1、应用化学系应用化学系陈陈 泳泳工工 程程 化化 学学绪论绪论一、化学的发展史一、化学的发展史1.1.萌芽时期：萌芽时期：在远古的工艺化学时期，人类的制陶、冶金、在远古的工艺化学时期，人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启发下，经过长时间的摸索而逐渐掌握的，系统的发下，经过长时间的摸索而逐渐掌握的，系统的化学知识还远没有形成。化学知识还远没有形成。2.2.炼丹术和医药化学时期：炼丹术和医药化学时期：从公元前从公元前15001500年到公元年到公元16501650年前后，炼丹术年前后，炼丹术士和炼金术士们为了求得可使人长生不老的仙丹，
2、士和炼金术士们为了求得可使人长生不老的仙丹，黄金，开始了最早的化学实验，掌握了许多物质黄金，开始了最早的化学实验，掌握了许多物质的重要性质，后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，的重要性质，后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，而化学方法逐渐在医药和冶金方面发挥了作用。而化学方法逐渐在医药和冶金方面发挥了作用。3.3.燃素化学时期：燃素化学时期：从从16501650年到年到17751775年前后，随着炼丹炼金、医药和年前后，随着炼丹炼金、医药和冶金等实践经验的积累，人们逐渐对已有的感性知识冶金等实践经验的积累，人们逐渐对已有的感性知识进行了归纳总结，提出了燃烧的燃素学说。认为可燃进行了归纳总结，提出了燃烧的燃
3、素学说。认为可燃物质能够燃烧是因为它含有物质能够燃烧是因为它含有“燃素燃素”，燃烧的过程就，燃烧的过程就是可燃物中的是可燃物中的“燃素燃素”放出的过程，可燃物放出放出的过程，可燃物放出“燃燃素素”后就成为灰烬。后就成为灰烬。1723年，德国哈雷大学的医学年，德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版的与药理学教授施塔尔出版的化学基础化学基础是燃素说的是燃素说的代表作。代表作。4.近代定量化学时期：近代定量化学时期：波义尔于波义尔于1661年发表的年发表的怀疑派化学家怀疑派化学家成为了近成为了近代化学的基础。代化学的基础。在在1775年前后，拉瓦锡接受了波义耳的说法，根据年前后，拉瓦锡接受了波义耳
4、的说法，根据定量化学实验的结论，提出了元素的概念和燃烧的氧定量化学实验的结论，提出了元素的概念和燃烧的氧化学说。化学说。道尔顿（道尔顿（JDalton）于）于1803年提出了原子学说，使年提出了原子学说，使化学进入了这个持续至今以原子理论为主线的近代定化学进入了这个持续至今以原子理论为主线的近代定量化学时期。量化学时期。5.现代发展时期：现代发展时期：1860年康尼查罗（年康尼查罗（SCannizzaro）根据阿伏加）根据阿伏加德罗（德罗（AAvogadro）假说理顺了当量和原子量的）假说理顺了当量和原子量的关系，确立了原子关系，确立了原子-分子理论，从此，化学依据最基分子理论，从此，化学依据
5、最基本的原子本的原子-分子理论而飞速发展。这一时期建立了不分子理论而飞速发展。这一时期建立了不少的化学基本定律，发现了元素周期律，发展了有机少的化学基本定律，发现了元素周期律，发展了有机结构理论等。结构理论等。在二十世纪初，量子理论的形成和发展解决了化在二十世纪初，量子理论的形成和发展解决了化学上许多悬而未决的重大问题，使物理学和化学产生学上许多悬而未决的重大问题，使物理学和化学产生了交叉。另一方面，化学又向生物学等领域渗透，使了交叉。另一方面，化学又向生物学等领域渗透，使蛋白质和酶的结构等问题逐步得到解决。科学技术的蛋白质和酶的结构等问题逐步得到解决。科学技术的飞速发展使各个学科相互渗透，产
6、生了多个新兴的交飞速发展使各个学科相互渗透，产生了多个新兴的交叉学科，化学也进入了现代发展时期。叉学科，化学也进入了现代发展时期。二、分类和研究对象二、分类和研究对象1.分类：无机化学、有机化学、分析化学和理论化学分类：无机化学、有机化学、分析化学和理论化学（含物理化学和结构化学）四个分支学科，一般称（含物理化学和结构化学）四个分支学科，一般称为四大化学。为四大化学。2.研究对象：研究对象：无机化学的研究对象是单质和无机化合物；无机化学的研究对象是单质和无机化合物；有机化学则专门研究有机化合物；有机化学则专门研究有机化合物；分析化学是研究不同物质组成的分离鉴定和定量测定分析化学是研究不同物质组
7、成的分离鉴定和定量测定的学科；的学科；理论化学研究的重点是物质的结构和化学的定律、原理论化学研究的重点是物质的结构和化学的定律、原理及理论等。理及理论等。生物药学天文医学化学计算材料计算化学生物化学药物化学材料化学天体化学医用化学 化学学科内部及与其他学科相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的边缘学科，如：工程化学是从物质的化学组成、结构和工程化学是从物质的化学组成、结构和性质出发，联系现代工程技术，如材料的研性质出发，联系现代工程技术，如材料的研究开发、加工成型、表面处理，环境污染与究开发、加工成型、表面处理，环境污染与保护，能源开发及利用，以及生命科学发展保护，能源开发及利用，以及生命
8、科学发展等所遇到的相关的化学问题，介绍工程技术等所遇到的相关的化学问题，介绍工程技术人才完善自己知识结构、提高自己综合素质人才完善自己知识结构、提高自己综合素质和强化自己创新能力所必需的基本化学知识和强化自己创新能力所必需的基本化学知识及化学思维方法。及化学思维方法。三、化学和生活三、化学和生活 人们的衣、食、住、行、用等无不与化学元素及人们的衣、食、住、行、用等无不与化学元素及其所组成的千百万化合物相关。其所组成的千百万化合物相关。建筑用水泥、玻璃和油漆，日常生活用肥皂、牙建筑用水泥、玻璃和油漆，日常生活用肥皂、牙膏和化妆品，织物上色所用的合成染料，生产粮食使膏和化妆品，织物上色所用的合成染
9、料，生产粮食使用的化肥和农药，维持生命健康的维生素和药物，交用的化肥和农药，维持生命健康的维生素和药物，交通运输工具中金属部件上的油漆，制造汽车轮胎用的通运输工具中金属部件上的油漆，制造汽车轮胎用的合成橡胶，发动机的燃油、润滑油及其添加剂，印刷合成橡胶，发动机的燃油、润滑油及其添加剂，印刷所用的油墨，摄影胶片上涂用的感光化学品，彩电和所用的油墨，摄影胶片上涂用的感光化学品，彩电和电脑显示器中的荧光材料等等，都是化学制品。电脑显示器中的荧光材料等等，都是化学制品。环境问题，环境问题，土地的沙漠化、水体污染造成的水资土地的沙漠化、水体污染造成的水资源危机、酸雨的形成、臭氧层的破坏和使用有毒化学源危
10、机、酸雨的形成、臭氧层的破坏和使用有毒化学品造成的污染等，品造成的污染等，机械设计制造方面，材料的研究开机械设计制造方面，材料的研究开发、加工成型和使用过程都与化学密切相关研究，发、加工成型和使用过程都与化学密切相关研究，如如何提高燃料的使用效率，寻找新的替代能源，这些都何提高燃料的使用效率，寻找新的替代能源，这些都离不开化学工作者的努力。离不开化学工作者的努力。另一重要课题是如何保持另一重要课题是如何保持人体健康和提高人们的生活质量。保证人体健康的营人体健康和提高人们的生活质量。保证人体健康的营养成分、治疗疾病所用的高效药物、各种元素对人体养成分、治疗疾病所用的高效药物、各种元素对人体的生理
11、作用、以及揭开生命奥秘等研究工作都离不开的生理作用、以及揭开生命奥秘等研究工作都离不开化学。化学。4.化学的基本研究法化学的基本研究法化学的基本研究方法是：发现或制备出物质并分离、化学的基本研究方法是：发现或制备出物质并分离、提纯，用合适的方法确定物质的组成与结构，研究物提纯，用合适的方法确定物质的组成与结构，研究物质的性质、变化规律及其应用。质的性质、变化规律及其应用。在学习工程化学过程中，要把握物质的组成在学习工程化学过程中，要把握物质的组成结结构构性质性质变化规律变化规律应用这一主线，除了掌握基本应用这一主线，除了掌握基本的化学概念、物理量的表示符号及其意义等，更要注的化学概念、物理量的
12、表示符号及其意义等，更要注意化学问题是怎样被提出并逐步加以解决的，要深刻意化学问题是怎样被提出并逐步加以解决的，要深刻体会其中所蕴含的科学思维方法。体会其中所蕴含的科学思维方法。5.关于本课程总学时：40学时，理论讲授32学时，实验8学时考试：平时成绩+考勤+卷面成绩作业：不许抄袭，独立完成上课：不许迟到，不许说话第一章 化学反应的基本原理化学反应研究的问题1.反应的能量关系反应的能量关系2.反应进行的方向反应进行的方向3.反应进行的程度反应进行的程度4.反应进行的速率反应进行的速率1.1 化学反应的基本概念化学反应的基本概念系统（系统（SystemSystem）被划定的研究对象称为系统，被划
13、定的研究对象称为系统，亦称为体系。亦称为体系。环境（环境（surroundingssurroundings）与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。一、一、系统与环境系统与环境所谓有关，指环境能与系统发生物质与能量的交换，所谓有关，指环境能与系统发生物质与能量的交换，对系统施加影响。对系统施加影响。系统与环境是根据研究问题的需要而人为划分的，系系统与环境是根据研究问题的需要而人为划分的，系统确定后在研究问题的过程中不变。统确定后在研究问题的过程中不变。系统与环境间可以有实际存在的界面分开，也可以有系统与环境间可以有实际存在的界面分开，也可以有假想的界面分开。假想的界面分开。概念说
14、明：概念说明：v系统分类系统分类 根据环境对系统的影响关系，把系统分为三类：1.1.敞开系统（敞开系统（open systemopen system）系统与环境之间系统与环境之间既有物质交既有物质交换又有能量交换换又有能量交换2.2.封闭系统（封闭系统（closed systemclosed system）系统与环境之间系统与环境之间无物质交换，但无物质交换，但有能量交换。有能量交换。封闭系统中物质的封闭系统中物质的质量是守恒的。质量是守恒的。3.3.孤立系统（孤立系统（isolated isolated systemsystem）系统与环境之间系统与环境之间既既无物质交换，又无能量无物质交换
15、，又无能量交换，交换，故又称为故又称为隔离系隔离系统统。孤立系统中物质的孤立系统中物质的质量和能量均是守恒的。质量和能量均是守恒的。v状态状态状态指用来描述这个系统物理量有确定的数值时，系状态指用来描述这个系统物理量有确定的数值时，系统处于一定状态。反过来，系统的状态确定，各物理量统处于一定状态。反过来，系统的状态确定，各物理量也就有确定的值。物理量发生变化，系统的状态也随之也就有确定的值。物理量发生变化，系统的状态也随之发生变化。发生变化。v状态函数状态函数（state function）能够决定系统状态的物理量。能够决定系统状态的物理量。二、二、状态、状态函数状态、状态函数 由于系统的状态
16、函数之间有一定的联系，描述系由于系统的状态函数之间有一定的联系，描述系统的状态并不需要罗列出系统所有的状态函数。只需统的状态并不需要罗列出系统所有的状态函数。只需指定其中的几个，其余也就随之而定。指定其中的几个，其余也就随之而定。v状态函数的特点：状态函数的特点：1.1.系统的一种状态函数代表系统的一种性质，对于每种系统的一种状态函数代表系统的一种性质，对于每种状态它都有确定的值，与系统形成的途径无关。状态它都有确定的值，与系统形成的途径无关。2.2.系统状态发生变化时，状态函数也随之变化，其改变系统状态发生变化时，状态函数也随之变化，其改变值只与系统的始终态有关，与途径没有关系。值只与系统的
17、始终态有关，与途径没有关系。三、三、过程与途径过程与途径在热力学中，按变化条件主要有以下几个过程在热力学中，按变化条件主要有以下几个过程（1 1）等温过程（）等温过程（isothermal process)isothermal process)在变化过程中，系统在变化过程中，系统始态温度与终态温度相同，并等于环境温度。始态温度与终态温度相同，并等于环境温度。（2 2）等压过程（）等压过程（isobaric process)isobaric process)在变化过程中，系统始态在变化过程中，系统始态压力与终态压力相同，并等于环境压力。压力与终态压力相同，并等于环境压力。（3 3）等容过程（）等
18、容过程（isochoric process)isochoric process)在变化过程中，系统的在变化过程中，系统的容积始终保持不变。容积始终保持不变。过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历。过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历。途径：完成过程的具体步骤。途径：完成过程的具体步骤。v热热(Heat)(Heat)四、热和功四、热和功 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q Q 表示。单位为表示。单位为J J。系统吸热，系统吸热，Q0系统放热，系统放热，Q0系统对环境作功，W0 v体积功的计算：体积功的计算：lpe气体气体按照机械功
19、定义，系统与环境交换的功为按照机械功定义，系统与环境交换的功为 lFWVpVVpSlSlpllpS)()()(121212一个带有活塞储有一定量气体的气缸，截面积为一个带有活塞储有一定量气体的气缸，截面积为S，环境压力为，环境压力为P，设活塞在外力方向上的位移为，设活塞在外力方向上的位移为l。热和功热和功概念说明：概念说明：热与功是系统与环境之间能量传递的两种不同方式。热与功是系统与环境之间能量传递的两种不同方式。热与功总是与某一个热力学过程相联系，对于某一特热与功总是与某一个热力学过程相联系，对于某一特定状态，我们不能确定热和功是多少。定状态，我们不能确定热和功是多少。热与功不是系统的性质，
20、不是状态函数，只有过程发热与功不是系统的性质，不是状态函数，只有过程发生时才有意义，将其称为过程函数。生时才有意义，将其称为过程函数。五、热力学能五、热力学能 热力学能热力学能U U（thermodynamic energythermodynamic energy）以前称为）以前称为内能内能（internal energyinternal energy）,指系统内部能量的总和，包括分子运动指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。子之间的相互作用位能等。2.U的绝对值
21、无法确定，只能求出变化值。具有能量的的绝对值无法确定，只能求出变化值。具有能量的量纲。量纲。1.系统内每个粒子的能量是粒子的微观性质，系统内每个粒子的能量是粒子的微观性质，U是这种是这种微观性质的总体表现，是系统的宏观性质，即状态函微观性质的总体表现，是系统的宏观性质，即状态函数数.概念说明概念说明热功当量热功当量1.2 1.2 化学反应的能量关系化学反应的能量关系焦耳（焦耳（JouleJoule）和迈耶和迈耶(Mayer)(Mayer)自自18401840年起，历经年起，历经2020多年，用各多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一
22、致的。即：即：1 cal=4.1840 J1 cal=4.1840 J这就是著名的这就是著名的热功当量热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明，为能量守恒原理提供了科学的实验证明能量守恒定律能量守恒定律 自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。总值不变。一、热力学第一定律一、热力学第一定律（The First Law of ThermodynamicsThe First Law of Thermodynamics）1.
23、1.文字表述文字表述 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。也可以表述为：也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的。第一类永动机（第一类永动机（first kind of perpetual motion first kind of perpetual motion mechinemechine)一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以
24、不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。2.2.第一定律的数学表达式第一定律的数学表达式 在化学热力学中，通常研究的宏观静止的系统，无整体运在化学热力学中，通常研究的宏观静止的系统，无整体运动，一般动，一般不考虑不考虑外力场存在（重力场、电磁场）因此系统的总外力场存在（重力场、电磁场）因此系统的总能量只考虑系统的热力学能。能量只考虑系统的热力学能。由于系统状态变化时，与环境交换的能量可归纳为热和功由于系统状态变化时，与环境交换的能量可归纳为热和功两种基本形式，如果两种基本形式，如果不考虑系统与环境间物质交换不考虑系统
25、与环境间物质交换的情况。的情况。能量守恒定律可用下式表示：能量守恒定律可用下式表示：系统能量的总改变量系统能量的总改变量=Q+WU=Q+W封闭系统封闭系统 封闭系统的任何热力学过程，系统热力学能的增量封闭系统的任何热力学过程，系统热力学能的增量等于系统与环境之间交换的热量与所作的功之和。等于系统与环境之间交换的热量与所作的功之和。U=Q+WQ Q、W W分别是各种形式的分别是各种形式的热与功，热与功，W W包括体积功和包括体积功和非体积功非体积功例例1如图所示，水中有一电炉丝，与外电源相接，水箱是绝热如图所示，水中有一电炉丝，与外电源相接，水箱是绝热的。假设该装置各部分可近似看作封闭系统，如果
26、按照以的。假设该装置各部分可近似看作封闭系统，如果按照以下几种情况选择系统，试判断下几种情况选择系统，试判断U、W和和Q的符号。的符号。1.以水为系统；以水为系统；2.以水和电炉丝为系统；以水和电炉丝为系统；3.以水、电炉丝和电源为系统；以水、电炉丝和电源为系统；系统的选择水绝热 例2：某系统由状态A沿途径变化到状态B时，吸热300J，同时系统对环境做功100J。当该系统沿另一途径自状态A变化到状态B时，系统对环境做功50J，则此过程Q为多少?解：据热力学第一定律 沿途径变化 U=Q+w =300+(-100)=200J 沿另一途径变化 U=Q+w Q=U-w =200-(-50)=250J二
27、、热化学和赫斯定律1 化学反应热效应化学反应热效应不做非体积功的反应系统，在反应物与生成物的温度不做非体积功的反应系统，在反应物与生成物的温度相等的条件下，反应系统吸收或放出的热量，称为化相等的条件下，反应系统吸收或放出的热量，称为化学反应热效应，简称反应热。学反应热效应，简称反应热。pQH 等压热效应等压热效应 :反应在等压下进行所产生的热效应反应在等压下进行所产生的热效应。pQH=U+pV概念说明：概念说明：1)焓不是热力学第一定律的必然结果，是人为引进焓不是热力学第一定律的必然结果，是人为引进的派生函数，通常条件下，不具有任何物理意义。的派生函数，通常条件下，不具有任何物理意义。2)焓是
28、系统的状态函数，具有能量的量纲，绝对值焓是系统的状态函数，具有能量的量纲，绝对值无法测定。无法测定。表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。程式。因为因为U,H的数值与系统的状态有关，所以方程式的数值与系统的状态有关，所以方程式中应该注明物态、温度、压力、组成等。对于固态还中应该注明物态、温度、压力、组成等。对于固态还应注明结晶状态。应注明结晶状态。例如：298.15 K时 22H O(l,)H O(g,)pp$-1rm(298.15 K)40.6 kJ molH$2.2.热化学方程式热化学方程式3.3.赫斯定律赫斯定律18401840年赫
29、斯根据大量实验结果发现：在相同的反应条件下，任年赫斯根据大量实验结果发现：在相同的反应条件下，任何一个化学反应不论是一步完成，还是分几步完成，反应的热何一个化学反应不论是一步完成，还是分几步完成，反应的热效应总是相同的。效应总是相同的。对于进行得太慢的或反应程度不易控制而无法直接测定反应热对于进行得太慢的或反应程度不易控制而无法直接测定反应热的化学反应，将热化学方程式像代数方程式一样进行计算，从的化学反应，将热化学方程式像代数方程式一样进行计算，从而可以根据实验已经测定的反应热数据计算实验难以测量甚至而可以根据实验已经测定的反应热数据计算实验难以测量甚至不能测量的反应热。不能测量的反应热。应用
30、盖斯定律计算时注意两点应用盖斯定律计算时注意两点（1 1）反应条件相同、聚集状态相同的同一物质才能取消合并）反应条件相同、聚集状态相同的同一物质才能取消合并（2 2）在将反应式乘或除以某系数时，）在将反应式乘或除以某系数时，也必须同乘或除以也必须同乘或除以该数该数mrH例如例如求反应求反应 21()()2CO gCO g石墨）的反应热效应的反应热效应 解：解：根据盖斯定律可以用已知反应的热效应求算根据盖斯定律可以用已知反应的热效应求算 22()()CO gCO g石墨）；1()mHT221()()()2CO gO gCO g（1）（2）；2()mHT用代数方程法求：方程用代数方程法求：方程（1
31、 1）-方程（方程（2 2）可以得可以得到所求方程到所求方程312()HTHH 1.1.反应进度（反应进度（extent of reaction）对任一反应对任一反应 GFEDgfed定义反应进度定义反应进度 BBddefdnBdefnB反应进行到任意程度反应进行到任意程度时物质时物质 B的变化量的变化量 量纲为量纲为mol 当当 时，表示反应按反应计量系数的特定组合进行了一个时，表示反应按反应计量系数的特定组合进行了一个基本单元的化学反应，反应进度为基本单元的化学反应，反应进度为 lmol。1称为称为B B的化学计量数，为的化学计量数，为无量纲的量，对反应物取无量纲的量，对反应物取负值、生成
32、物取正值负值、生成物取正值 反应进度的优点：反应进行到任意时刻，可用任一反应物或任反应进度的优点：反应进行到任意时刻，可用任一反应物或任一生成物来表示反应进行的程度，所得值均相等。一生成物来表示反应进行的程度，所得值均相等。三、标准态和生成焓注意：应用反应进度，必须与化学反应计量方程相对应。例如：HCl2ClH22221122HClHCl 当 都等于1 mol 时，两个方程所发生反应的物质的量显然不同。2.物质的标准态物质的标准态气体的标气体的标准态：准态：在标准压力下表现出理想气体性质的纯气在标准压力下表现出理想气体性质的纯气态物质态物质液体、固体物液体、固体物质的标准态：质的标准态：在标准
33、压力下的纯液体或纯固体在标准压力下的纯液体或纯固体 物质的标准态强调物质的压力必为标准压力，对温物质的标准态强调物质的压力必为标准压力，对温度并无限定，每个温度都有一个标准态。标准压力度并无限定，每个温度都有一个标准态。标准压力 kPa100p溶液的标溶液的标准态：准态：在标准压力下，溶液浓度在标准压力下，溶液浓度c=1mol/L=cc=1mol/L=c的的状态状态3.3.反应的标准摩尔焓变反应的标准摩尔焓变 )(mrTH反应进度为反应进度为lmollmol时的焓变值，称为反应的摩尔焓变时的焓变值，称为反应的摩尔焓变 )(mrTH在反应温度及标准压力下，参与反应的物质都处于标准态，反应在反应温
34、度及标准压力下，参与反应的物质都处于标准态，反应进度为进度为lmollmol时的焓变值，称为反应的标准摩尔焓变。时的焓变值，称为反应的标准摩尔焓变。注意：注意：化学计量方程式不同，当反应进度都是化学计量方程式不同，当反应进度都是lmollmol时，其焓变时，其焓变值也不相同。值也不相同。反应物产物BBBBrHHH标准压力和反应温度标准压力和反应温度T时，由稳定单质反应生成时，由稳定单质反应生成1mol的生成物的生成物B时反应的热效应就叫该物质的标准摩尔生成焓。时反应的热效应就叫该物质的标准摩尔生成焓。4.标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓),(B,mfTH稳定单质是指定条件下最稳定的状态。由标准摩尔
35、生成焓的定义稳定单质是指定条件下最稳定的状态。由标准摩尔生成焓的定义可知，所有稳定单质自身的标准摩尔生成焓在任何温度可知，所有稳定单质自身的标准摩尔生成焓在任何温度T T时都等时都等于零。于零。OH(l)CH(g)O21(g)H2)C(322石墨1mrmolkJ66.238 H1mr3mfmolkJ66.238K)l,298OH,(CHHH5.利用标准摩尔生成焓计算利用标准摩尔生成焓计算化学反应焓变化学反应焓变dD +eE298K 298K298K标准状态标准状态下的稳定单质下的稳定单质fF +gG298K 298K )(mrTHm,1rHm,2rHK)(E,298K)(D,298mfmfm,
36、1rHeHdHK)(G,298K)(F,298mfmf2m,rHgHfH2m,rmrm,1rHHHK)(G,298K)(F,298mfmfmrHgHfHK)(E,298K)(D,298mfmfHeHd该计算表明：化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成该计算表明：化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成焓之和。焓之和。rmrm,2rm,1HHH 反应物）产物）(-(mfimfimrHHH例3：计算298.15K、标准态下，反应2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)的mrH四、键能定义：标准态
37、下定义：标准态下1mol气态分子气态分子AB的化学键断开形的化学键断开形成气态的中性原子成气态的中性原子A和和B时所吸收的热量。时所吸收的热量。rmBBbBB()(-(反物）物）mmHTHH标准键能的表示：标准键能的表示：计算：计算：局限性：由键能计算所得的反应焓变精确度不高，但局限性：由键能计算所得的反应焓变精确度不高，但可以用来估计反应的焓变可以用来估计反应的焓变mbH一、自发过程一、自发过程自发变化：自发变化：在一定条件下，不需外力推动，任其自然在一定条件下，不需外力推动，任其自然就能自动发生，称为自发过程。就能自动发生，称为自发过程。(1)焦耳热功当量中功自动转变成热(2)气体向真空膨
38、胀(3)热量从高温物体传入低温物体(4)浓度不等的溶液混合均匀(5)锌片与硫酸铜的置换反应等1.3 化学反应的方向特点：特点：1.自发过程无需外力，有明显的方向性，是单向的，自发过程无需外力，有明显的方向性，是单向的，由远离平衡到平衡。由远离平衡到平衡。2.自发过程是热力学的不可逆过程。自发过程是热力学的不可逆过程。贝塞罗经验规则贝塞罗经验规则：在没有外界能量的参与下，化学反：在没有外界能量的参与下，化学反应总是朝着放热更多的方向进行。应总是朝着放热更多的方向进行。结论结论：不能把焓作为化学反应自发性地判据，系统的：不能把焓作为化学反应自发性地判据，系统的混乱度、温度的变化是许多化学、物理过程
39、自发进行混乱度、温度的变化是许多化学、物理过程自发进行的因素。的因素。二、熵1.熵的含义熵的含义系统的混乱度与系统的某一状态函数相对应，并且存系统的混乱度与系统的某一状态函数相对应，并且存在某种对应关系。热力学中，该函数成为熵。混乱度在某种对应关系。热力学中，该函数成为熵。混乱度越大，熵值越大，混乱度越小，熵值越小。越大，熵值越大，混乱度越小，熵值越小。v熵的量纲熵的量纲J.K-1。是系统的状态函数。是系统的状态函数。v熵有确切的物理含义，其反映了体系内微观粒子熵有确切的物理含义，其反映了体系内微观粒子运动的混乱程度。运动的混乱程度。v熵可以得到绝对值。熵可以得到绝对值。热力学第三定律热力学第
40、三定律：在在绝对零度绝对零度时，任何纯物质的完美时，任何纯物质的完美晶体的熵等于零。通过实验和计算可以得到物质的绝晶体的熵等于零。通过实验和计算可以得到物质的绝对熵。对熵。标准状态下，标准状态下，1mol纯物质的熵称为该物质纯物质的熵称为该物质的标准摩尔熵的标准摩尔熵。单位为。单位为J/mol/Km(K)ST物质熵的变化规律：物质熵的变化规律：1）随温度的升高而增大）随温度的升高而增大2）同一物质，聚集状态不同熵值不同，气态的大于液）同一物质，聚集状态不同熵值不同，气态的大于液态大于固态的熵值。态大于固态的熵值。3）对于摩尔质量相同的物质，结构越复杂熵值越大。）对于摩尔质量相同的物质，结构越复
41、杂熵值越大。2.熵变的计算熵变的计算rmBmBmBB(298K)(298K)-(298K)物，反物，Sv Sv Srm0S熵值增加，有利于反应自发进行熵值增加，有利于反应自发进行rm0S熵值减少，不利于反应自发进行熵值减少，不利于反应自发进行估计反应的熵变估计反应的熵变1）气体分子数增加的反应，是熵增加的过程）气体分子数增加的反应，是熵增加的过程2）气体分子数减少的反应，是熵减少的过程）气体分子数减少的反应，是熵减少的过程3）不涉及气体分子数变化的过程，熵值变化很小）不涉及气体分子数变化的过程，熵值变化很小看例题看例题三、热力学第二定律和吉布斯函数1.化学反应方向的判据化学反应方向的判据 de
42、f GHTSvG是系统的状态函数，具有能量的量纲。是系统的状态函数，具有能量的量纲。vG无确切的物理含义，是状态函数的组合，其绝对无确切的物理含义，是状态函数的组合，其绝对值不知道。值不知道。新函数新函数rm(K)GT化学反应在标准状态下进行化学反应在标准状态下进行1mol反应的吉布反应的吉布斯自由能变为标准摩尔吉布斯自由能变。斯自由能变为标准摩尔吉布斯自由能变。化学反应的判据化学反应的判据如果体系在等温、等压、且不作非体积功的条件下rmrmrmGHTS 1），反应正向自发进行0rmG2），反应正向不能自发进行0rmG3），反应处于平衡状态0rmG判据使用条件：判据使用条件：1）系统必须是封闭
43、系统，系统环境之间无物质交换。）系统必须是封闭系统，系统环境之间无物质交换。2）判据只给出了某温度、压力下反应的可能性，不能）判据只给出了某温度、压力下反应的可能性，不能说明其他温度、压力条件下反应的可能性。说明其他温度、压力条件下反应的可能性。3）反应系统必须不做非体积功）反应系统必须不做非体积功 因为Gibbs自由能的绝对值不知道，所以只能用相对标准，将标准压力下稳定单质的生成Gibbs自由能看作零，则：在温度在温度T和标准压力下，由最稳定的纯态单质生成和标准压力下，由最稳定的纯态单质生成1mol的生成物的生成物B时反应的标准吉布斯自由能的变化值，时反应的标准吉布斯自由能的变化值，称为该生
44、成物称为该生成物B的标准摩尔生成吉布斯自由能的标准摩尔生成吉布斯自由能fmG（化合物，物态，温度）没有规定温度，通常在298.15 K时的表值容易查阅2.标准摩尔吉布斯自由能变的计算标准摩尔吉布斯自由能变的计算1）利用物质的标准摩尔生成吉布斯自由能计算）利用物质的标准摩尔生成吉布斯自由能计算在标准态下，反应标准摩尔在标准态下，反应标准摩尔Gibbs自由能计算公式：自由能计算公式：rmBfmBfmBB()-()GGG产物反应物2）任意温度下标准摩尔吉布斯自由能变的计算）任意温度下标准摩尔吉布斯自由能变的计算rmrmrmrmrm(K)(K)(K)(298.15K)(298.15K)GTHTTSTH
45、TS 看例题看例题1.4化学反应的程度及其转化率的提化学反应的程度及其转化率的提高高问题的提出：在给定的条件下，一个反应究竟有多问题的提出：在给定的条件下，一个反应究竟有多少反应物可以转化为产物？外界条件对反应进行的少反应物可以转化为产物？外界条件对反应进行的限度有什么影响？限度有什么影响？一、可逆反应与化学平衡一、可逆反应与化学平衡1.可逆反应可逆反应在一定条件下，一个化学反应既能向正向进行又能向逆在一定条件下，一个化学反应既能向正向进行又能向逆向进行的反应叫可逆反应。向进行的反应叫可逆反应。2.化学平衡化学平衡正逆反应速率相等的状态叫化学平衡。一定条件下，平衡正逆反应速率相等的状态叫化学平
46、衡。一定条件下，平衡状态是该条件下反应进行的最大限度。状态是该条件下反应进行的最大限度。可逆反应的正、逆反应速率相等，达到平衡，可逆反应的正、逆反应速率相等，达到平衡，反应体系中各物质的量不随时间变化。反应体系中各物质的量不随时间变化。是一种动态的平衡，实际上正逆反应都在进行。是一种动态的平衡，实际上正逆反应都在进行。平衡是有条件的，条件改变，平衡会被破坏。平衡是有条件的，条件改变，平衡会被破坏。化学平衡的特征化学平衡的特征二、平衡常数1.实验平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化学反应限度的一种特征值，平衡常平衡常数是表明化学反应限度的一种特征值，平衡常数越大，表示正反应进行的越完全。数越大，
47、表示正反应进行的越完全。2.标准平衡常数标准平衡常数任何可逆反应，在一定温度下达平衡时，产物、反应物平任何可逆反应，在一定温度下达平衡时，产物、反应物平衡浓度幂的乘积的比值为一常数，叫化学平衡常数。例衡浓度幂的乘积的比值为一常数，叫化学平衡常数。例如，如，、。其量纲一般不为一。其量纲一般不为一。cKpK化学等温方程式化学等温方程式QRTTGlnm)(rmGrJ反应商反应商气体反应气体反应CDABJnmabpppppppp 对于水溶液（离子）反应对于水溶液（离子）反应DBJnmCabAcccccccc 反应处于平衡状态反应处于平衡状态气体反应气体反应CDABKnmeepabeepppppppp
48、对于水溶液（离子）反应对于水溶液（离子）反应DBKnmCeecabAeecccccccc 平衡状态平衡状态mGr0KJ 根据等温方程式根据等温方程式rmln0GRTKrmlnGRTK 标准平衡常数标准平衡常数1）标准平衡常数可有热力学函数计算得到。）标准平衡常数可有热力学函数计算得到。2）平衡常数的表达式中固体、纯液体、稀溶液中溶剂）平衡常数的表达式中固体、纯液体、稀溶液中溶剂的的“浓度项浓度项”不必列出。（看不必列出。（看p17例子）例子）3）平衡常数的值与温度、方程式的书写有关系。（看）平衡常数的值与温度、方程式的书写有关系。（看p17例子）例子）RTGmrexpK一个系统中同时存在几个相
49、互联系的平衡常称为多重一个系统中同时存在几个相互联系的平衡常称为多重平衡。平衡。3.多重平衡规则多重平衡规则如果反应式之间有关联，那么平衡常数之间也有关联，如果反应式之间有关联，那么平衡常数之间也有关联，这种关系成为多重平衡规则。这种关系成为多重平衡规则。方程式方程式 平衡常数平衡常数相加相加 相乘相乘相减相减 相除相除出现系数出现系数 变为指数变为指数22rm(1)C(s)O(g)CO(g)(1)G122rm2(2)CO(g)O(g)CO(g)(2)G12rm2(3)C(s)O(g)CO(g)(3)Grmrmrm(3)(1)(2)GGG(1)(3)(2)pppKKK(1)-(2)得（3）例如
50、，求 的平衡常数122C(s)O(g)CO(g)计算实验不易测定的 和平衡常数rmGH2O(g)=H2(g)+1/2O2(g)SO2(g)=S(g)+O2(g)H2S(g)=S(g)+H2(g)3H2(g)+SO2(g)=2H2O(g)+H2S(g)=2三、平衡转化率的计算三、平衡转化率的计算 转化率指的是转化掉的某反应物占起始反应物的分数。转化率指的是转化掉的某反应物占起始反应物的分数。而在化学平衡中的转化率均指平衡转化率，是反应达到而在化学平衡中的转化率均指平衡转化率，是反应达到平衡时某反应物转化为产物理论上能达到的最大转化率。平衡时某反应物转化为产物理论上能达到的最大转化率。转化率越大，
