第一章-热化学与能源课件.ppt

1、医药卫生医药卫生国防军事国防军事衣食住行衣食住行冶冶 金金环境保护环境保护新材料新材料新能源新能源生物技术生物技术化学化学化学化学是在原子和分子层次上研究物质的组是在原子和分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科。成、结构、性质及其变化规律的学科。无机化学：无机物无机化学：无机物有机化学：碳氢化合物及衍生物有机化学：碳氢化合物及衍生物分析化学：测量和表征分析化学：测量和表征物理化学：所有物质系统物理化学：所有物质系统高分子化学：高分子化合物高分子化学：高分子化合物若干新分支：环境化学、核化学等等若干新分支：环境化学、核化学等等化学的分支学科：化学的分支学科：普通化学普通化学作为一

2、门基础课程，是对化学科学各作为一门基础课程，是对化学科学各分支的基础知识作一整体的介绍，使学生了解分支的基础知识作一整体的介绍，使学生了解当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观点、方法分析问题、解决问题。了解化学对人点、方法分析问题、解决问题。了解化学对人类社会的作用和贡献。类社会的作用和贡献。教学内容教学内容 基本理论和基本知识：基本理论和基本知识：热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学，热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学，电化学，物质结构基础，元素化学，有机高分子化电化学，物质结构基础，元素化学，有机高分子化合物等。合物等。工程实际应用

3、：工程实际应用：能源、大气污染、水污染、金属腐蚀及防止、金属能源、大气污染、水污染、金属腐蚀及防止、金属材料及表面处理、非金属材料、有机及生物高分子材料及表面处理、非金属材料、有机及生物高分子材料、生命物质等。材料、生命物质等。成绩评定方法：成绩评定方法：平时：平时：20（包括考勤、课堂提问、（包括考勤、课堂提问、作业完成情况等）作业完成情况等）考试：考试：80本课程共计本课程共计40学时。学时。（一）反应热的测量（一）反应热的测量（二）反应热的理论计算（二）反应热的理论计算1 1几个基本概念几个基本概念2 2反应热的测量反应热的测量1 1热力学第一定律热力学第一定律2 2化学反应的反应热与焓

4、化学反应的反应热与焓3 3反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算（三）能源（三）能源主要内容主要内容1.1.1 基本概念基本概念1.1 1.1 反应热效应的测量反应热效应的测量1.系统与环境系统与环境 系统系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。敞开系统敞开系统有物质和能量交换有物质和能量交换封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换隔离（孤立）系统隔离（孤立）系统无物质和能量交换无物质和能量交换2.相相：系统中具有相同的物理性质和化学性质的系统中具有相同的物

5、理性质和化学性质的 均匀部分。均匀部分。相与物态的区别相与物态的区别物态物态：气态、液态、固态气态、液态、固态相相：气体混合物为一相气体混合物为一相；液体混合物可以是一相、液体混合物可以是一相、两相或多相共存；两相或多相共存；固体混合物：分子水平的均匀混合，形成固体混合物：分子水平的均匀混合，形成“固溶固溶体体”，否则，多少种固体物质就有多少个固相。，否则，多少种固体物质就有多少个固相。（不同物态必为不同相，但不同相不一定是不同物态）不同物态必为不同相，但不同相不一定是不同物态）单相系统和多相系统。（举例）单相系统和多相系统。（举例）相与相之间有明确的界面。相与相之间有明确的界面。系统的系统的

6、状态状态（state）是用来描述系统的诸如压力、是用来描述系统的诸如压力、体积、温度等各种宏观性质的综合表现。体积、温度等各种宏观性质的综合表现。如如:温度（温度（T）压强（压强（p）体积（体积（V）物质的量（物质的量（n）质量（质量（m）密度（密度（）3.状态与状态函数状态与状态函数宏观物理量宏观物理量宏观性质宏观性质体系的宏观性质改变了，体系的状态也发生改变。状态函数状态函数(state function)：描述状态的物理量。描述状态的物理量。始态始态终态终态广度性质广度性质状态函数状态函数强度性质强度性质状态函数的特点：状态函数的特点：始态始态终态终态途径途径途径途径4.过程与可逆过程过

7、程与可逆过程 热力学系统中发生的一切变化都称为热力学过程，简称热力学系统中发生的一切变化都称为热力学过程，简称过程（过程（process）。如气体的压缩与膨胀、液体的蒸发与凝固以及化学反应如气体的压缩与膨胀、液体的蒸发与凝固以及化学反应等等都是热力学过程。等等都是热力学过程。系统由同一始态变到同一终态可以经由不同的方式，系统由同一始态变到同一终态可以经由不同的方式，这种不同的方式称为这种不同的方式称为途径（途径（path）。途径也可以说是系统由始态到终态所经历的过程总和。途径也可以说是系统由始态到终态所经历的过程总和。可逆过程可逆过程(reversible process)系统经过某过程由状态

8、系统经过某过程由状态I I变到状态变到状态IIII之后，当系统沿之后，当系统沿该过程的逆过程回到原来状态时，体系与环境能够同时该过程的逆过程回到原来状态时，体系与环境能够同时复原而不留下任何变化痕迹的过程。（复原而不留下任何变化痕迹的过程。（p34p34）始态始态终态终态准静态恒温膨胀准静态恒温膨胀准静态恒温压缩准静态恒温压缩 可逆过程是一种热力学可逆过程是一种热力学常用的重要过程，也是从实常用的重要过程，也是从实际过程中抽象出来的一种际过程中抽象出来的一种理想化的自发过程，自然界并理想化的自发过程，自然界并不严格存在不严格存在，自然界的实际过程只能尽量地趋近于它。，自然界的实际过程只能尽量地

9、趋近于它。例如：在气、液两相平衡共存时液体蒸发或气体冷例如：在气、液两相平衡共存时液体蒸发或气体冷凝的过程（相平衡）；可逆的化学反应达到动态平衡时凝的过程（相平衡）；可逆的化学反应达到动态平衡时反应物变成产物或产物变成反应物的过程（化学平衡），反应物变成产物或产物变成反应物的过程（化学平衡），都可近似地看作可逆过程。都可近似地看作可逆过程。对任一反应对任一反应：aA+dD=eE+fF也可写为也可写为 0=eE+fF-aA-dDBB0B5.化学反应计量式与反应进度化学反应计量式与反应进度化学反应方程式化学反应方程式又称为又称为化学反应计量式。化学反应计量式。(1)化学反应计量式化学反应计量式或简

10、化成或简化成B代表反应物或产物，代表反应物或产物，B为反应式中相应物质为反应式中相应物质B的的化学计量数。化学计量数。对于反应物，对于反应物，B为负值（如为负值（如A=-a，B=-d）；）；对于产物，对于产物，B为正值（如为正值（如E=e，F=f）。）。(2)反应进度反应进度表示反应进行的程度，常用符号表示反应进行的程度，常用符号（音（音ksaiksai）表示，其定）表示，其定义为：义为：B1BddnB1B2B)()(tntnnBB=(t2)-(t1)=nB/B 因1=0，令2=gNH2gH3gN322t0时时 nB/mol 3.0 10.0 0 0 t1时时 nB/mol 2.0 7.0 2

11、.0 t2时时 nB/mol 1.5 5.5 3.0 1 2 mol0.11mol)0.30.2(NN2211nmol5.12mol0.12mol)00.2(NHNH3311nmol0.13mol)0.100.7(HH2211n例如：例如：=1.0mol时，表明按该化学反应计量式进行了时，表明按该化学反应计量式进行了1.0mol反应，简称反应，简称摩尔反应摩尔反应。表示：表示：1.0mol N2 和和1.0mol的的3H2反应并生成反应并生成了了1.0mol的的2NH31.0mol N2和和3.0mol的的H2反应并生成了反应并生成了2.0mol的的NH3 gNH2gH3gN322对于对于故反

12、应进度必须对应具体的反应方程式。故反应进度必须对应具体的反应方程式。gNHgH23gN21322mol0.22/1mol)0.30.2(22NN1n时1tt 2.0 7.0 2.0 (mol)3.0 10.0 0 (mol)0t若上述合成氨反应写成：（若上述合成氨反应写成：（比较前面计算）比较前面计算）1.1.2 反应热的测量反应热的测量反应热：反应热：化学反应时所放出或吸收的热叫做反应化学反应时所放出或吸收的热叫做反应 的的热效应热效应，简称反应热，简称反应热。热化学：热化学：对反应热进行精密的测定并研究与其他对反应热进行精密的测定并研究与其他 能量转化的定量关系的学科能量转化的定量关系的学

13、科。在封闭体系中，在封闭体系中，H2SO4与与NaOH在水溶液中发生在水溶液中发生中和反应，放出的热量全部被水溶液吸收，使水溶中和反应，放出的热量全部被水溶液吸收，使水溶液的温度升高。可用下式表示：液的温度升高。可用下式表示：q=-cs.ms.(T2-T1)=-cs.ms.T=-Cs.T q 反应热效应；反应热效应；cs 溶液的比热容溶液的比热容(Jkg-1K-1)；ms 溶液的质量；溶液的质量；Cs 溶液的热容，溶液的热容，Cs=cs.ms；T 溶液终态温度溶液终态温度T2与始态温度与始态温度T1之差之差 对于反应热对于反应热q，负号表示放热负号表示放热，正号表示吸热正号表示吸热。(1)水溶

14、液中的反应水溶液中的反应(2)燃烧反应燃烧反应q-q(H2O)+qb -C(H2O)T+CbT -CTC量热计常数，即弹液量热计常数，即弹液(如水如水)和热量计部件和热量计部件(杯体，杯体，钢弹钢弹,温度计温度计,搅拌棒和引燃搅拌棒和引燃丝等丝等)热容之和热容之和.常用弹式热量计测量化学反应的常用弹式热量计测量化学反应的反应热。常用燃料如煤、天然气、反应热。常用燃料如煤、天然气、汽油等均可按此法测得。汽油等均可按此法测得。弹式热量计示意图弹式热量计示意图 解解 摩尔反应热摩尔反应热qm：反应热反应热q与反应进度与反应进度之比。之比。单位：单位：Jmol-1。mqq计算上题的摩尔反应热。（计算上

15、题的摩尔反应热。（qm 的大小与反应方程式的写法有关吗？）qm（N2H4，l）=M联氨联氨9.690.5 热化学方程式：热化学方程式：表示化学反应与热效应关系的方程式。表示化学反应与热效应关系的方程式。书写热化学方程式时须注明物态、温度、压力、组成等条件。书写热化学方程式时须注明物态、温度、压力、组成等条件。(3)定容热效应定容热效应(qv)与定压热效应与定压热效应(qp)恒压条件下反应的热效应称为定压热效应恒压条件下反应的热效应称为定压热效应qp 比如在敞口容器中进行反应的热效应比如在敞口容器中进行反应的热效应.恒容条件下反应的热效应称为定容热效应恒容条件下反应的热效应称为定容热效应qv 比

16、如弹式热量计内进行反应的热效应比如弹式热量计内进行反应的热效应若无特别注明，若无特别注明，“精确测定的反应热精确测定的反应热”均指均指qv；“反应热反应热”均指均指qp。问题：问题：1.大多数化学反应是在定压条件下发生的，能否大多数化学反应是在定压条件下发生的，能否确定确定qv与与qp之间的关系，以求得更常用的之间的关系，以求得更常用的qp？2.有些反应的热效应难以直接用实验测得，那么有些反应的热效应难以直接用实验测得，那么如何获得这些反应热？如何获得这些反应热？1.2 1.2 反应热效应的理论计算反应热效应的理论计算1.2.1 1.2.1 热力学第一定律热力学第一定律 “在任何过程中，能量既

17、不能创造，也不能在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭，消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，在转只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总值不变。化过程中能量的总值不变。”(能量守恒定律能量守恒定律)一、几个基本概念一、几个基本概念(1)一个新的状态函数一个新的状态函数热力学能热力学能（U）单位：单位：J。热热系统内部的能系统内部的能分子平动能分子平动能分子转动能分子转动能分子振动能分子振动能分子间势能分子间势能电子运动能电子运动能U 是状态函数；无绝对值是状态函数；无绝对值（为何？）；广度性质为何？）；广度性质转化转化思考：思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，同样的物质，在

18、相同的温度和压力下，前者放在前者放在10000m高空，以高空，以400m/s飞行的飞机上，飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？后者静止在地面上。两者的内能相同吗？相同。内能不包括宏观运动的动能及势能相同。内能不包括宏观运动的动能及势能(2)热热 符号：符号：q ，单位：，单位：J J；q不是状态函数；不是状态函数；系统系统吸热吸热：q 0；系统；系统放热放热：q 0 热力学中将能量转化形式分为热力学中将能量转化形式分为热热和和功功。热热是系统与环境因温度不同而传递的能量。是系统与环境因温度不同而传递的能量。(3)功功系统与环境交换能量的另一种形式系统与环境交换能量的另一种形式 功

19、功(w)分为：体积功分为：体积功 (w=-pV)和非体积功。和非体积功。单位：单位：J J。w 不是状态函数。不是状态函数。系统对环境作功系统对环境作功:w 0。变到状态变到状态2,2,热力学能为热力学能为U2 2，q 0w 0U=q+w（U=U2-U1）二、热力学第一定律的数学表达式二、热力学第一定律的数学表达式一封闭系统，其热力学能为一封闭系统，其热力学能为U1 1，并对环境做功并对环境做功w，从环境吸收热量从环境吸收热量q q，则有：则有：1.2.2 化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓根据反应条件的不同，反应热可分为以下几种情况：根据反应条件的不同，反应热可分为以下几种情况：(1)

20、定容反应热定容反应热 qV（设非体积为零）（设非体积为零）V2=V1 V=0 U=q+w U=q-pV=qV (w=-pV)qv=U即即:(2)定压反应热定压反应热 qp与焓与焓H （设非体积为零设非体积为零）p2=p1=p U=q-pVU=U2-U1=qp-p（V2-V1）qp=（U2+p2V2）-（U1+p1V1）令：令：H=U+pV H叫做系统的焓，是状态函数叫做系统的焓，是状态函数 qp=H2-H1=H则：则：H 是焓的变化是焓的变化 qp qv=H-U =(U+pV)-U =pV=-w体积即即U=H+w体积(3)qv与与qp的关系的关系 对于只有凝聚相（液态和固态）的系统，对于只有凝

21、聚相（液态和固态）的系统，V0，所以，所以 qp=qv。对于有气体参与的系统，根据对于有气体参与的系统，根据pV=nRT，（qp qv=pV=-w体积）（说明下式中（说明下式中g 的含义）BgBpRTnV),(BgBRTnqq),(vpBgBRTqq),(mv,mp,BgBRTUH),(mrmr=g RT例例2 在在100。C和和101.325kPa下，由下，由1molH2O（l）汽）汽化变成化变成1molH2O（g）。在此过程中）。在此过程中H和和U是否相是否相等？若等？若H等于等于40.63kJ.mol-1，则，则U为多少？为多少？在通常情况下，反应过程的体积功很小，即在通常情况下，反应过

22、程的体积功很小，即H 和和U在数值上差别很在数值上差别很小，小，UH。解解 该汽化过程，该汽化过程，H2O（l）=H2O（g）是在定温定压和只做体积功的条件下进行的，据是在定温定压和只做体积功的条件下进行的，据 有有U=H gRT g0 U H =40.63-(1-0)8.314/1000(273+100)kJ.mol-1 =37.53kJ.mol-1BgBRTUH),(mrmr1.2.3 1.2.3 盖斯定律盖斯定律“总反应的热效应只与反应的总反应的热效应只与反应的始态和终态（包括温度、反应物和始态和终态（包括温度、反应物和生成物的量及聚集状态）有关，而生成物的量及聚集状态）有关，而与变化的

23、途径无关。与变化的途径无关。”据此，可计算一些很难直接用或尚未用实验据此，可计算一些很难直接用或尚未用实验方法测定的反应热效应。方法测定的反应热效应。即：即：一个反应如果分几步完成，则总反应的一个反应如果分几步完成，则总反应的反应热等于各步反应的反应热之和。反应热等于各步反应的反应热之和。例例3在在101.325kPa和和298.15K下下,1mol C(石墨）完石墨）完全燃烧生成全燃烧生成CO2，可以有两种途径，如下图中的，可以有两种途径，如下图中的（1）及（）及（2）+（3）。）。始态始态C(石墨石墨)+O2(g)终态终态 CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)(1)(3)(2)途径途径

24、1：反应反应(1)，将，将1mol C(石墨石墨)直接完全燃烧成直接完全燃烧成CO2,即即C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)，其反应热效应为，其反应热效应为:qp,1(298.15K)=-393.5kJ.mol-1 (可测知可测知)途径途径2：由盖斯定律知：由盖斯定律知：qp,1=qp,2+qp,3，可得：，可得：qp,2(298.15K)=qp,1(298.15K)-qp,3(298.15K)=(-393.5)-(-283.0)kJ.mol-1 =-110.5kJ.mol-1 思考思考已知下列热化学方程式：已知下列热化学方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g

25、);qp=27.6kJ.mol-1 3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g);qp=-58.6kJ.mol-1 Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g);qp=38.1kJ.mol-1不用查表，计算下列反应的不用查表，计算下列反应的qp。FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)（习题（习题p29）答案答案 由盖斯定律得由盖斯定律得 6qp,4=3qp,1-qp,2-2qp,3 解得解得 qp,4=-16.7 kJ.mol-11.2.4 反应标准摩尔焓变的计算反应标准摩尔焓变的计算 规定在标准条件下由指定单质生成单位物质的量的规定在标准条件下由

26、指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变称为该物质的纯物质时反应的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓。通常选定温度为通常选定温度为298.15k.以以fHm(298.15K)表示。表示。规定：规定：任何单质的标准生成焓为零；任何单质的标准生成焓为零；水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。f Hm(H2O,l,298.15K)=-285.8kJ.mol-1 f Hm(H+,aq,298.15K)=0 f Hm(O2,g,298.15K)=0 f Hm(NaCl,s,298.15K)=-411.15kJ.mol-1一、标准摩尔生成焓一、标准摩尔生成焓解解:按

27、盖斯定律按盖斯定律,=(-393.5)-(-283.0)kJ.mol-1=-110.5kJ.mol-1Hm3 例例4 已知：已知：(1)C（s）+O2（g）CO2（g）=-393.5kJ.mol-1Hm1 (3)=(1)-(2)(2)CO(g)+O2(g)CO2(g)=-283.0kJ.mol-1Hm21/2问问:(3)C(s)+O2(g)CO(g)=?Hm31/2热力学关于标准态的规定热力学关于标准态的规定（1 1）气体物质的标准态是在标准压力气体物质的标准态是在标准压力(p p=101.325kPa)=101.325kPa)时的时的(假想的假想的)理想气体状态理想气体状态;（书中（书中p=

28、100.00kP 见见 p22）（2 2）溶液的标准态是）溶液的标准态是:在标准压力在标准压力p p 时的标准摩尔浓度时的标准摩尔浓度c c=1.0mol=1.0mol.dm dm-1-1,（3 3）液体或固体的标准态是）液体或固体的标准态是:在标准压力在标准压力p p 时时 的纯液体或纯固体。的纯液体或纯固体。C2H2（g）+O2（g）2CO2（g）+H2O（l）可将此反应分解为四个生成反应：可将此反应分解为四个生成反应：2C+H2（g）C2H2（g)rHm1(T)=fHm(C2H2,T)O2(g)O2（g）rHm2(T)=fHm(O2,T)C(S)+O2（g）CO2（g)rHm3(T)=f

29、Hm(CO2,T)H2(g)+O2(g)H2O(l)rHm4(T)=fHm(H2O,l,T)根据盖斯定律根据盖斯定律：有有:rHm=2fHm3+fHm4-fHm1-fHm2 =f Hm(298.15K)生成物生成物-f Hm(298.15K)反应物反应物二、标准摩尔焓变二、标准摩尔焓变在标准条件下反应或过程的摩尔焓变叫做反应的在标准条件下反应或过程的摩尔焓变叫做反应的标准摩尔标准摩尔焓变焓变，以，以 r rH Hm m表示。表示。注意注意f fH Hm m与与r rH Hm m的关系。的关系。结论：对一般反应结论：对一般反应rHm=f Hm生成物生成物 f Hm反应物反应物 =Bf Hm,B注

30、注 意意:1.fHm(298.15K)是热力学基本数据，可是热力学基本数据，可 查表查表(p303 附录附录3)。单位：。单位：kJ.mol-13.rHm(T)rHm(298.15K)；4.由于由于fHm与与n成正比，在进行计算时化学成正比，在进行计算时化学 计量数计量数不可忽略。不可忽略。2.必须注意公式中各种物质的聚集状态。必须注意公式中各种物质的聚集状态。5.H为正值时，为吸热反应；为正值时，为吸热反应；H为负值时，为负值时，为放热反应。正负号不可忽略。为放热反应。正负号不可忽略。例例5 用生成焓计算反应用生成焓计算反应的标准摩尔反应焓变。的标准摩尔反应焓变。4NH3(g)+5O2(g)

31、4NO(g)+6H2O(g)解：解：)g,O(5)g,NH(4-2mf3mfHH1molkJ0)11.46(4)82.241(625.904)gO,H(6)gNO,(42mfmfmrHHH1mol-905.48kJ例例6 计算联氨计算联氨(N2H4)在空气中完全燃烧时反应的在空气中完全燃烧时反应的标准摩尔焓变标准摩尔焓变rHm（298.15K)。解：解：rmBfm.B29815K(29815K)(.).BHH=0+2(-285.83)-50.63-0kJ.mol-1=-622.3kJ.mol-1若产物水是气态对上述结果有影响吗？若产物水是气态对上述结果有影响吗？O(l)2H(g)N(g)OHN

32、222421mfmolkJ H50.63 0 0 -285.83例例7 计算反应计算反应 Zn(S)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(S)的的标准摩尔焓变。标准摩尔焓变。fHm/kJ.mol-1 0 64.77 -153.89 0 (-153.89)+0-0-64.77kJ.mol-1 -218.66 kJ.mol-1Zn(S)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(S)【解解】BBmfBmrKHKH)15.298()15.298(.能源是指能提供能量的自然资源。能源是指能提供能量的自然资源。1.3 能源能源 能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信能源是当今社会的三大支柱（材料、能

33、源、信 息）之一。息）之一。能源是我们赖以生存的重要物质基础。能源是我们赖以生存的重要物质基础。1.能源的分类能源的分类一次能源一次能源二次能源二次能源常规常规能源能源燃料能源燃料能源煤炭、石油、天煤炭、石油、天然气、生物质能然气、生物质能煤气、焦碳、成煤气、焦碳、成品燃油、液化气、品燃油、液化气、酒精酒精非燃料能源非燃料能源 水能水能电力、蒸汽、热电力、蒸汽、热水水新能源新能源燃料能源燃料能源核能核能人工沼气、氢能人工沼气、氢能非燃料能源非燃料能源太阳能、地热、太阳能、地热、风能、海洋能风能、海洋能激光激光利用利用状况状况使用使用 性质性质形成条件形成条件1.3.1 世界能源的结构与能源危机

34、世界能源的结构与能源危机195019601970198019902010102030405060能源结构比例能源结构比例(%)年代年代世界消耗的一次能源结构世界消耗的一次能源结构煤炭煤炭石油石油天然气天然气水电及其它水电及其它2.世界能源的结构和消耗世界能源的结构和消耗3.能量消耗前六名的国家能量消耗前六名的国家美国美国中国中国俄罗斯俄罗斯日本日本德国德国印度印度51015202530能源结构比例能源结构比例(占世界占世界%)国家国家煤炭煤炭石油石油天然气天然气核能核能水电水电25.410.47.26.04.12.9（1 1）煤炭煤炭 煤的主要成分是碳、氢、氧三种元素煤的主要成分是碳、氢、氧三

35、种元素,还有少量还有少量的氮、硫、磷和一些稀有元素，以及泥、沙等矿杂的氮、硫、磷和一些稀有元素，以及泥、沙等矿杂质和水分。质和水分。世界上煤的储量远大于石油和天然气，但其最世界上煤的储量远大于石油和天然气，但其最大的缺点是固体燃料，燃烧反应速率慢，此外，还大的缺点是固体燃料，燃烧反应速率慢，此外，还会导致污染。会导致污染。煤炭的二次能源：煤炭的二次能源：1）水煤气）水煤气 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)2）合成气）合成气 H2(40%)+CO(15%)+CH4(15%)+CO2(30%)（2 2）石油和天然气）石油和天然气C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9

36、H2O(l)H(298.15K)=-5440kJmol-1 氢能是一种理想的最有前途的二次能源，具有干氢能是一种理想的最有前途的二次能源，具有干净、无毒、无污染、热值高（为煤的净、无毒、无污染、热值高（为煤的6 6倍左右）等优倍左右）等优点。资源丰富，应用范围广。点。资源丰富，应用范围广。rHm-286kJ.mol-1 最理想的制取氢气的方法是用太阳能分解水，最理想的制取氢气的方法是用太阳能分解水，核心是寻找适合紫外光分解水的催化剂，核心是寻找适合紫外光分解水的催化剂，2121世纪可世纪可能会有重大突破。目前用过渡金属化合物储氢，寻能会有重大突破。目前用过渡金属化合物储氢，寻找更有效的储氢方法

37、是氢能成功利用的重要课题。找更有效的储氢方法是氢能成功利用的重要课题。（3 3）氢能）氢能H2(g)+1/2O2(g)H2O(l)第一章小结第一章小结一、反应热的测量一、反应热的测量 （弹式热量计）（弹式热量计）q-q(H2O)+qb-C(H2O)T+CbT -CTU=q+w (封闭系统封闭系统)U=qv （定容，（定容，w0）H=qp （定压，（定压，w0)U=H-pVm=H-gRT （w0）二、反应热效应的理论计算二、反应热效应的理论计算1.1.盖斯定律盖斯定律2.2.能量守恒定律能量守恒定律三、标准摩尔生成焓和反应的标准摩尔焓变三、标准摩尔生成焓和反应的标准摩尔焓变rHm=if Hm生成物生成物 if Hm反应物反应物作业：作业：