NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 第4章热化学能源 Chapters Thermochemistry Source of nergy
Thermochemistry & Source of Energy Chapter 4 第4章 热化学 能源
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 章学要求 理解状态函数、标准状态的概念和热化 学定律。 理解等压热效应与反应变的关系、等 容热效应与热力学能变的关系。 掌握反应的 Gibbs函数变和自发性判据 以及标准摩尔反应焓变的近似计算。 了解能源的概况和可持续发展战略 制作张思敬等 理学院化学系2
制作:张思敬等 理学院化学系 2 本章教学要求 ➢ 理解状态函数、标准状态的概念和热化 学定律。 ➢ 理解等压热效应与反应焓变的关系、等 容热效应与热力学能变的关系。 ➢ 掌握反应的Gibbs函数变和自发性判据 以及标准摩尔反应焓变的近似计算。 ➢ 了解能源的概况和可持续发展战略
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 41反应热与能量守恒 章4.2反应自发进行的方向 4.3化石能源 44新能源 制作张思敬等 理学院化学系
制作:张思敬等 理学院化学系 3 4.1 反应热与能量守恒 4.2 反应自发进行的方向 4.4 新能源 4.3 化石能源
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 4.1反应热与能量守恒 4.1.1基本概念 4.1.2热力学第一定律 4.1.3标准摩尔生成焓和标准焓变 制作张思敬等 理学院化学系4
制作:张思敬等 理学院化学系 4 4.1 反应热与能量守恒 4.1.1 基本概念 4.1.3 标准摩尔生成焓和标准焓变 4.1.2 热力学第一定律
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 人们研究化学反应的目的,应该从两个方面去看。 是从物质方面考虑:N2+3H2=2NH3制取氨。 用硫粉处理洒落的汞,S+Hg=HgS消除单质汞, 而不是制备HgS。 二是从能量方面考虑:大量的煤炭燃烧,C+O2=CO2 目的是获得能量,不是制取CO2,更不是为了将煤炭处理掉 蓄电池充电的化学反应,是为了储存和转化能量。 化学热力学,就是从化学反应的能量出发,去研究化学反应 的方向和进行程度的一门科学。 制作张思敬等 理学院化学系5
制作:张思敬等 理学院化学系 5 人们研究化学反应的目的，应该从两个方面去看。 一是从物质方面考虑 ： N2 + 3 H2 = 2NH3 制取氨 。 用硫粉处理洒落的汞 ， S + Hg = HgS 消除单质汞， 而不是制备 HgS 。 二是从能量方面考虑 ： 大量的煤炭燃烧 ，C+O2 = CO2 目的是获得能量，不是制取 CO2 ，更不是为了将煤炭处理掉。 蓄电池充电的化学反应，是为了储存和转化能量。 化学热力学，就是从化学反应的能量出发，去研究化学反应 的方向和进行程度的一门科学
团曷宫岁种拔半 NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 41.1基本概念 研究化学反应时,常常涉及到两个问题。一个是反 应进行的快慢,即化学反应速率问题,它属于化学动力 学范畴。另一个是化学反应进行的可能性及能量转化问 题,它属于化学热力学范畴。 化学过程中的能量转化 化学热力学主要解决两大问题 化学反应进行的方向和限度 制作张思敬等 理学院化学系6
制作:张思敬等 理学院化学系 6 研究化学反应时，常常涉及到两个问题。一个是反 应进行的快慢，即化学反应速率问题，它属于化学动力 学范畴。另一个是化学反应进行的可能性及能量转化问 题，它属于化学热力学范畴。 4.1.1 基本概念 化学过程中的能量转化 化学热力学主要解决两大问题 化学反应进行的方向和限度
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 、体系(系统)与环境 为了明确硏究的对象,常常将所硏究的这部分物质或空 间,从其它周围的物质或空间中划分出来,而称之为体系。 与体系相联系的其它部分称为环境。 根据体系与环境间物质和能量交换情况,可以将体系國画 分为 敞开体系:体系和环境之间既有物质交换又有能量交换; 封闭体系:体系和环境之间没有物质交换只有能量交换; 孤立体系:体系和环境之间既无物质交换又无能量交换。 制作张思敬等 理学院化学系7
制作:张思敬等 理学院化学系 7 一、 体系（系统）与环境 为了明确研究的对象，常常将所研究的这部分物质或空 间， 从其它周围的物质或空间中划分出来，而称之为体系。 与体系相联系的其它部分称为环境。 根据体系与环境间物质和能量交换情况，可以将体系[动画] 分为： 敞开体系：体系和环境之间既有物质交换又有能量交换； 封闭体系：体系和环境之间没有物质交换只有能量交换； 孤立体系：体系和环境之间既无物质交换又无能量交换
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 二、状态和状态函数 状态:是体系的物理性质与化学性质的综合表现。由一系 列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在 形式,称为体系的状态。 状态函数:确定体系状态的物理量称为体系的状态函数 例如某理想气体体系n=1mol,p=1.013×105Pa, =22.4dm3,T=273K 这就是一种状态。是由n、p、VT所确定下来的体 系的一种存在形式。因而n、p.VT都是体系的状态函 数 制作张思敬等 理学院化学系8
制作:张思敬等 理学院化学系 8 二、 状态和状态函数 状态：是体系的物理性质与化学性质的综合表现。由一系 列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在 形式，称为体系的状态。 状态函数：确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。 例如某理想气体体系 n = 1 mol， p = 1.013 10 5 Pa， V = 22.4 dm 3 ，T = 273 K. 这就是一种状态。是由 n、p、V、T 所确定下来的体 系的一种存在形式 。 因而 n、p、V、T 都是体系的状态函 数
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 始态和终态体系变化前的状态称为始态,变化后 的状态称为终态。 状态变化的始态和终态一经确定,则状态函数的改变 量是一定的 例如,温度的改变量用ΔT表示,则 △T=7-7 始 同样理解Δn、Δp、ΔV等的意义。 制作张思敬等 理学院化学系9
制作:张思敬等 理学院化学系 9 始态和终态 体系变化前的状态称为始态，变化后 的状态称为终态。 状态变化的始态和终态一经确定，则状态函数的改变 量是一定的。 例如，温度的改变量用 T 表示，则 T = T终 － T始 同样理解 n、 p、 V 等的意义
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 过程体系的状态发生变化,从始态到终态,则称体 系经历了—个热力学过程,简称过程。 若体系在恒温条件下发生了状态变化,我们说体系的 变化为“恒温过程”;同样理解“恒压过程”,“恒容过 程″。若体系变化时和环境之门无热量交换,则称之为 绝热过程 例如,某理想气体,经历一个恒温过程 由 p 1×105Pa 恒温过程 p=2×105Pa 2 dm3 =1dm3 制作张思敬等 理学院化学系10
制作:张思敬等 理学院化学系 10 过程 体系的状态发生变化，从始态到终态，则称体 系经历了一个热力学过程，简称过程。 例如，某理想气体，经历一个恒温过程， 由 p = 1 10 5 Pa p = 2 10 5 Pa V = 2 dm3 V = 1 dm3 恒温过程 若体系在恒温条件下发生了状态变化，我们说体系的 变化为 “恒温过程”；同样理解 “恒压过程”，“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