1、 College of Material Chemistry and Chemical Engineering 1.1 物质的聚集态和层次物质的聚集态和层次 1.2 化学中的计量化学中的计量第一章第一章 化学反应中的质量关化学反应中的质量关系和能量关系系和能量关系1.4 化学反应中的能量关系化学反应中的能量关系 1.3 化学反应中的质量关系化学反应中的质量关系 1.1 物质的聚集态和层次物质的聚集态和层次 1.1.1 物质的聚集态物质的聚集态 1.1.1.1 物质三态物质三态 日常生活中人们接触到的自然界物质通常有气体日常生活中人们接触到的自然界物质通常有气体（gas）、液体（）、液体（liq
2、uid）和固体（）和固体（solid）三种聚集状）三种聚集状态。态。其中气体、液体属流态，液体、固体属凝聚态。其中气体、液体属流态，液体、固体属凝聚态。在一定条件下，气、液、固三态还可以共存，如在在一定条件下，气、液、固三态还可以共存，如在0.01 C、611.6 Pa下，水、冰、水蒸气可以共存。下，水、冰、水蒸气可以共存。1.1.1.2 等离子态等离子态 在足够高的温度或辉光放电条件下，气体分子会在足够高的温度或辉光放电条件下，气体分子会部分甚至几乎完全解离为原子并进一步电离为气态离部分甚至几乎完全解离为原子并进一步电离为气态离子。一般情况下，这种电离的气体包含正、负电荷总子。一般情况下，这
3、种电离的气体包含正、负电荷总数相等的正离子、电子，以及少量电中性的原子、分数相等的正离子、电子，以及少量电中性的原子、分子。当电离产生的带电粒子达到一定的密度并能持续子。当电离产生的带电粒子达到一定的密度并能持续存在足够长的时间，存在足够长的时间，这种高电离的气体与原来未电离这种高电离的气体与原来未电离时相比较，性质上（导电性、粒子间作用力、受磁场时相比较，性质上（导电性、粒子间作用力、受磁场的影响以及化学反应活性等）发生了根本性的变化，的影响以及化学反应活性等）发生了根本性的变化，呈现为一种有别于气、液、固三态的新物态呈现为一种有别于气、液、固三态的新物态等离等离子态（子态（plasma s
4、tate），意指其中粒子所带的正电荷量），意指其中粒子所带的正电荷量和负电荷量相等。和负电荷量相等。只要急剧加热到只要急剧加热到2万摄氏度左右，所有物质都呈等万摄氏度左右，所有物质都呈等离子态。离子态。由于等离子体的独特性能，等离子体技术在许多由于等离子体的独特性能，等离子体技术在许多科技领域获得广泛应用，除了被应用于照明、金属焊科技领域获得广泛应用，除了被应用于照明、金属焊接、表面镀膜、表面刻蚀等一般性的技术领域外，在接、表面镀膜、表面刻蚀等一般性的技术领域外，在化学、化工领域如化学合成、高分子聚合、溅射制膜、化学、化工领域如化学合成、高分子聚合、溅射制膜、化学气相沉积及发动机废气治理等方面
5、均有应用。化学气相沉积及发动机废气治理等方面均有应用。尤尤其是冷等离子体技术，在化学、化工领域更具有实用其是冷等离子体技术，在化学、化工领域更具有实用价值，原因是高能量的电子可使反应物分子、原子电价值，原因是高能量的电子可使反应物分子、原子电离激活为活性粒子而利于反应，而且反应又能在较低离激活为活性粒子而利于反应，而且反应又能在较低的温度下进行。的温度下进行。自然界中的物质除了有气、液、固、等离子态以自然界中的物质除了有气、液、固、等离子态以外，在特殊条件下还有超固体、中子态、磁性超流态外，在特殊条件下还有超固体、中子态、磁性超流态以及辐射场态等。以及辐射场态等。1.1.2 物质的层次物质的层
6、次 物理学家把自然界中的物质按个体（或粒子）的空间物理学家把自然界中的物质按个体（或粒子）的空间尺度大小及运动规律划分为三个层次：尺度大小及运动规律划分为三个层次：层次层次 空间尺度空间尺度 遵循运动规律遵循运动规律 实例实例宇观宇观 106m 相对论力学相对论力学 地球、太阳、星云地球、太阳、星云宏观宏观 (10-8106)m 牛顿力学牛顿力学 交通工具交通工具微观微观 0；系统放热：Q 0。系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量。lFWex非体积功 功不是状态函数pexV1l体积功：系统对环境做功，W0（得功）2.功(W )规定：Vpex12exVVplApex1.4.2.2 热力学能
7、热力学能热力学能(U)：系统内所有微观粒子的全部 能量之和，也称内能。U是状态函数。UUU12 热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。1.4.2.3 热力学第一定律热力学第一定律WQU对于封闭系统热力学第一定律为：热力学定律的实质是能量守恒与转化定律。U1 U2QWU2=U1+Q+WU2-U1=Q+W1.4.2.4 焓变和热化学方程式焓变和热化学方程式1.焓和焓变对于封闭系统，在定容过程中UQVQV为定容反应热。VpQUpex12HHH0,0HH放热反应吸热反应在定压过程中，焓：焓变：Qp=H状态函数pVUH111222)(VpUVpUQp112212VpVpQUUp12ex12VV
8、pQUUp反应的摩尔焓变 rHm2.热化学方程式BBB0在一定条件下，化学反应反应的摩尔热力学能变rUmnUUUBmrnHHHBmr热化学方程式：标准状态：表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓变)关系的化学反应方程式。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)(298.15K)=-483.64kJmol-1rHm称为反应的标准摩尔焓变。rHm气体：T，p=p =100kPa液、固体：T，p 下，纯物质溶液：溶质B，bB=b =1molkg-1cB=c =1molL-12H2(g)+O2(g)2H2O(g)(298.15K)=-483.64kJmol-1rHm 聚集状态不同时，不同。rHm2H2(g)
9、+O2(g)2H2O(l)(298.15K)=-571.66kJmol-1rHm 化学计量数不同时，不同。rHm(298.15K)=-241.82kJmol-1rHmH2(g)+O2(g)H2O(g)21对于无气体参加的反应，W=pex V=0有气体参加的反应：WQU3.的关系rUmrHm=rUmrHm=pex VrHm n(g)RT=rHmRTB(g)=VpHUex4.标准摩尔生成焓 在温度T下,由参考状态单质生成物质B(B=+1)的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔生成焓。(B,相态,T)，单位是kJmol-1fHmH2(g)+O2(g)H2O(g)21(H2O,g,298.15K)=-2
10、41.82kJmol-1fHmfHm(参考态单质,T)=0 5.标准摩尔燃烧焓 在温度T下,物质B(B=-1)完全氧化成指定产物时的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔燃烧焓。)g(COC2)l(OHH2)O(l2H(g)CO (g)OOH(l)CH222233(B,相态,T)，单位是kJmol-1cHm(CH3OH,l,298.15K)=-440.68kJmol-1cHm0),g,CO(2TcHm0),l,OH(2TcHm1.4.2.5 Hess定律定律始态终态中间态 化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的。rHmrHm,1rHm,2rHm,1rHm,2rHm+=或rHm=r
11、Hm,i 例：已知298.15K下，反应：计算298.15K下，CO的标准摩尔生成焓。应用：1.利用方程式组合计算rHm)(gCO (g)OC(s)(1)22(1)=-393.5kJmol-1rHm(g)CO (g)OCO(g)(2)2221(2)=-282.98kJmol-1rHm解：利用Hess定律)(gOC(s)2)g(CO)g(O221 gCO2途径1途径2解法二：(1)rHm(3)rHm(2)rHm=+(1)rHm(2)rHm(3)rHm-=(1)rHm(2)rHm(3)rHm=-110.53kJmol-1(g)CO(g)OC(s)22222)(gCO(g)OCO(g)11CO(g)
12、(g)OC(s)22(1)rHm(2)rHm(3)rHm2.由标准摩尔生成焓求反应的标准摩尔焓变(g)5O(g)4NH23(g)6H(g)O5(g)2N222 gOH6)4NO(g2rHm=?fHm(NO,g)4fHm(H2O,g)6fHm(NH3,g)4fHm(O2,g)5(NO,g)+4fHm(H2O,g)6fHm(NH3,g)+-4fHm(O2,g)5fHmrHm=490.25+6(-241.82)-4(-46.11)-0kJmol-1=905.4 8kJmol-1结论：aA+bB yY+zZ(B,相态,T)fHmBrHm(T)=3.由标准摩尔燃烧焓计算反应的焓变)g(CO2结论：aA+bB yY+zZ(B,相态,T)-BrHm(T)=cHmrHm(3)rHm(1)cHm(C)=)(gOCO)(gOC(s)2212rHm(2)cHm(CO)=rHm(1)rHm(2)rHm(3)=-cHm(C)cHm(CO)=-
