无机及分析化学化学热力学基础及化学平衡市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
《无机及分析化学化学热力学基础及化学平衡市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无机及分析化学化学热力学基础及化学平衡市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx(143页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、无机及分析化学无机及分析化学第三章第三章化学热力学基础及化学平衡化学热力学基础及化学平衡1 1第1页本章要求本章要求n n了解了解热力学能、焓、熵、吉布斯自由能四热力学能、焓、熵、吉布斯自由能四个热力学函数意义及相互关系,了解个热力学函数意义及相互关系,了解 H,rHm,rHm,fHm,CHm,S,Sm,rSm,rSm,G,rGm,rGm,fGm 意义。意义。n n了解热力学第一定律和盖斯定律,掌握相了解热力学第一定律和盖斯定律,掌握相关计算。关计算。n n掌握化学反应在标准状态下掌握化学反应在标准状态下 rHm、rSm、rGm 计算。计算。第2页n n熟练利用熟练利用吉布斯吉布斯-赫姆霍兹方
2、程判断反应自赫姆霍兹方程判断反应自发进行方向及计算标准状态下自发进行最发进行方向及计算标准状态下自发进行最高或最低温度。高或最低温度。n n了解化学平衡概念,掌握标准平衡常数了解化学平衡概念,掌握标准平衡常数K 意义、表示方法及相关意义、表示方法及相关平衡计算,掌握多平衡计算,掌握多重平衡计算;重平衡计算;n n利用化学反应等温方程式计算吉布斯自由利用化学反应等温方程式计算吉布斯自由能,并判断反应在非标准态下自发进行方能,并判断反应在非标准态下自发进行方向。向。n n了解浓度、温度、压力对平衡常数及化学了解浓度、温度、压力对平衡常数及化学平衡移动影响。平衡移动影响。第3页本章重点本章重点:第第
3、2、3、4节。节。本章难点本章难点:热力学能、焓、熵、吉布斯热力学能、焓、熵、吉布斯自由能意义及应用;化学反应等温方程自由能意义及应用;化学反应等温方程式式计划课时:计划课时:8第4页热力学热力学定量研究能量相互转化过程中所定量研究能量相互转化过程中所遵照规律学科。遵照规律学科。化学热力学化学热力学应用热力学基本原理研究化学应用热力学基本原理研究化学现象以及与化学相关物理现象、研究化现象以及与化学相关物理现象、研究化学反应方向及程度学科。学反应方向及程度学科。第5页3-1基本概念基本概念一、系统和环境一、系统和环境系统:被研究对象。系统:被研究对象。环境:系统以外与系统相关其它部分环境:系统以
4、外与系统相关其它部分.关系:系统和环境是相互依存、相互制约;关系:系统和环境是相互依存、相互制约;系统和环境有时无显著界面;系统和环境有时无显著界面;依据研究需要人为划分、依据研究需要人为划分、是相正确。是相正确。第6页敞开系统敞开系统:系统和环境间现有能量传递,又有物:系统和环境间现有能量传递,又有物质传递。质传递。封闭系统封闭系统:系统和环境间有能量传递,但无物质传:系统和环境间有能量传递,但无物质传递。递。隔离(孤立)系统隔离(孤立)系统:系统和环境间既无能量传递,:系统和环境间既无能量传递,又无物质传递。又无物质传递。比如:硫酸铜加热溶解比如:硫酸铜加热溶解-系统分类系统分类第7页1、
5、系统(研究对象)、系统(研究对象)CuSO4晶体;环境晶体;环境水、火、杯。水、火、杯。CuSO4溶解到水中溶解到水中有物质传递,有物质传递,CuSO4吸热加吸热加紧溶解紧溶解有能量传递,有能量传递,是是敞开系统敞开系统。2、系统、系统CuSO4晶体晶体+水,环境水,环境火、杯。火、杯。系统和环境间有能量传递,但无物质传递,系统和环境间有能量传递,但无物质传递,是是封闭系统封闭系统。3、系统、系统CuSO4晶体晶体+水水+火火+杯,杯,置置于绝热器中,将绝热器外静态于绝热器中,将绝热器外静态空气为环境。空气为环境。系统和环境间无能量传递,也系统和环境间无能量传递,也无物质传递,无物质传递,是是
6、隔离系统隔离系统。第8页二、二、状态和状态函数状态和状态函数气体状态可由温度气体状态可由温度(T)、压力、压力(p)、体积、体积(V)及及各组分物质量各组分物质量(n)等宏观性质确定等宏观性质确定.1、状态、状态:系统中系统中物理性质和化学性质总和物理性质和化学性质总和比如:比如:1mol理想气体,确定了压力理想气体,确定了压力p=101kPa、体积、体积V=22.4L,即可说,该气体即可说,该气体所处状态为所处状态为标准状态;标准状态;改变某一性质改变某一性质,状态就发生了改变状态就发生了改变.第9页(3)若有一个若有一个(或多个或多个)性质发生改变性质发生改变,则则系统状态也就改系统状态也
7、就改变了变了,改变改变 前称为始态前称为始态,改变后状态称为终态改变后状态称为终态.特点:特点:(1)系统状态确定了系统状态确定了,则系统全部性质就都确定则系统全部性质就都确定.(2)“全部性质就都确定了全部性质就都确定了”并不一定全部性质都有并不一定全部性质都有确定值确定值,如:如:PV=nRT,则,则P、V、n确定了确定了,T 值必定值必定确定确定.第10页2、状态函数:、状态函数:热力学中用以说明系统状态宏热力学中用以说明系统状态宏观物理量,称为状态函数。如:观物理量,称为状态函数。如:广延广延性质性质状态函数:状态函数:n、m、V、U、H、S、G等等(有加合性)。(有加合性)。强度强度
8、性质性质状态函数:状态函数:T、P、CB、d等(无加合性),等(无加合性),*两广延性质之比是强度性质:两广延性质之比是强度性质:c=n/V;d=m/V第11页状态函数状态函数特点特点:状态函数只要有一个改变,系统状态也发生改变状态函数只要有一个改变,系统状态也发生改变假如状态发生改变假如状态发生改变,只要始态和终态一定只要始态和终态一定,状态函数(如状态函数(如T)改变量)改变量(T)就就只有唯一数值只有唯一数值,不会因始态至终态所经历路径不一样而改变不会因始态至终态所经历路径不一样而改变.也就是说也就是说,从从始点(始点(T 1)经不一样路径抵达终点()经不一样路径抵达终点(T2)时改变量
9、()时改变量(T=T2T1)是相等)是相等.概括为:概括为:异途同归,值变相等,周而复始,数值还原异途同归,值变相等,周而复始,数值还原。系统状态一定系统状态一定,各种状态函数值就都确定了各种状态函数值就都确定了状态函数变量只与系统始态和终态相关状态函数变量只与系统始态和终态相关,与改变与改变路径无关路径无关第12页三、过程和路径三、过程和路径:1、过程:系统状态发生改变经过称为过程。、过程:系统状态发生改变经过称为过程。过程分类过程分类(1)定温定温过程(过程(T1=T2=T环环或或 T=0)(2)定压定压过程(过程(P1=P2=P环环或或 p=0)(3)定容定容过程(过程(V1=V2或或
10、V=0)(4)绝热绝热过程(过程(Q=0,系统与环境之间没有热交换)系统与环境之间没有热交换)(5)循环循环过程。特点:一切状函改变值均为零过程。特点:一切状函改变值均为零第13页2、路径:完成某过程详细路线和方式,称为、路径:完成某过程详细路线和方式,称为路径。路径。惯用惯用表示表示路径,由始态指向终态。路径,由始态指向终态。如:如:t=20 C_等压,升温等压,升温t=30 C可说,可说,系统系统由由t=20 C始态改变到始态改变到t=30 C终态终态“过程过程”,是由等压、,是由等压、升温升温“路径路径”完成。完成。又如:又如:第14页路径路径路径路径结论:只要系统一直态一定,不论系统改
11、变路径怎样,结论:只要系统一直态一定,不论系统改变路径怎样,其状态函数其状态函数 改变值是相同改变值是相同 定压过程第15页2、功、功W:除热以外其它:除热以外其它能量传递形式称为能量传递形式称为功功。单位:单位:J要求要求系统从环境系统从环境得功为正得功为正W 0、对环境对环境作功为负作功为负W 0。体积功:体积功:是系统是系统体积体积改变所对外作功。改变所对外作功。W体体=-p外外 V非体积功非体积功W非非:电功、机械功、表面功等。:电功、机械功、表面功等。四、热和功四、热和功:1、热、热Q:是系统与环境间存在温度差而引发:是系统与环境间存在温度差而引发能量传递。单位:能量传递。单位:J要
12、求要求系统从环境系统从环境吸热为正吸热为正Q 0、向环境向环境放热为负放热为负Q 0。注意注意第16页3、热和功都不是系统状态函数!热和功都不是系统状态函数!不能说系统含有多少热和功,只能说系统不能说系统含有多少热和功,只能说系统在改变过程中作了功或吸收了热。在改变过程中作了功或吸收了热。温度高物体可说含有较高温度高物体可说含有较高能量能量,但不能说,但不能说系统含有较高系统含有较高热量热量。热和功都不是系统状态函数,所以,若途热和功都不是系统状态函数,所以,若途经不一样,即使始、终态相同,热和功值也经不一样,即使始、终态相同,热和功值也不会相同(与状函区分);故不能设计途经不会相同(与状函区
13、分);故不能设计途经计算热和功。计算热和功。第17页1、热力学能、热力学能U(内能)(内能)系统内部一切能量系统内部一切能量总和(分子平动能、转动能、振动能、总和(分子平动能、转动能、振动能、位能、核位能、核能、键能等)。单位:能、键能等)。单位:J2、特点:、特点:热力学能热力学能U(内能)是系统状态函(内能)是系统状态函数。数。状态一定时,热力学能状态一定时,热力学能U有确定值(有确定值(U不能测)不能测);热力学能改变值;热力学能改变值 U只与始、终态相关(只与始、终态相关(U可可计算)。计算)。五、五、热力学能热力学能U(内能)(内能)第18页六、六、热力学标准状态热力学标准状态1.理
14、想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRTP=对混合对混合理想气体:理想气体:道尔顿分压定律道尔顿分压定律PB=PXB1.1.22、标准状态标准状态标准状态标准状态物质热性质与所处状态相关,为了便于比物质热性质与所处状态相关,为了便于比物质热性质与所处状态相关,为了便于比物质热性质与所处状态相关,为了便于比较不一样状态时它们相对值,需要要求一个状态较不一样状态时它们相对值,需要要求一个状态较不一样状态时它们相对值,需要要求一个状态较不一样状态时它们相对值,需要要求一个状态作为比较标准。所谓作为比较标准。所谓作为比较标准。所谓作为比较标准。所谓标准状态,是在指定温度标准状态,是在指定温度标准状态
15、,是在指定温度标准状态,是在指定温度TT和标准压力和标准压力和标准压力和标准压力pp (100kPa100kPa)下该物质状态,简称标)下该物质状态,简称标)下该物质状态,简称标)下该物质状态,简称标准态。准态。准态。准态。第19页标准态要求为:标准态要求为:气体气体:温度:温度T、标准压力、标准压力p(p=100kPa)下)下纯气体。混合气体标准态指该气体分纯气体。混合气体标准态指该气体分压为压为p 状态。状态。纯液体和纯固体纯液体和纯固体:温度:温度T、标准压力、标准压力p 纯物质。纯物质。溶液中溶质溶液中溶质:温度:温度T、标准压力、标准压力p 下,下,b=b(b=1molkg-1),稀
16、水溶液可为),稀水溶液可为c=1molL-1溶液。溶液。注意:注意:标准态只要求了压力标准态只要求了压力p,而没有指定温,而没有指定温度!国际理论和应用化学联合会(度!国际理论和应用化学联合会(IUPAC)推)推荐选择荐选择298.15K作为参考温度。作为参考温度。298.15K,可略可略写;其它温度,应注明。写;其它温度,应注明。第20页七、七、反应进度:反应进度:是表示化学反应进行程度物理量,用是表示化学反应进行程度物理量,用 表示。表示。单位:单位:mol.对于对于化学反应化学反应,反应进度反应进度 定义式为:定义式为:=nB/B或:或:nB=B式中:式中:为化学反应计量系数。对为化学反
17、应计量系数。对反应物,反应物,取负值,取负值,对对产物,产物,取正值。取正值。可为整数,也可为分数;可为整数,也可为分数;nB为反应系统中任何一个反应物或生成物为反应系统中任何一个反应物或生成物B在反应在反应过程中物质量过程中物质量nB改变值。改变值。第21页比如,对反应比如,对反应:3H2(g)+N2(g)=2NH3(g)若若=1mol,即,即反应进度为反应进度为1mol,则由,则由 nB=B:n(H2)=-3 1mol,n(N2)=-1 1mol,n(NH3)=+2 1mol。即即3molH2(g)与)与1molN2(g)完全反应,生成)完全反应,生成2molNH3(g)。)。当当=1mo
18、l时,能够了解为反应按照所给定反应时,能够了解为反应按照所给定反应式计量系数进行了式计量系数进行了1mol反应。反应。注意注意:(1)使用使用反应进度概念时,一定要与详细反应进度概念时,一定要与详细反反应式相对应(即与书写相关)。应式相对应(即与书写相关)。第22页?对反应对反应H2(g)+1/3N2(g)=2/3NH3(g)若若=1mol,即,即反应进度为反应进度为1mol,则,则?1molH2(g)与)与1/3molN2(g)完全反应,生成)完全反应,生成2/3molNH3(g)。)。?对反应对反应3/2H2(g)+1/2N2(g)=NH3(g)若若=1mol,即,即反应进度为反应进度为1
19、mol,则,则?3/2 molH2(g)与)与1/2molN2(g)完全反应,)完全反应,生成生成1molNH3(g)。)。第23页注意注意:(2)热力学概念中热力学概念中每摩尔反应每摩尔反应是指按反应方是指按反应方程式程式=1mol反应;其对应热、功、热力学能等,反应;其对应热、功、热力学能等,单位为单位为Jmol-1或或kJmol-1,并在热力学能等符号右,并在热力学能等符号右下角标注下角标注“m”。(3)用用单单位位时时间间内内反反应应进进度度表表示示反反应应速速率率时时,参加反应各物质反应速率均相等。参加反应各物质反应速率均相等。3-1化学反应反应热化学反应反应热第24页热力学第一定律
20、:即能量守恒与转化定律。热力学第一定律:即能量守恒与转化定律。数学表示式:数学表示式:U=Q+W对对封闭系统封闭系统,若,若U1吸热吸热Q、从环境得功、从环境得功WU2则:则:U2=U1+Q+W即:即:U=Q+W=Q+(W体体+W非非)=Q-p外外 V+W非非一、热力学第一定律一、热力学第一定律注:因注:因 U=Q+W,故热和功总和与途经无关。,故热和功总和与途经无关。对敞开系统,上式不成立;对孤立系统,对敞开系统,上式不成立;对孤立系统,U=0第25页例例3-12mol氢氢气气和和1mol氧氧气气在在373K和和100kPa下下反反应应生生成成水水蒸气,放出蒸气,放出483.6kJ热量。求生
21、成热量。求生成1mol水蒸气时水蒸气时Q和和U。解:解:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)Q1=-483.6kJmol-1H2(g)+O2(g)=H2O(g)Q2=Q1=-241.8kJmol-1设设反反应应物物和和生生成成物物都都含含有有理理想想气气体体性性质质,pV=nRT,则则系系统统体积功体积功W=-pV=-nRTn=1mol(1mol+0.5mol)=-0.5molW=-nRT=-(-0.5mol)373K8.314JK-1mol-1=1.50kJ所以对每摩尔反应,所以对每摩尔反应,W=1.50kJmol-1Um=Q+W=-241.8kJmol-1+1.50kJmol-1=-2
22、40.3kJmol-1第26页二、化学反应热二、化学反应热1、定容热、定容热QV:对封闭系统、对封闭系统、W非非=0、定容过程(、定容过程(V=0):):由由 U=Q-p外外 V+W非非有有 U=QV(此条件下,定容热(此条件下,定容热QV与与 U数值相当,但性质不一数值相当,但性质不一样)样)2、定压热定压热QP:对封闭系统、对封闭系统、W非非=0、定压过程(、定压过程(p1=p2=p外外):):第27页由由 U=Q-p外外 V+W非非有:有:U=QP-p V U+p V=QP(U+PV)=QP定义:定义:H=U+PV(H叫做叫做系统焓)系统焓)则:则:H=QP(此条件下,定压热(此条件下,
23、定压热QP与与 H数值相当,但性质不一数值相当,但性质不一样)样)第28页3、焓、焓H:焓定义为:焓定义为H=U+PV,是状态函数组合,是状态函数组合,故故焓焓H是状态函数是状态函数。单位:。单位:J焓物理意义焓物理意义:在此条件下,系统吸收热量完全:在此条件下,系统吸收热量完全用于增加系统焓。用于增加系统焓。注意:注意:(1)焓定义为焓定义为H=U+PV,不能从,不能从 H=QP了解为了解为“焓是系统热量焓是系统热量”、也、也不能不能了解为了解为“QP是是状态函数状态函数”(此条件下,(此条件下,QP与与 H数值相当,但数值相当,但性质不一样)。性质不一样)。(2)即使即使 H=QP是在是在
24、封闭系统、封闭系统、W非非=0、定、定压过程压过程得出,但焓得出,但焓是状态函数,在任何过程中都是状态函数,在任何过程中都可能有焓改变,只是可能有焓改变,只是 H QP,需另行计算,需另行计算第29页注意:注意:(3)焓是与系统中物质数量相关广度性质,含有加焓是与系统中物质数量相关广度性质,含有加和性,假如同一反应用不一样化学反应方程式表示和性,假如同一反应用不一样化学反应方程式表示时,其时,其H不一样不一样:方程式方程式 2,rHm 2;方程式;方程式2,rHm 2;逆反应,数值相同、符号相反;逆反应,数值相同、符号相反.(书例(书例3-3,简单,自学,简单,自学)(4)与热力学能一样,焓绝
25、对值无法求,但改变与热力学能一样,焓绝对值无法求,但改变量可经过量可经过rHm=Qp确定。确定。焓及焓变主要用于定压焓及焓变主要用于定压条件下化学反应热效应条件下化学反应热效应计算计算。第30页例例3-4在在79和和100kPa压压力力下下,将将1mol乙乙醇醇完完全全气气化化,求求此此过过程程W,rHm,U和和Qp。已已知知该该反反应应Qv=40.6kJH=U+pV=U W =40.6kJ(2.93kJ)=43.5kJQp=H=43.5kJrHm=H/=43.5kJmol-1解:解:C2H5OH(l)=C2H5OH(g)-等温等压相变等温等压相变W=-pV=-nRT=-(1mol0mol)(
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无机 分析化学 化学 热力学 基础 化学平衡 公开 一等奖 联赛 特等奖 课件
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【丰****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【丰****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。