甘肃农业大学 教案 章节 第三章化学热力学基础（第二讲) 1.掌握热力学标准态、掌握热化学方程式、掌握盖斯定律、熟练应用盖斯定律进行相关计算： 教学 2.熟练应用物质的△/H(B)计算化学反应的△，H: 目的 3.了解自发过程及其特点： 与要 4.熟悉物质的标准摩尔熵，了解其影响因素，熟练掌握利用物质的S(B)计算化学反应的 求 △，S9。 3.2.3热化学方程式 3.2.4化学反应标准摩尔焓变的计算 教学 3.3化学反应方向 内容 3.3.1自发过程 3.3.2化学反应的自发性与焓变 3.3.3化学反应自发性与熵变 重点、 重点：盖斯定律及其应用、化学反应过程中△，H和△，S阳的计算。 难点 难点：△H(B) 分析 教学设计 调控对策 1.复习焓和焓变： 2.介绍化学热力学的标准状态，注意提醒学生区别标准状况： 3.举例说明热化学方程式的书写要求，阐明与普通化学反应方程式的区别： 举例 4.着重介绍盖斯定律及其应用：介绍物质的△H(B),引导学生利用盖斯定律推 导出计算化学反应△，H的公式： 孳生推导 5.通过生活中的事例引入自发过程，让学生了解自发过程的特点，得出“能做非体 积功的过程是自发过程”的结论，使学生对自发过程的判断有初步认识： 6.引导学生用焓判据判断过程的自发性，通过有矛盾的事例说明焓变并不是影响反 应自发性的唯一因素，从而顺利引进影响反应自发性的第二个因素一一熵： 7.介绍熵的有关概念和化学反应熵变的计算方法，简单讨论熵变对叝应自发性的影 响： 8.课堂练习巩固△，H咬错误！嵌入对象无效。的计算： 课后补遗 3
甘肃农业大学 教案 25 章 节 第三章 化学热力学基础（第二讲） 教学 目的 与要 求 1.掌握热力学标准态、掌握热化学方程式、掌握盖斯定律、熟练应用盖斯定律进行相关计算； 2.熟练应用物质的 H (B) f m △ 计算化学反应的 △r Hm ； 3.了解自发过程及其特点； 4.熟悉物质的标准摩尔熵，了解其影响因素，熟练掌握利用物质的 S (B) m 计算化学反应的 △r Sm 。 教学 内容 3.2.3 热化学方程式 3.2.4 化学反应标准摩尔焓变的计算 3.3 化学反应方向 3.3.1 自发过程 3.3.2 化学反应的自发性与焓变 3.3.3 化学反应自发性与熵变 重点、 难点 分析 重点：盖斯定律及其应用、化学反应过程中 △r Hm 和 △r Sm 的计算。 难点： H (B) f m △ 教学设计 调控对策 1.复习焓和焓变； 2.介绍化学热力学的标准状态，注意提醒学生区别标准状况； 3.举例说明热化学方程式的书写要求，阐明与普通化学反应方程式的区别； 4.着重介绍盖斯定律及其应用；介绍物质的 H (B) f m △ ，引导学生利用盖斯定律推 导出计算化学反应 △r Hm 的公式； 5.通过生活中的事例引入自发过程，让学生了解自发过程的特点，得出“能做非体 积功的过程是自发过程”的结论，使学生对自发过程的判断有初步认识； 6.引导学生用焓判据判断过程的自发性，通过有矛盾的事例说明焓变并不是影响反 应自发性的唯一因素，从而顺利引进影响反应自发性的第二个因素——熵； 7.介绍熵的有关概念和化学反应熵变的计算方法，简单讨论熵变对叝应自发性的影 响； 8.课堂练习巩固 △r Hm 咬错误！嵌入对象无效。的计算； 举例 孶生推导 课后补遗
甘肃农业大学 教案 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) 3.2.3.1热力学标准状态 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 一板书标题 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 设疑提问 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 板书概念。 表述时语速慢， 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(1mol-dm)的 重复强调内能 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 是状态函数。 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。 3.2.3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2H(g)+O2(g)一2H0(g),△H(298K)=-483.64 kJ-mol 板书 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： 2H(g+O2(g)=2HO(g)△H=-483.64kJ·moH 一板书 H(g)+ O2(g)=H0(g）△H=-241.82kJ.molH 2 (4)正、逆反应的热效应的绝对值相同，符号相反。例如： 一一板书 Hgr20:(g)=H004H=-285.84d.mo H2O①—H(g)+ 20g) △H8=285.84kJ·mol 一板书 2.3.4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己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 26
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 26 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） 1 3.2.3.1 热力学标准状态 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。 3.2.3 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- 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： 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 2．3．4 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 —―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
甘肃农业大学 教案 教学过程 批注 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己知的反应，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∑y,H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1ol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△H9(T)表示。而298.15K时的标准摩尔生成焓简写为△H9。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(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)、C1(g)、B2()、2(S)。 3.3化学反应的方向 板书标题 3.3.1自发过程 设疑提问 3.3.1.1概念 一板书 在一定条件下不需要任何外力的作用就能自动进行的过程叫做自发过程。 3.3.1.2特点 一板书特点 ()自发过程只能单方向地自动进行，不可能自发地逆向进行。要使其逆转，必 须借助外力，即环境对体系作功。 (2)自发过程的单向进行有一定的限度，当过程进行到一定程度后，就会处于平 衡状态。如只能进行到压力相等，温度相等，化学反应进行的最大限度是达到了化学 平衡。 (3)自发过程都可以用来作功。许多自发过程是体系能量的降低的过程，放出的 一板书 能量可以用来作功，例如山上的水流下来可以推动水轮机作功。 3.3.2自发性与焓变 3.3.3自发性与熵变 3.3.3.1熵和混乱度 实践发现自然界的体系自发变化总是从有序到无序的过程。也就是说自发变化是热力 一一板书 学概率增大的方向。热力学概率也称混乱度(Q)或无序度。概率是统计学概念，它不 具有加和性，所以不能直接作为一个体系的性质。1877年奥地利物理学家 一一板书 L.Boltzmann提出，热力学概率的对数值与体系的一个特定性质一一熵(S成正比。 S=k In S为熵的符号，表示热力学概率（混乱度或无序度），k为Boltzmann常数。 早在1854年RC1 ausius提出的熵是一个体系的状态函数。熵是体系的宏观性质， 一一板书 它的单位是JK-l,mol。L.Boltzmann的功绩是把宏观性质熵与微观统计量联系了起 来，并对其本质做出了解释。同时也指出了它的限制，即只有对大量分子组成的体系， 概率才有意义。若只有几个分子，上述的概念就不能用了。在热力学中，用状态函数 一板书 “熵”表示体系的混乱度Ω，体系的混乱度越大，嫡值也就越大。体系的状态一定时， 就有确定的熵值。与内能、焓一样，其变量△S只决定于体系的始、终态，而与变化 27
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 27 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)。 3.3 化学反应的方向 3.3.1 自发过程 3.3.1.1 概念 在一定条件下不需要任何外力的作用就能自动进行的过程叫做自发过程。 3.3.1.2 特点 (1) 自发过程只能单方向地自动进行，不可能自发地逆向进行。要使其逆转，必 须借助外力，即环境对体系作功。 (2) 自发过程的单向进行有一定的限度，当过程进行到一定程度后，就会处于平 衡状态。如只能进行到压力相等，温度相等，化学反应进行的最大限度是达到了化学 平衡。 (3) 自发过程都可以用来作功。许多自发过程是体系能量的降低的过程，放出的 能量可以用来作功，例如山上的水流下来可以推动水轮机作功。 3.3.2 自发性与焓变 3.3.3 自发性与熵变 3.3.3.1 熵和混乱度 实践发现自然界的体系自发变化总是从有序到无序的过程。也就是说自发变化是热力 学概率增大的方向。热力学概率也称混乱度(Ω)或无序度。概率是统计学概念，它不 具有加和性，所以不能直接作为一个体系的性质。1877 年奥地利物 理学家 L．Bo1tzmann 提出，热力学概率的对数值与体系的一个特定性质—－熵(S)成正比。 S = k lnΩ S 为熵的符号，Ω 表示热力学概率（混乱度或无序度），k 为 Bo1tzmann 常数。 早在 1854 年 R.C1ausius 提出的熵是一个体系的状态函数。熵是体系的宏观性质， 它的单位是 J∙K-1 ∙mol-1。L．Bo1tzmann 的功绩是把宏观性质熵与微观统计量联系了起 来，并对其本质做出了解释。同时也指出了它的限制，即只有对大量分子组成的体系， 概率才有意义。若只有几个分子，上述的概念就不能用了。在热力学中，用状态函数 “熵”表示体系的混乱度 Ω，体系的混乱度越大，熵值也就越大。体系的状态一定时， 就有确定的熵值。与内能、焓一样，其变量 ΔS 只决定于体系的始、终态，而与变化 —―板书标题 ――设疑提问 ――板书 ――板书特点 ――板书 ――板书 ――板书 ――板书 ――板书
甘肃农业大学 教案 教学过程 批注 的途径无关。 任何纯物质体系，温度越低，内部微粒运动的速率越慢，自由活动的范围越小， 混乱度越小，熵值也就越小。在绝对零度时，完美的晶体物质有整齐的排列次序，质 点的振动也基本上完全停顿了，这时体系的混乱度最小。在OK时，任何纯物质完整 晶体熵值等于零，即S(0K)=0,这就是热力学第三定律。 有了热力学第三定律，我们就可以测量任何纯物质在温度T时熵的绝对值9)。 因为温度为T时某物质的绝对熵就等于将该物质从OK升温到T时的熵变△S,即 △S=9TD-S(0K) 一板书 S0K)=0 一强调标准 S(T)=AS 摩尔熵的概念 1mol某纯物质在标准态下的绝对熵叫做该物质的标准摩尔熵（简称标准熵）。表示符 号为S9(T),单位为JmoI-.K-。通常使用的是298.15K标准摩尔熵，简写为S。。 对于水合离子，溶液中同时存在正、负离子，规定处于标准状态时水合氢离子H(q) 的标准熵值为零。 注意：标准摩尔熵(S9)与标准摩尔生成培（△H日）有着根本的不同。A,H是 以最稳定单质的标准生成焓为零的相对数值，而除水合离子S熵外，其它物质的S日 不是相对值，它们的值可以求得。 标准摩尔熵的规律 由于物质的熵值是物质内部质点的混乱度的量度，因此，一切影响混乱度的因素 都会影响物质的熵值。通过比较物质的标准摩尔熵的数据可以看出物质的标准摩尔熵 值大小的一般规律： (1)同种物质所处的聚集状态不同，熵值的大小次序是：Sm°(g)>Sm°(1)>Sm° (S)。 (2)聚集状态相同，分子中原子数目或电子数日越多，它的熵值也越大。 (3)结构相似的物质，相对分子质量大的熵值大。 (4)温度升高时，熵值增大。对气体来说，压力增大时熵值减小对固体和液体来 说，压力改变对它们的熵值影响不大。 (⑤)当聚集状态和温度一定，相对分子量又相近时，分子构型复杂的熵值大。 (6)气体物质溶于水时，它的熵值减小：固体或液体物质溶于水或其它溶剂时熵要 增加。 (7)共价键合的固体熵值较小，带有金属性的固体熵嫡值较大。 3.3.3.3化学反应的标准摩尔熵变的计算 熵与焓一样是体系的状态函数，且具有广度性质。所以化学反应的熵变只取决 于反应体系的始、终状态，而与体系状态变化的途径无关。故反应的标准摩尔熵变 [4S日(]的计算方法与反应的标准摩尔焓变类似。对在反应温度298K和标准状态 下进行的任一化学反应aA+bB一dD+eE的标准摩尔熵变为： 28
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 28 的途径无关。 任何纯物质体系，温度越低，内部微粒运动的速率越慢，自由活动的范围越小， 混乱度越小，熵值也就越小。在绝对零度时，完美的晶体物质有整齐的排列次序，质 点的振动也基本上完全停顿了，这时体系的混乱度最小。在 0K 时，任何纯物质完整 晶体熵值等于零，即 S(0K)=0，这就是热力学第三定律。 有了热力学第三定律，我们就可以测量任何纯物质在温度 T 时熵的绝对值 S(T) 。 因为温度为 T 时某物质的绝对熵就等于将该物质从 0K 升温到 T 时的熵变 ΔS，即 ΔS=S(T)－S(0K) ∵ S(0K)=0 ∴ S(T)=ΔS 1mol 某纯物质在标准态下的绝对熵叫做该物质的标准摩尔熵（简称标准熵）。表示符 号为 θSm （T），单位为 J∙mol-1 ∙K-1。通常使用的是 298.15K 标准摩尔熵，简写为 θSm 。 对于水合离子，溶液中同时存在正、负离子，规定处于标准状态时水合氢离子 H + (aq) 的标准熵值为零。 注意：标准摩尔熵（ θSm ）与标准摩尔生成焓（Δf θHm ）有着根本的不同。Δf θ Hm 是 以最稳定单质的标准生成焓为零的相对数值，而除水合离子 θSm 熵外，其它物质的 θSm 不是相对值，它们的值可以求得。 标准摩尔熵的规律 由于物质的熵值是物质内部质点的混乱度的量度，因此，一切影响混乱度的因素 都会影响物质的熵值。通过比较物质的标准摩尔熵的数据可以看出物质的标准摩尔熵 值大小的一般规律： (1) 同种物质所处的聚集状态不同，熵值的大小次序是：Sm°(g) >>Sm°(1)>Sm° (s)。 (2) 聚集状态相同，分子中原子数目或电子数目越多，它的熵值也越大。 (3) 结构相似的物质，相对分子质量大的熵值大。 (4) 温度升高时，熵值增大。对气体来说，压力增大时熵值减小对固体和液体来 说，压力改变对它们的熵值影响不大。 (5) 当聚集状态和温度一定，相对分子量又相近时，分子构型复杂的熵值大。 (6)气体物质溶于水时，它的熵值减小；固体或液体物质溶于水或其它溶剂时熵要 增加。 (7) 共价键合的固体熵值较小，带有金属性的固体熵值较大。 3.3.3.3 化学反应的标准摩尔熵变的计算 熵与焓一样是体系的状态函数，且具有广度性质。所以化学反应的熵变只取决 于反应体系的始、终状态，而与体系状态变化的途径无关。故反应的标准摩尔熵变 [Δr θSm (T)]的计算方法与反应的标准摩尔焓变类似。对在反应温度 298K 和标准状态 下进行的任一化学反应 aA + bB ══ dD + e E 的标准摩尔熵变为： ――板书 ― ― 强调 标 准 摩尔熵的概念
甘肃农业大学 教案 教学过程 批注 A.S =[d se (D)tese (E)]-[aS (A)+bSe (B) 写成通式则为 AS =∑y,S9产物)-∑y,S9(夜应物1) 实验事实告诉我们，反应熵变受温度变化的影响很小，至少在高于298K是这样。 因为在绝大多数情况下，产物熵值的增加基本上与反应物熵值的增加相抵消，所以可 近似地看作反应熵变不随温度变化而变化。 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： 3Qp与Qv的关系； 4化学反应热的计算方法，热力学的标准状态。 5熵是状态函数，只与起态和终态有关，而与过程无关 6热力学第三定律及熵的估计： 7化学反应熵变的计算方法。 四布置作业： 29
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 29 Δr θSm =[d θSm （D）+e θSm （E）]－[a θSm （A）+b θSm （B）] 写成通式则为 Δr θSm = j j θSm (产物 j)－ i i θSm (反应物 i ) 实验事实告诉我们，反应熵变受温度变化的影响很小，至少在高于 298K 是这样。 因为在绝大多数情况下，产物熵值的增加基本上与反应物熵值的增加相抵消，所以可 近似地看作反应熵变不随温度变化而变化 。 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。 5 熵是状态函数，只与起态和终态有关，而与过程无关 6 热力学第三定律及熵的估计； 7 化学反应熵变的计算方法。 四 布置作业：