第二章化学反应中物质的量和热量的变化 2.1物质的量 化学中,规定用“物质的理”来表示某物质的数量,其单位是摩尔(mo)。1摩尔物质表示 有6023X1023个该物质的粒子(例如分子、原子、离子或一些“特定”的粒子)。就是阿佛加 德罗常数。1摩尔某物质的质量称为该物质的摩尔质量M(单位为g·mol)。按此定义,物质 的摩尔质量在数值上等于该物质的相对分子质量。 因此B物质的物质的量n=WB(gM(g·mo);式中WB表示B物质的质量,以克为单位。 n(H2SO4)=10.0g)980(g.mol)=0.102mol;m(1/2HSO4)=100(g)/490g·mol)=0204mol 物质的量必须注明其“粒子”的符号,才有真实的含义。 22反应进度〔) 定义:克赛 对于反应:2N2O=4NO2+O2 作一变换:0=4NO2+O2-2N2O 有:=△nB/va △nB:物质的量的变化值 v:为计量系数,w(NO2)=+4, v(NO2)=+1 v(N2O5)=-2 如上述反应式,若消耗了0.2moN2O5,则生成04moNO2的和0.1molO 0.2/-2=0.44=0.l/1=0.1mol 用不同的物质的变化计算的反应进度都是一样的,但ξ的数值与反应方程式写法有关。 如上例,若写成: N2O5=2NO2+0.502 0.2/-1=0.4/2=0.1/0.5=0.2mol 例2-1:50mlC(H2SO4)=0.20moL恰能与40 mINaoh溶液完全中和,求NaOH的浓度? 解:反应方程式为:H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O 0.20×50/-1=-C(NaOH)×40/-2 c(naoh) =0.50mol/L 23化学反应的焓变 系统、环境、相 系统:当以一定种类和质量的物质所组成的整体作为研究对象时,这个整体就称为系统。 环境:系统以外的一切称为该系统的环境 相:系统中任何具有相同的物理性质和相同化学性质的均匀部分称为相。相与相之间存在 明显的界面。所有气体都是一个相。均匀的液体是一个相 化学反应热和焓变
1 第二章 化学反应中物质的量和热量的变化 2.1 物质的量 化学中，规定用“物质的理”来表示某物质的数量，其单位是摩尔(mol)。1 摩尔物质表示 有 6.023X1023 个该物质的粒子（例如分子、原子、离子或一些“特定”的粒子）。就是阿佛加 德罗常数。1 摩尔某物质的质量称为该物质的摩尔质量 M（单位为 g﹒mol-1）。按此定义，物质 的摩尔质量在数值上等于该物质的相对分子质量。 因此 B 物质的物质的量 nB=WB(g)/M(g﹒mol-1 )；式中 WB表示 B 物质的质量，以克为单位。 n(H2SO4)=10.0(g)/98.0(g﹒mol-1 )=0.102mol；n(1/2H2SO4)=10.0(g)/49.0(g﹒mol-1 )=0.204mol。 物质的量必须注明其“粒子”的符号，才有真实的含义。 2.2 反应进度（ξ） 定义：克赛 对于反应：2N2O5 = 4NO2 + O2 作一变换：0 = 4NO2 + O2-2N2O5， 有：ξ = ΔnB/νB ΔnB：物质的量的变化值 νB：为计量系数，νB（NO2）= +4， νB（NO2）= +1， νB（N2O5）= -2 如上述反应式，若消耗了 0.2molN2O5，则生成 0.4molNO2 的和 0.1molO2。 ξ= - 0.2/-2 = 0.4/4 = 0.1/1 = 0.1 mol ∴用不同的物质的变化计算的反应进度都是一样的，但 ξ 的数值与反应方程式写法有关。 如上例，若写成： N2O5 = 2NO2 + 0.5O2， 则：ξ = - 0.2/-1 = 0.4/2 = 0.1/0.5 = 0.2 mol 例 2-1：50ml C（H2SO4）=0.20mol/L 恰能与 40mlNaOH 溶液完全中和，求 NaOH 的浓度？ 解：反应方程式为：H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O ξ= - 0.20× 50/-1 = - C（NaOH）×40/-2 ∴C（NaOH） = …… = 0.50 mol/L 2.3 化学反应的焓变 一、系统、环境、相 系统：当以一定种类和质量的物质所组成的整体作为研究对象时，这个整体就称为系统。 环境：系统以外的一切称为该系统的环境。 相：系统中任何具有相同的物理性质和相同化学性质的均匀部分称为相。相与相之间存在 明显的界面。所有气体都是一个相。均匀的液体是一个相。 二、化学反应热和焓变
化学反应的实质是化学键的重组。键的断裂和生成过程会有能量变化,能量变化常以热能 的形式表现。键的断裂需吸收热量:而键的生成会放出热量。 当体系发生了变化以后,使反应产物的温度回到反应前原始物质的温度,体系放出或吸收 的热,叫做这个过程的热效应或反应热。不同的过程有不同的热效应,如Q表示但容热效应, QP表示恒压热效应,大多数化学反应都在敞开容器即恒压下进行,因此我们一般指的热效应 如不标明,即为恒压热效应。恒压摩尔反应热等于摩尔反应焓变(△Hm)。 般的反应常在恒压条件下进行。 这里的恒压条件是因为反应在敞口容器中进行,反应体系与外界压力(大气压)相等 化学热力学:QP或△Hm0吸热反应 1标准摩尔反应焓变 不同条件下测量的摩尔反应焓变△Hm往往不同。为了便于不同反应的焓变值的比较和运 算,需规定一个统一条件。 合成氨反应的热化学方程式:N2(g)+3H2(g)=2NH3;△Hm(29815K)=-922KJ.mol1 △H符号上有四个标志: r表示进行化学反应,它是 reaction的缩写 m表示按该反应方程式进行反应,其反应进度为lmol (29815K)表示反应系统的始态和终态的温度为298.15K θ表示反应系统中各物质都处于标准状态。即:规定气体的标准态p是各气体分压为 101325Pa,且所有气体都具有理想气体的性质:溶液的标准状态是指该溶质的浓度c"=lmol L;液体或固体的标准状态101325Pa下的纯净液体或固体 △Hm(298.15K)意义是在298.15K温度下的标准摩尔反应焓变。在没有标明温度时,一般 也指温度为2981K 注意:①△Hm与化学计量数有关; ②需注明物质的聚集状态。 2.物质的标准摩尔生成焓(生成热) 规定在热力学标准态条件下,由指定的稳定单质生成1mol纯物质的反应焓变称为该物质 的标准摩尔生成焓。以△Hm°来表示,“f”表示“生成”( formation)的意思。例如: H2(g)+1/202(g)=H2O():AdHm-285.83KJ. mol 按定义,指定的稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。各种化合物的△Hm在化学手册中可 以查到。本书附录中列出了一些常见化合物的△H。利用这些△Hm°值就可以计算一般化学 反应的△Hn0。即标准状态下的恒压反应热 △Hn0=∑UB△Hm"B)(2-5) 例22利用29815K时有关物质的数据,求下列反应在29815K的 △ m, 4NH3(g) 5O2(g)=4NO(g)+6H2O(1)
2 化学反应的实质是化学键的重组。键的断裂和生成过程会有能量变化，能量变化常以热能 的形式表现。键的断裂需吸收热量；而键的生成会放出热量。 当体系发生了变化以后，使反应产物的温度回到反应前原始物质的温度，体系放出或吸收 的热，叫做这个过程的热效应或反应热。不同的过程有不同的热效应，如 QV 表示但容热效应， QP表示恒压热效应，大多数化学反应都在敞开容器即恒压下进行，因此我们一般指的热效应， 如不标明，即为恒压热效应。恒压摩尔反应热等于摩尔反应焓变（△rHm）。 一般的反应常在恒压条件下进行。 这里的恒压条件是因为反应在敞口容器中进行，反应体系与外界压力（大气压）相等。 化学热力学：QP或△rHm＜0 放热反应 QP或△rHm＞0 吸热反应 1.标准摩尔反应焓变 不同条件下测量的摩尔反应焓变△rHm 往往不同。为了便于不同反应的焓变值的比较和运 算，需规定一个统一条件。 合成氨反应的热化学方程式：N2(g)+3H2(g)=2NH3；△rHm θ (298.15K)= -92.2KJ﹒mol-1 △H 符号上有四个标志： r 表示进行化学反应，它是 reaction 的缩写； m 表示按该反应方程式进行反应，其反应进度为 1mol； （298.15K）表示反应系统的始态和终态的温度为 298.15K； θ 表示反应系统中各物质都处于标准状态。即：规定气体的标准态 p θ 是各气体分压为 101325Pa，且所有气体都具有理想气体的性质；溶液的标准状态是指该溶质的浓度 c θ=1mol﹒ L -1；液体或固体的标准状态 101325Pa 下的纯净液体或固体。 △rHm θ (298.15K)意义是在 298.15K 温度下的标准摩尔反应焓变。在没有标明温度时，一般 也指温度为 298.15K。 注意：①△rHm θ与化学计量数有关； ②需注明物质的聚集状态。 2.物质的标准摩尔生成焓（生成热） 规定在热力学标准态条件下，由指定的稳定单质生成 1mol 纯物质的反应焓变称为该物质 的标准摩尔生成焓。以△fHm θ来表示，“f”表示“生成”（formation）的意思。例如： H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)；△fHm θ= -285.83KJ﹒mol-1 按定义，指定的稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。各种化合物的△fHm θ 在化学手册中可 以查到。本书附录中列出了一些常见化合物的△fHm θ。利用这些△fHm θ 值就可以计算一般化学 反应的△rHm θ。即标准状态下的恒压反应热。 △rHm θ＝∑υB△fHm θ (B) （2－5） 例 2-2：利用 298.15K 时有关物质的 数据，求下列反应在 298.15K 的 ，4NH3（g） +5O2（g）=4NO（g）+6H2O（1）
查书末附表得到2955K时:(P361) (NH3, g)=46.1lkJ- mol- 潜(NO,g)=90.25 KJ-mol-l R (H2O. 1)=-285.83kJ-mol-I △;(O28)的值规定为零。 ∴按(5-9)式有: △rFB4△,H (H2O)-4×(NH3,g)=4×90.25kmo4+6 (-285.83) k]. mol-l-4×(-46.11)kJmo=1169.54 kJ- mol1 由于温度对产物和反应物的,F”影响相近,可以似认为:2yBr=41(29815) 3黑斯(Hess定律 实验证明:不管化学反应是一步完成或分步完成,这个过程的热效应总是相同的,这就是 盖斯定律。换言之,化学反应的热效应,只决定于反应物的始态和生成物的终态,而与过程的 途径无关。对于恒压过程的化学反应,黑斯定律可表述为:化学反应的焓变,决定于反应物的 始态和生成物的终态,而与过程的途径无关。 黑斯定律的应用之一,就是间接计算一些难以测定化合物的△H° 例23:已知在29815K下,下列反应的标准摩尔焓变△Hn△,E (CO g) (1)C(gra)+O2(g)=CO(g)4H1=-393.5km2y ArH (2)CO(g)+2O2(g)=CO(g) 282.99]J. moi 求(3)C(g)+2O2(g)=CO(g)的 △2x3 解:可以把C( graphite)+O(g)作为始态,把CO2(g)作为终态。反应可一步完成,也可分两 步完成。如图所示
3 解：查书末附表得到 295.15K 时：（P361） （NH3,g）=-46.11kJ·mol-1 （NO,g）=90.25kJ·mol-1 （H2O,l）=-285.83kJ·mol-1 （O2,g）的值规定为零。 ∴按（5-9）式有： =4× （NO,g）+6× （H2O,l）-4× （NH3,g）=4×90.25kJ·mol-1+6× （-285.83）kJ·mol-1 -4×（-46.11）kJ·mol-1 =-1169.54kJ·mol-1 由于温度对产物和反应物的 影响相近，可以似认为： ≈ 3.黑斯(Hess)定律 实验证明：不管化学反应是一步完成或分步完成，这个过程的热效应总是相同的，这就是 盖斯定律。换言之，化学反应的热效应，只决定于反应物的始态和生成物的终态，而与过程的 途径无关。对于恒压过程的化学反应，黑斯定律可表述为：化学反应的焓变，决定于反应物的 始态和生成物的终态，而与过程的途径无关。 黑斯定律的应用之一，就是间接计算一些难以测定化合物的△fHm θ。 例 2-3：已知在 298.15K 下，下列反应的标准摩尔焓变 ，即 （CO,g）。 （1）C(gra)+O2(g)=CO2(g) （2）CO(g)+ O2(g)=CO2(g) 求（3）C(g)+ O2(g)=CO(g)的 ？ 解：可以把 C(graphite)+O2(g)作为始态，把 CO2(g)作为终态。反应可一步完成，也可分两 步完成。如图所示：
agra)+oi(g) Oox(g) △rH 3 △rH C(g)t Or(g) 根据Hess定律 △H1=△r2米3+△12 .△nH3-△rH1△rH2 Δ C(gra)+O2(g=CO2(g) CO(g)+ 202(g=CO2(g) △H2=-28299k y204 C(ga)+20g)COg)43=-11057m21 盖斯定律的应用之二,计算燃烧热 例题见书P24页 焓定义=U+PV,焓不是能量,仅具有能量的量纲,它没有明确的物理意义。 焓有下述一些特性 1.焓的绝对值无法求得,即使用配分函数求出的焓值也不是绝对值 2.焓是系统的容量性质,与系统内物质的数量成正比 3.焓是状态函数 4焓值不守恒,一个孤立系统△U 定等于零,例如恒容绝热反应器中 发生化学反应,只要系统内压力变化虽△U=0,但△≠0 5.封闭系统不做非体积功的等压条件下,△2=p,该式可理解为焓变的物理意义
4 根据 Hess 定律： = + ∴ = - C(gra)+O2(g)=CO2(g) -CO(g)+ O2(g)=CO2(g) C(gra)+ O2(g)=CO(g) 盖斯定律的应用之二，计算燃烧热。 例题见书 P24 页。 焓 定义 ，焓不是能量，仅具有能量的量纲，它没有明确的物理意义。 焓有下述一些特性： 1.焓的绝对值无法求得，即使用配分函数求出的焓值也不是绝对值。 2.焓是系统的容量性质，与系统内物质的数量成正比。 3.焓是状态函数。 4.焓值不守恒，一个孤立系统 ， 不一定等于零，例如恒容绝热反应器中 发生化学反应，只要系统内压力变化虽 ，但 。 5.封闭系统不做非体积功的等压条件下， ，该式可理解为焓变的物理意义