，进行的程度 H2+O2 ⎯→ H2O 自发 （需要活化能） H2O ⎯→ H2+O2 非自发 Na+Cl2 ⎯→ NaCl 自发 NaCl ⎯→ Na+Cl2 非自发 (NH4 )2Cr2O7的热分解 自发（需要活化能）

(一)热力学第一定律(能量守恒定律)和热 化学定律 Chemistry and You I EXothermic Endothermic Hand Warmers and Cold Racks 4Fe()302(9 2Fg03(大 转0x(aqa 热包(放热 exothermic)冷包(吸热 endothermic) 化学能和热能的转化

热包(放热exothermic) 冷包(吸热endothermic) 化学能和热能的转化 (一) 热力学第一定律（能量守恒定律）和热 化学定律

能量守恒定律(内能、热效应和功的关系) △U=Q+W 体系内能的变化,等于环境给体系的的热量和环境对体系作的功 1.定义状态函数焓H( enthalpy) H=U+PV在恒压过程中,只作膨胀功,Qn=△H Q=△H=△U+P△ △U+△nRT,或Q=△H=Q、+△nRT 在恒容过程中,P△V=w=0,若无其他功,△U=Q 反应热的测量:弹式量热器中进行,由△tC恻出恒容热效应Q Chapt. 6. 13 The first law of thermodynamics

能量守恒定律（内能、热效应和功的关系） U=Q+W 体系内能的变化，等于环境给体系的的热量和环境对体系作的功 1. 定义状态函数焓H（enthalpy) H=U+PV 在恒压过程中，只作膨胀功，Qp = H Qp = H= U+ PV = U+ nRT ， 或 Qp = H= Qv + nRT 在恒容过程中，PV=W=0，若无其他功，U=Qv 反应热的测量：弹式量热器中进行，由tC 恻出恒容热效应Qv Chapt.6.13 The first law of thermodynamics

turret e Perumtel :ult」 outside Container wa ter STEr bonE Sample dish tP白 container 弹式量热器

弹式量热器

H2(g)+1202(g) H20(g) △H= 286kJ Exothermic H20(liq AAm(h2O()=-286kJ mol 注意符号 AAme(H2o(g)=-242KJ mol-I 计算:水的汽化热是多少?(44kJ.mol-)

fHm (H2O(l))= –286kJ.mol –1 fHm (H2O(g))= – 242kJ.mol –1 计算: 水的汽化热是多少? (44kJ.mol –1 ) 注意符号!

2.盖斯定律( Hess's law)—热化学定律:反应热加和定律 U,H为状态函数,与路径无关 S(s)+3/20dg)+H20e △H1=-2968kJ S0g)+202g)+H0 △H2=c989kJ SO3(g)+H20(e) △H。=-5282kJ H2S04 △Hn(H2SO4)=△H1+△H2+△H3296.89895282=9239kmo1

2. 盖斯定律（Hess’s Law) — 热化学定律：反应热加和定律 U, H为状态函数，与路径无关 fHm(H2SO4 ) = H1+ H2+ H3=-296.8-98.9-528.2=-923.9kJ.mol-1

CuO(s) Co(g) △H1 △H △H CuS)-△CuOs) C(s) CO2(g) △H △H=△H1+△H 例如:求C(s)+12O2(g)—CO(g)(1)的△H C()+02(g)->c02(g) AH=-394kJ mol -(2) CO(g)+1/202(g)CO2(g)△H2=-283 Bk. mol1(3) (1)=(2)-(3) △H1=△H-△H2=-394-(-283)=-11 k. mol-1

H H H2 1    CO(g) CO2 C (g) Cu(s) (s) CuO(s) Cu2O(s)    H1 H2 H H= H1+ H2 例如：求C（s）+1/2O2（g） ⎯→CO（g） （1） 的H1 ————————————————————————————— C（s）+ O2（g） ⎯→CO2（g） H= –394kJ.mol –1 （2） CO（g） +1/2O2（g） ⎯→CO2（g） H2= – 283kJ.mol –1 （3） （1）=（2） – （3）= H1 =H –H2= –394 –(– 283)= – 111kJ.mol –1

3.标准生成焓:在标准状态298K时,由稳定单质生成 lmo化合物的焓变,△Hn2 例如: CO2(g) AHm=-394 kJ mol- C(s)+O2(g)->CO2g) H2O(g) Ad me=-242 KJ mol- H2(g)+1/202(g)->H2O(g) H2O()△Hm。=-285.8 k. mol

3. 标准生成焓：在标准状态298K时，由稳定单质生成 1mol 化合物的焓变，fHm  例如： CO2 (g) fHm  = – 394 kJ.mol –1 C(s) +O2 (g) ⎯→CO2 (g) H2O (g) fHm  = – 242 kJ.mol –1 H2 (g) +1/2O2 (g) ⎯→H2O(g) H2O (l) fHm  = – 285.8 kJ.mol –1

部分化合物的标准生成焓△H29Mmol1 Agl(s) 61.84 Cao(s) 63509 -A2O3(s) 1676 CaCO3(s) 11029 Fe2O3(s) 824 C2H2g 226.75 SiO2(s) 910.94 NO2(g) +33.2 NaCl(s) 411.15 O2(g) 0

部分化合物的标准生成焓fHm  /kJ.mol –1 AgI(s) – 61.84 CaO (s) –635.09 −AI2O3 (s) – 1676 CaCO3 (s) – 1102.9 Fe2O3 (s) – 824 C2H2 (g) +226.75 SiO2 (s) – 910.94 NO2 (g) +33.2 NaCl(s) – 411.15 O2 (g) 0

例1.铝热法焊接铁铸件 Fe2O3(S)+2A(s)—>A2O3(s)+2Fe(s) △H2(总反应)=∑△Hn(生成物)2△Hm(反应物) =(1676)-(-824)=852kmol1,放热反应 例2用石灰石烧石灰 CaCO3(S)->CaO(s)+CO2(g) △Hn°(总反应)=(-635.09)+(-39551)-(-12069) =+176.3 k. mol-1,吸热反应

例1. 铝热法焊接铁铸件 Fe2O3 (s) +2Al(s) ⎯→AI2O3 (s) +2Fe(s) Hm  (总反应）= fHm （生成物）-fHm （反应物） =(-1676) -(-824)=-852 kJ.mol –1 ， 放热反应 例2. 用石灰石烧石灰 CaCO3 (s) ⎯→CaO(s) +CO2（g） Hm  (总反应）= (-635.09)+(-395.51) -(-1206.9) =+176.3 kJ.mol –1 ，吸热反应