普通化学修改省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院主讲：岳琪主讲：岳琪手机：手机：[phone]Email：普通化学普通化学第1页学科交叉与渗透更普遍学科交叉与渗透更普遍生物药学地学医学化学农学材料农业化学生物化学药品化学材料化学地球化学医用化学第2页化学与社会化学与社会ChemistryinContextApplying Chmistry to Society美 Lucy Pryde Enbanks Catherine H.Middlecamp 等编著国家自然科学基金委员会化学部国家自然科学基金委员会化学部中国科学院化学部中国科学院化学部 资助出版资助出版国外优异科技著作出版专题基金国外优异科技著作出版专题基金第3页第一章 化学热力学基础第二章 化学反应方向、程度和速率第三章 酸碱平衡、沉淀平衡及配位平衡 第四章 电化学基础第五章 物质结构基础第六章 元素及其化合物第七章 高分子化学介绍第4页课时：课时：40课时课时理论课理论课32课时，试验课课时，试验课8课时课时成绩：期末考试占成绩：期末考试占80试验成绩占试验成绩占20第5页高温炼铁高温炼铁为何不能用一样方法为何不能用一样方法进行高炉炼铝？进行高炉炼铝？第6页NO,CONO,CONO,CO是是汽汽车车尾尾气气中中有有毒毒成成份份，它它们能否相互反应生成们能否相互反应生成N2和和CO2。第7页?金刚石金刚石石墨石墨第8页第一章第一章化学热力学基础化学热力学基础第9页 热力学:专门研究能量相互转变过程中所遵照规律一门科学。化学热力学:用热力学理论和方法研究化学反应方向问题、化学反应过程能量改变问题以及化学反应进行程度问题。第10页1.2化学反应能量守恒与反应热效应化学反应能量守恒与反应热效应1.3化学反应热效应理论计算化学反应热效应理论计算1.1热力学基本概念热力学基本概念1.1.1体系和环境体系和环境1.1.2状态和状态函数状态和状态函数 1.1.3过程和路径过程和路径 1.1.4热力学能热力学能1.1.5热和功热和功 第11页 体系之外并与体系有亲密联络那部分物质 或空间称为环境。被划分出来作为研究对象那部分物质或空 间称为体系(系统）。1.1.1 体系和环境1.1热力学基本概念热力学基本概念第12页 敞开体系：体系与环境之间现有物质 交换，又有能量交换。体系分类：敞开体系 封闭体系 孤立体系依据：依据体系与环境之间有没有物质和能量交换。第13页 封闭体系:体系与环境之间只有能量 交换，而没有物质交换。第14页孤立体系：体系与环境之间既没有 物质交换也没有能量交换。第15页敞开体系敞开体系封闭体系封闭体系孤立体系孤立体系动画起源：绍兴文理动画起源：绍兴文理动画起源：绍兴文理动画起源：绍兴文理学院无机及分析化学学院无机及分析化学学院无机及分析化学学院无机及分析化学第16页体系分类体系分类体系与环境交换体系与环境交换物质物质能量能量敞开体系敞开体系封闭体系封闭体系孤立体系孤立体系第17页用来描述体系状态物理量（n、p、T、V、U、H、S、G）叫做状态函数。由一系列表征体系宏观性质物理量所确定下来体系存在形式称为体系状态。1.1.2 状态和状态函数第18页 p1=100kPa T1=373K V1=2L始态始态方式方式1 1，加压终态终态 p2=200kPa T2=373K V2=1L减压降温方式方式2 2加压升温 p3=300kPa T3=473K V3=0.845L方式方式1：p=p2-p1=100kPaV=V2-V1=-1LT=T2-T1=0K方式方式2：p=(p3-p1)+(p2-p3)=100kPaV=(V3-V1)+(V2-V3)=-1LT=(T3-T1)+(T2-T3)=0K第19页状态函数特征 体系状态一定，状态函数值一定 体系状态改变时，状态函数值改变只与体系始态和终态相关，而与改变路径无关 循环过程状态函数改变值为零第20页体系状态因为外界条件改变会发生改变，这种状态改变称为过程。1.1.3 过程和路径 恒温过程：T1=T2=T外 恒压过程：p1 =p2=p外 恒容过程：V1=V2 绝热过程：Q=0依据过程发生时条件不一样，可分为以下几类：第21页改变过程能够采取各种不一样详细形式，我们把实现过程每一个详细形式称为路径。第22页恒温过程373K，505kPa恒温过程373K，202kPa恒压过程恒压过程不一样路径示意图不一样路径示意图308K，202kPa始态始态308K，505kPa终态终态第23页 热力学能(内能):是体系内各种形式能量总和，用符号U表示。单位:J 或 kJ 能量包含：组成体系各种粒子（如分子，原子，电子，原子核等）动能（如分子平动能，振动能，转动能等）以及粒子间相互作用势能（如分子吸引能，排斥能，化学建能等）。1.1.4 热力学能第24页热力学能特点:状态函数;其绝对值不可测量;含有加和性热力学能大小与体系温度，体积，压力以及物质量相关。温度反应体系中各粒子运动激烈程度；体积反应粒子间相互作用，反应势能；热力学能与体系中物质量成正比。第25页动画起源：动画起源：动画起源：动画起源：绍兴文理学院绍兴文理学院绍兴文理学院绍兴文理学院无机及分析化学无机及分析化学无机及分析化学无机及分析化学第26页状态函数性质：广延性质：与物质量相关，如v,n.强度性质：与物质量无关，如t,p.第27页定义:体系与环境之间因温差而传递能量称为热，以符号Q表示。单位:J 或 kJ热是物质运动一个表现形式，和大量分子子无规则运动相关。是物质在分子水平上运动结果。1.1.5 热和功1.热第28页要求：若体系吸热，Q 0 若体系放热，Q 0 热量不是状态函数，只有体系状态发生改变时，体系与环境之间才存在能量交换，才有热量。第29页要求：若环境向体系做功，W 0 若体系向环境做功，W 0 定义:除热之外，在体系和环境之间被传递其它能量，称为功，以符号W表示。单位:J 或 kJ 功和热都与路径相关，不是状态函数2.功第30页功分类体积功外全部其它形式功称为非体积功。如电功、表面功等。因为体系体积改变而与环境交换能量，称为体积功。体积功 非体积功 体系做功：体系做功：W=p外外V第31页体积功计算外力做功：外力做功：体系做功：体系做功：W=P外外VW=(PA)h=P V该图来自北大该图来自北大该图来自北大该图来自北大无机化学课件无机化学课件无机化学课件无机化学课件第32页5组基本概念组基本概念1.体系和环境2.状态和状态函数3.过程和路径4.热力学能U5.热和功敞开、封闭、孤立状态函数特征恒温、恒压、恒容、绝热状态函数、含有加和性、绝对值不可测过程函数，正负号要求，体积功第33页1.2化学反应能量守恒与反应热效应化学反应能量守恒与反应热效应1.3化学反应热效应理论计算化学反应热效应理论计算1.1热力学基本概念热力学基本概念1.2.1热力学第一定律热力学第一定律1.2.2热化学方程式与盖斯定律热化学方程式与盖斯定律 1.2.3化学反应热效应化学反应热效应 第34页1.2 化学反应能量守恒与反应热效应1.2.1 热力学第一定律+热力学第一定律数学表示式：U=Q+W第35页 自然界一切物质都含有能量，能量有各种不一样形式，能够从一个形式转化为另一个形式，在转化过程中，能量总值不变。+热力学第一定律内容（能量守恒和转化定律）：第36页体体 系系环境环境U 0U 0体系吸热Q0对体系做功W0 吸热 H0 放热第44页一、选择题一、选择题（1）以下对于功和热描述中，正确是 （）A.都是过程函数，对应于某一状态有一确定值。B.都是过程函数，无确定改变路径就无确定数值。C.都是状态函数，改变量与路径无关。D.都是状态函数，一直态确定，其值也确定（2）敞开系统是指系统与环境之间 （）A.现有物质交换，又有能量交换 B.只有物质交换 C.既没有物质交换，也没有物质交换 D.只有能量交换课堂练习题：课堂练习题：第45页二、判断题二、判断题（1）状态函数改变值只取决于体系一直，而与改变路径无关。（）（2）因为QP=H，而H与改变路径无关，是状态函数，所以QP也是状态函数。（）课堂练习题：课堂练习题：第46页 某温度下一定量理想气体向环境吸收热量100kJ，使得体系从 p1=1.6106Pa，V1=1dm3，在 恒 外 压 p外=1.0105Pa下恒温膨胀至p2=1.0105Pa，V2=16dm3，求过程中体系热力学能改变值。课堂练习题：课堂练习题：三、计算题三、计算题第47页问题？问题？不能直接用试验测量反应，怎样知道不能直接用试验测量反应，怎样知道反应热效应呢？反应热效应呢？反应：反应：C(石墨石墨)+1/2O2(g)=CO(g)反应热能不能直接用试验测量？反应热能不能直接用试验测量？第48页 1.热力学标准态气体标准压力（p=100 kPa）下含有理想气体性质气体状态液体、固体标准压力下最稳定纯液体、纯固体状态溶液中溶质标准压力下质量摩尔浓度1 molkg1状态1.2.3 热化学方程式与盖斯定律第49页2.反应进度反应进度对于化学反应：dD+eE=gG+hH普通化学反应式对于有限改变,有=nB/B当反应进度=1mol时，即按计量方程式进行了一次完整反应时，称为1mol化学反应或简称摩尔反应。化学反应或简称摩尔反应。将上式左侧移到右侧：0=-dD-eE+gG+hH未反应时0=0,有=-0=nB()-nB(0)/B =nB/B第50页反应：反应：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3化学计量数化学计量数(N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2当反应未开始当反应未开始00时时,若有足够量若有足够量N2和和H2、n(NH3)0依据依据 nB/B n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000-1/2-3/211/2-1-321-2-642例例:第51页 比如比如:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(2)1/2N2(g)+2/3H2(g)NH3(g)=1mol时，时，(1)表示生成了表示生成了2molNH3(2)表示生成了表示生成了1molNH3第52页+化学计量方程与热效应都写出方程称热化学方程式。3.热化学方程式 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)化学反应中各物质处于标准态按化学反应计量方程式进行1mol反应时焓变称为该反应标准摩尔反应焓变，用 表示。改变值改变值reaction反应温度反应温度rHm(T)yy标准态标准态mole标准摩尔反应焓变标准摩尔反应焓变第53页 应注明反应温度和压力。假如是298.15K和 100kPa，可省略。必须标出物质聚集状态。通常以g、l和s分别表示气、液和固态。+书写热化学方程式时注意以下几点：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)=483.6 kJ.mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=571.6 kJ.mol-1第54页 必须注明固体物质晶型。碳有石墨、金刚石等晶型。同一反应，反应式系数不一样，热效应值也不一样。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=571.6 kJ.mol-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)=285.8 kJ.mol-1第55页 正、逆反应热效应绝对值相等，不过符号相反。2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)=571.6 kJ.mol-12H2(g)+O2(g)=2H2O(l)=571.6 kJ.mol-1第56页例例1.2 已知T=298.15 K，p=100 kPa时，反应 =91.8 kJmol1，计算在一样条件下，下列反应 。第57页 解：解：第58页CH3(CH2)14COOH(s)+23O2(g)16CO2(g)+16H2O(l)=9977kJmol-1过过量量体体脂脂肪肪确确实实可可能能增增加加心心脏脏病病、糖糖尿尿病病和和其其它它疾疾病病发发作危险。但脂肪是人体主要能量贮存系统。作危险。但脂肪是人体主要能量贮存系统。在在人人体体运运动动过过程程中中,脂脂肪肪发发生生水水解解生生成成一一组组叫叫做做脂脂肪肪酸酸化化合合物物,后后者者再再经经过过一一系系列列复复杂杂反反应应转转化化为为二二氧氧化化碳碳和和水水,肌肉运动正是由该过程释放能量驱动。肌肉运动正是由该过程释放能量驱动。第59页4.盖斯定律+盖斯定律内容：“不论化学过程是一步完成或分为数步完成，这个过程热效应是相同。”+盖斯定律用途：利用试验易测量反应热效应，来计算难以用试验方法测得反应热效应。第60页 (1)C(石墨)O2(g)=CO2(2)C(金刚石)O2(g)=CO2 =395.4 kJmol-1(3)C(石墨)=C(金刚石)第61页rH rH+rH rH rH rH =393.51 kJmol-1(395.41kJmol 1)=1.90 kJmol-1 rH第62页例例 1.3在煤气生产过程中在煤气生产过程中，以下反应，以下反应C(s)1/2O2(g)=CO(g)是很主要。工厂设计或工艺改革时需要是很主要。工厂设计或工艺改革时需要该反应热效应数值，因为单质碳与氧不能直接该反应热效应数值，因为单质碳与氧不能直接生成纯粹一氧化碳，总会有一些二氧化碳生成，生成纯粹一氧化碳，总会有一些二氧化碳生成，所以试验极难准确测定该反应热效应数值。请所以试验极难准确测定该反应热效应数值。请依据所掌握知识怎样间接求得该反应热效应？依据所掌握知识怎样间接求得该反应热效应？第63页已知反应：已知反应：C(石墨石墨)O2(g)=CO2(g)rH=393.5 kJmol-1CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g)rH=283 kJmol-1第64页rH ,1rH ,2+rH ,3始态C(石墨)+O2(g)终态 CO2(g)CO(g)+1/2 O2(g)(1)(2)(3)rH ,2rH ,1-rH ,3=393.51 kJmol-1(283kJmol-1)=-110.5 kJmol-1第65页例例1.4已知25时，求反应（3）Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)在25时反应热。（2）3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)（1）2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)解解：=2(221.0)kJmol1 (1118.4 kJ.mol1)=676.4 kJmol1（3）（1）2（2）第66页已知：(1)4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l),H 1523kJmol-1 (2)H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(l),H 287kJmol-1 试求反应(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)H 。课堂练习题：课堂练习题：第67页1.2化学反应能量守恒与反应热效应化学反应能量守恒与反应热效应1.3化学反应热效应理论计算化学反应热效应理论计算1.1热力学基本概念热力学基本概念1.3.1物质标准摩尔生成焓物质标准摩尔生成焓1.3.2化学反应标准摩尔焓变计算化学反应标准摩尔焓变计算 第68页改变值改变值formationmolefHm(B，p，T)yy反应温度反应温度phase标准态标准态1.3.1 物质标准摩尔生成焓+在标准态时，由元素稳定纯态单质生成在标准态时，由元素稳定纯态单质生成1mol某某纯物质纯物质B焓变（即恒压反应热），称为该物质焓变（即恒压反应热），称为该物质B标准标准摩尔生成焓摩尔生成焓。符号为。符号为1.3 化学反应热效应理论计算任何一个稳定单质任何一个稳定单质标准摩尔生成焓等于零。标准摩尔生成焓等于零。第69页针对对象标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓一个反应一个物质Bm意义摩尔反应1mol物质B标准摩尔反应焓变标准摩尔反应焓变第70页 C(石墨)O2(g)=CO2 C(金刚石)O2(g)=CO2 =395.4 kJmol-1第71页第72页比如：在298.15K时第73页+使用标准摩尔生成焓时注意：这是一个相对值，相对于稳定纯态单质，稳定纯态单质标准摩尔生成焓等于零。注明摩尔生成焓温度，不写就是指298.15 K，该温度下数值可查热力学数据表。注明B物质相态，同一物质而不一样相态，其标准摩尔生成焓值不等。第74页稳定单质稳定单质(1)(2)(3)反应物dD+eE生成物gG+hH+用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓：1.3.2 化学反应焓变计算第75页ni和nj分别为化学方程式中生成物和反应物系数=jjiiHnHnH）反应物生成物(mfmfmryyyCaculationHofreaction?第76页计算以下反应在298.15K时标准摩尔反应焓变。解：2(285.8 kJmol-1)+(393.5 kJmol-1)(74.6kJmol-1)=890.5 kJmol-1例例1.5 74.6 393.5 285.8第77页=(1675.7 kJ.mol-1)0 kJ.mol-10 kJ.mol-1+(824.2kJ.mol-1)=851.5 kJ.mol-1解 依据标准生成焓数据，计算铝粉和三氧化二铁反应焓变 。2Al(s)Fe2O3(s)Al2O3(s)2Fe(s)0 824.2 1675.7 0例例1.6第78页2.热力学第一定律：U=Q+W 本章小结4.盖斯定律：3.化学反应热效应：H=Qp（U=QV）1.基本概念：体系和环境；状态与状态函数；过程与路径；功与热；热力学能、焓；标准态；反应进度与摩尔反应；热化学方程式；标准摩尔反应焓变；标准摩尔生成焓。第79页一、选择题一、选择题（1）在温度T标准状态下，若已知反应A2B标准摩尔反应焓rHm,1，与反应2AC标准摩尔反应焓rHm,2，则 反 应 C4B摩 尔 反 应 焓 rHm,3与rHm,1及rHm,2关系为rHm,3 （）A.2 rHm,1rHm,2 B.rHm,12rHm,2 C.rHm,1rHm,2 D.2rHm,1rHm,2（2）在标准条件下石墨燃烧反应焓变为393.6 kJmol1，金刚石燃烧反应焓变为395.6 kJmol1，则石墨转变成金刚石反应焓变为：（）A.789.3 kJmol1 B.0 C.+2.0 kJmol1 D.2.0 kJmol1 课堂练习题：课堂练习题：第80页（3）反应 2HgO(s)=2Hg(l)+O2(g),=181.4 kJmol1,则 (HgO,s)为（）A.90.7 kJmol1B.181.4 kJmol1 C.90.7 kJmol1 D.181.4 kJmol1（4）以下物质中,不等于零是：（）A.Fe(s)B.C(石墨)C.Cl2(l)D.Ne(g)第81页