甘肃农业大学：《普通化学》课程教学资源（教学过程设计）第四章热力学基础第三节焓、热化学.doc_大学文库

教学过程批注一.导入新课(3~5分钟) 采用承上启下的方法引出所要讲的内容。二讲授新内容(90分钟) 第三节焓、热化学 4.3.1焓和焓变(Enthalpy&enthalpy changes))对于封闭系统，在等容过程中， △V=0,W=0 板书标题 Q=△U,Q为恒容反应热 ·一设疑提问表示一封闭体系在不做有用功（其它功）的等容过程中，体系所吸收的热在数值上等板书概念。于该体系内能的改变量。封闭体系只作体积功的等压过程，即W=0,p1=P2=P, 表述时语速慢，重复强调内能根据热力学第一定律，则是状态函数。 △U=Q+W=Q-p△V 等压热Q=△U-p△=(Uh-U)-p:(?-) =(U+p22)-(U+p1) Q表示等压过程所传递的热，叫做等压热效应，下标“p”表示等压过程。Up V都是体系的状态函数，它们的组合(U+p也一定是体系的状态函数，为此热力学一一板书上将(U+PV)定义为一个新的状态函数，称为焓，用H表示。 H=U+pV Qp=h-H=△H 因目前还不能测定出体系内能U的绝对值，所以也不能确定焓的绝对值，焓具有能量的单位。当封闭体系在不做其它功的等压过程中，体系所吸收的热在数值上等于该体系焓的改变量。因此，人们通常用△H表示等压过程的熔化热、气化热、反应热。规定：当化学反应的△H>0,表示等压条件下体系从环境吸热，此类反应为吸热反应。当化学反应的△<0，表示等压条件下体系向环境放热，此类反应为放热反应。一板书 4.3.2Qp与Qy的关系 (1)反应进度()。所谓反应进度是一个衡量化学反应进行程度的物理量。对于任一化学反应 aA +bB=dD+eE 当反应进行后，某一参与反应的物质的量从始态的1变到终态的2，则我们说该一一板书反应的反应进度为 5=2-=4m 一一板书式中，v为该物质的化学计量数，va=-a,%=-b,%=d,E=e,其量纲为1，对于产物为正值，对于反应物为负值。这与在化学反应中反应物的减少和产物的增加一致。反应进度：的量纲是mol。飞值可以是正整数、正分数、也可以是零。飞=0mol表示开始时刻的反应进度，ξ=lmol的物理意义是有amol的反应物A和bmol的反应物B 完全参加反应，生成产物dmol的D和emol的E。反应进度E的数值与反应式的写法有关。在普通化学中，已知反应的等压热效应即为反应的焓变△H,与参加反应的物质量有关，即与反应进度E有关 △H=5·△，Hm 举例说明：反应

教学过程批注一．导入新课（3～5 分钟）采用承上启下的方法引出所要讲的内容。二讲授新内容（90 分钟）第三节焓、热化学 4.3.1 焓和焓变 (Enthalpy & enthalpy changes)对于封闭系统，在等容过程中， △V=0，W=0 Qv=△U，QV 为恒容反应热表示一封闭体系在不做有用功（其它功）的等容过程中，体系所吸收的热在数值上等于该体系内能的改变量。封闭体系只作体积功的等压过程，即 Wˊ =0，p 1= p 2= pe，根据热力学第一定律，则 ΔU= Q+W= Q－peΔV 等压热 QP=ΔU－peΔV=（U2－U1）－ pe（V2－V1） =（U2 + p2 V2）－（U1+ p 1 V1） QP表示等压过程所传递的热，叫做等压热效应，下标“p”表示等压过程。U、p、 V 都是体系的状态函数，它们的组合（U+pV）也一定是体系的状态函数，为此热力学上将（U + pV）定义为一个新的状态函数，称为焓，用 H 表示。 H = U+ pV QP = H2－H1=ΔH 因目前还不能测定出体系内能 U 的绝对值，所以也不能确定焓的绝对值，焓具有能量的单位。当封闭体系在不做其它功的等压过程中，体系所吸收的热在数值上等于该体系焓的改变量。因此，人们通常用ΔH 表示等压过程的熔化热、气化热、反应热。规定：当化学反应的ΔH >0，表示等压条件下体系从环境吸热，此类反应为吸热反应。当化学反应的ΔH<0，表示等压条件下体系向环境放热，此类反应为放热反应。 4．3．2 Qp 与 Qv 的关系 (1) 反应进度(ξ)。所谓反应进度是一个衡量化学反应进行程度的物理量。对于任一化学反应 a A + b B d D + e E 当反应进行后，某一参与反应的物质的量从始态的 n1 变到终态的 n2，则我们说该反应的反应进度为 ν Δn ν n n 2 1 = −  = 式中,ν 为该物质的化学计量数，νA=-a, νB =-b, νD =d，νE =e，其量纲为 1，对于产物为正值，对于反应物为负值。这与在化学反应中反应物的减少和产物的增加一致。反应进度 ξ 的量纲是 mol。ξ 值可以是正整数、正分数、也可以是零。ξ=0 mol 表示开始时刻的反应进度，ξ =1mol 的物理意义是有 a mol 的反应物 A 和 b mol 的反应物 B 完全参加反应，生成产物 d mol 的 D 和 e mol 的 E。反应进度 ξ 的数值与反应式的写法有关。在普通化学中，已知反应的等压热效应即为反应的焓变 ΔrH ，与参加反应的物质量有关，即与反应进度 ξ 有关 H rHm =  • Δr —―板书标题 ――设疑提问 ――板书概念。表述时语速慢，重复强调内能是状态函数。 ――板书 ――板书 ――板书 ――板书举例说明：反应

教学过程批注 △H表示反应的摩尔焓变。下标m表示反应进度ξ=lmol:下标r表示反应， 2H(g+O.(g)= 2H20(g)反应若是生成反应，则用f为下标。△H的单位是Jmo或kJmo,而△H的单位进度ξ=lmol则表示2mol的是J或k,二者是不同的。 Hz(g)和1mol的 (2)Q如与Qy的关系。如果一化学反应在反应前后物质的量有变化，特别是在有 0(g)完全反气体物质参加的情况下，反应热的大小与反应是在等压下进行或是等容下进行有应，生成2mol 关。的HO(g。反 △H=H2-H=(U2+p2V2)-(U1+p1V1) 应在等压下此式可以写成 1 △H=U2-U1+p(W2-V) H-0:) =△U+pAV =HO(g)反应进度ξ=mol 当反应物和产物都处于固态和液态时，反应的△V值很小，P△V≈O,所以则表示lmol的 △H≈△U,Qp≈Qw H(g)和1/2 当反应体系中有气体出现，△V值往往较大，假如把反应体系中气体看作是理想 mol的0z(g)完气体全反应，生成则 △H=△U+△n(g)RT 1mol 的式中△n(g)是反应前后气体的物质的量之差。一个反应的Qp与Qr的关系可写作 H,O(g)。由此可 Qp=Qy+△n(g)RT 见在使用反应当反应进度飞=lmol时，则有进度概念时，必 Qp.m=Qv,m+△v(g)RT 须与具体的反应式相对应。 △，Hm=A,Um+△v(g)RT 4.3.3热化学方程式表示化学反应和热效应关系的化学方程式称为热化学方程式。如方程式2H2(g+02(g)一2H20(g,△H9(298K)=-483.64kJmo 为了研究的方便，热力学中给物质规定了一个标准状态。气体物质的标准状态，是在指定温度T,压力为标准压力p下的气体状态：纯液体或纯固体的标准状态是指在指定温度T,处于标准压力p下的纯液体或纯固体的状态：溶液中溶质B的标准态，是指在指定温度T,压力为标准压力，溶质的物质的量浓度为标准浓度ce(1modm3) 的状态。若在指定温度下各物种（包括反应物和产物）均处于标准状态，则称反应在标准状态下进行。标准状态没有特定温度，随着温度的变化物质可有无数个标准状态。由于化学反应的热效应与反应进行的温度、压力以及反应物和产物的聚集状态及物质的量等有关，所以书写热化学方程式时要注意以下几个问题。 (1)书写热化学方程式时，应注明反应温度和压力，如果反应发生在298K和 101.325kPa下，习惯上不注明。 (2)在热化学方程式中必须标出有关物质的聚集状态（包括晶型）。通常用g、1和s 分别表示气、液和固态，aq表示水溶液。 (3)同一反应，当热化学反应方程式书写不同时，则参加反应的物质的计量系数不同，其热效应的数值也不同。例如：

教学过程批注 ΔrHm 表示反应的摩尔焓变。下标 m 表示反应进度 ξ =1mol ；下标 r 表示反应，若是生成反应，则用 f 为下标。 ΔrHm 的单位是 J·mol-1 或 kJ·mol-1，而 ΔrH 的单位是 J 或 kJ，二者是不同的。（2）QP与 QV 的关系。如果一化学反应在反应前后物质的量有变化，特别是在有气体物质参加的情况下，反应热的大小与反应是在等压下进行或是等容下进行有关。 ΔH = H2－H1 =（U2 + p2 V2）－（U1 + p 1 V1）在等压下此式可以写成 U p V H U U p V V = Δ + Δ Δ = + ( ) 2－ 1 2－ 1 当反应物和产物都处于固态和液态时，反应的 V 值很小，p V ≈0，所以 ΔH ≈ΔU ， QP ≈QV 当反应体系中有气体出现，△V 值往往较大，假如把反应体系中气体看作是理想气体则 ΔH =ΔU +Δn (g) RT 式中Δn (g)是反应前后气体的物质的量之差。一个反应的 QP 与 QV 的关系可写作 QP＝QV + Δn (g)RT 当反应进度 ξ =1mol 时，则有 QP，m = QV，m + Δν(g) RT rHm = rUm + Δν(g) RT 4．3．3 热化学方程式表示化学反应和热效应关系的化学方程式称为热化学方程式。如方程式 2 H2(g)+ O2(g) ══2 H2O (g)，Δr θ Hm （298K）= -483.64kJ∙mol-1 为了研究的方便，热力学中给物质规定了一个标准状态。气体物质的标准状态，是在指定温度 T，压力为标准压力 p θ下的气体状态；纯液体或纯固体的标准状态是指在指定温度 T，处于标准压力 p θ下的纯液体或纯固体的状态；溶液中溶质 B 的标准态，是指在指定温度 T，压力为标准压力，溶质的物质的量浓度为标准浓度 c θ(1mol∙dm-3 ) 的状态。若在指定温度下各物种（包括反应物和产物）均处于标准状态，则称反应在标准状态下进行。标准状态没有特定温度，随着温度的变化物质可有无数个标准状态。由于化学反应的热效应与反应进行的温度、压力以及反应物和产物的聚集状态及物质的量等有关，所以书写热化学方程式时要注意以下几个问题。 (1) 书写热化学方程式时，应注明反应温度和压力，如果反应发生在 298K 和 101.325kPa 下，习惯上不注明。（2）在热化学方程式中必须标出有关物质的聚集状态(包括晶型)。通常用 g、1 和 s 分别表示气、液和固态，aq 表示水溶液。 (3) 同一反应，当热化学反应方程式书写不同时，则参加反应的物质的计量系数不同，其热效应的数值也不同。例如： 2H2(g)+O2(g)═ 2H2O(g) 反应进度 ξ =1mol则表示 2mol 的 H2(g)和 1mol的 O2(g) 完全反应，生成 2mol 的 H2O(g)。反应 H2(g)+ 2 1 O2(g) ══ H2O(g) 反应进度 ξ =1mol 则表示 1mol 的 H2(g) 和 1 ／ 2 mol 的 O2(g)完全反应，生成 1mol 的 H2O(g)。由此可见在使用反应进度概念时，必须与具体的反应式相对应

教学过程批注 2H(g)+02(g)=2H0(g)△H9=-483.64kJ·mol (g叶70g)=比0(g)4H9=-24182W:mm (4)正、逆反应的热效应的绝对值相同，符号相反。例如： Eg片7p=o0 △H9=-285.84kJ.mol 1 H00—H(g)+二O2(g)△H=285.84kJ.mol 2 4.3.4化学反应热效应的计算 (1)盖斯(Hess)定律及其应用。盖斯根据大量已知的反应热数据于1840年提出一条定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，这个过程的热效应是相同的。也就是说，若一个化学反应可分为几步进行，则各分步反应的反应热的代数和与一步完成时的反应热相同，这个规律叫做盖斯定律。它是热化学中最基本的定律。利用该定律可从一些已经准确测定的反应热去计算难以测定或不能测定的反应热。在使用盖斯定律时应注意，若该化学反应是在等压（或等容）下一步完成，则分步完成时，各步也应在等压（或等容）下进行。 (2)标准摩尔生成焓法盖斯定律及其应用避免了用实验方法直接测量某些化学反应热效应的困难，但需要知道许多反应的热效应，要将反应分解成几个已知的反应，有时这是很不方便的。我们知道等温等压下化学反应热效应等于产物焓的总和与反应物焓的总和之差，即 △，H∑y,H产物)一∑yH(反应物) 如果知道反应中各物质在各种条件下焓的绝对值，就能计算在该反应条件下的反应焓变。规定：在标准状态下，元素的最稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。把在标准状态下由最稳定单质生成lol某物质时的标准摩尔焓变称为该物质在温度T时的标准摩尔生成焓，以△H(T表示。而298.15K时的标准摩尔生成焓简写为△H。所谓最稳定单质，是指该元素在反应温度和标准压力下最稳定状态。例如，在该条件下，氢元素的稳定单质是H(g),碳元素的稳定单质是石墨，氟、氯、溴、碘四种元素的稳定单质分别是F2(g、C(g、Br2()、2(S)。三小结(3~5分钟) 1焓是状态函数，只与起态和终态有关，而与过程无关： 2焓就是指焓变，其等于等压热： 3Qr与Qv的关系； 4化学反应热的计算方法，热力学的标准状态。四布置作业：附：板书设计：

教学过程批注 2 H2(g)+ O2(g) ══ 2H2O(g) Δr θ Hm = -483.64 kJ·mol-1 H2(g)+ 2 1 O2 (g) ══ H2O (g) Δr θ Hm = -241.82 kJ·mol-1 (4) 正、逆反应的热效应的绝对值相同，符号相反。例如： H2(g)+ 2 1 O2 (g) ══ H2O (l) Δr θ Hm = -285.84 kJ·mol-1 H2O(l) ══ H2(g) + 2 1 O2(g) Δr θ Hm = 285.84 kJ·mol-1 4．3．4 化学反应热效应的计算（1）盖斯（Hess）定律及其应用。盖斯根据大量已知的反应热数据于 1840 年提出一条定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，这个过程的热效应是相同的。也就是说，若一个化学反应可分为几步进行，则各分步反应的反应热的代数和与一步完成时的反应热相同，这个规律叫做盖斯定律。它是热化学中最基本的定律。利用该定律可从一些已经准确测定的反应热去计算难以测定或不能测定的反应热。在使用盖斯定律时应注意，若该化学反应是在等压（或等容）下一步完成，则分步完成时，各步也应在等压（或等容）下进行。（2）标准摩尔生成焓法盖斯定律及其应用避免了用实验方法直接测量某些化学反应热效应的困难，但需要知道许多反应的热效应，要将反应分解成几个已知的反应，有时这是很不方便的。我们知道等温等压下化学反应热效应等于产物焓的总和与反应物焓的总和之差，即 ΔrH = ( ) j jH 产物j － i iH(反应物i）如果知道反应中各物质在各种条件下焓的绝对值，就能计算在该反应条件下的反应焓变。规定：在标准状态下，元素的最稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。把在标准状态下由最稳定单质生成 1mol 某物质时的标准摩尔焓变称为该物质在温度 T 时的标准摩尔生成焓，以 Δf θ Hm (T)表示。而 298.15K 时的标准摩尔生成焓简写为 Δf θ Hm 。所谓最稳定单质，是指该元素在反应温度和标准压力 p θ下最稳定状态。例如，在该条件下，氢元素的稳定单质是 H2(g)，碳元素的稳定单质是石墨，氟、氯、溴、碘四种元素的稳定单质分别是 F2(g)、Cl2(g)、Br2 (l)、I2 (s)。三小结（3～5 分钟） 1 焓是状态函数，只与起态和终态有关，而与过程无关； 2 焓就是指焓变，其等于等压热； 3 QP与 QV 的关系； 4 化学反应热的计算方法，热力学的标准状态。四布置作业：附：板书设计：

甘肃农业大学：《普通化学》课程教学资源（教学过程设计）第四章 热力学基础 第三节 焓、热化学

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