第一章化学反应中的质量和能量关系解析.ppt

1.1 化学中的计量 化学是研究物质的组成、结构、性质及化学反应的科学。 物质发生化学反应时通常伴随质量和能量变化，从更普遍的角度出发，需要研究它们表示方法，再研究变化规律。 例：24.3克镁条在空气中燃烧，不仅发出耀眼的白光，释放热量，而且最后生成40.3克氧化镁。 元素是具有相同质子数的一类单核粒子的总称。 具有确定质子数和中子数的一类单核粒子称为核素。 质子数相等而中子数不等的同一元素称为同位素。碳有两种同位素12C和13C。 相对原子质量就是元素的平均原子质量与12C原子质量的1/12之比。 相对分子质量：就是元素的平均原子质量与12C原子质量的1/12之比。 1.1.5 气体的计量 理想气体： 1、分子之间的距离大； 2、分子本身的体积和作用力可以忽略。 气体的分压 对于多组分的气体混合物，其中某一组分气体B对器壁所施加的压力称为该气体的分压（PB)，等于相同温度下该气体单独占有该体积时的压力。 解（1）n（CO2）= m（CO2）/M（CO2） = 5.00/44.01=0.114mol p（CO2）=n（CO2）RT/V= 0.114×8.314×303.15/0.01=2.87×104Pa 1.1.6 化学计量混合物和非 化学计量化合物是具有确定组成，而且各种元素的原子数目互成简单整数比的化合物，又称整比化合物。 合成氨的反应写成 N2(g) + 3H2(g) == 2NH3(g) 时 υ (N2)= －1； υ (H2)= －3； υ (NH3)= 2 若写成 ? N2 (g) + 3/2 H2 (g) == NH3 (g) 则υ (N2)= － ? , υ (H2)= －3/2, υ (NH3)= 1 对于其逆反应，氨分解反应，写成下面的形式 0 = N2 (g) + 3 H2 (g) - 2NH3 (g) υ (N2)= 1 , υ (H2)= 3, υ (NH3)= -2  反应进度ξ 对于一般化学反应式的定义为： ξ=0，反应还未进行。 ξ=1mol,则反应完全按方程化学反应计量数进行，即amolA与bmolB反应物完全作用生成ymolY和zmolZ产物，这时的反应进度为1mol，简称摩尔反应。 1.3 化学反应中的能量关系 体系的分类 3 热和功 系统对环境做功，即封闭系统膨胀（从V1到V2），因为系统失去能量， w应为负值。膨胀时，W = P（ V2 － V1 ）＞0， ∴ W = －P （ V2 － V1 ） 同理，环境对系统做功，系统得功， q应为正值。 ∴ W = －P （ V2 － V1 ） 体积功的表达式为： 热力学能 热力学能是状态函数，用符号U表示，它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。 对孤立体系,△U=0 3 一个体系从同一个始态到同一个终态，可以经历不同的途径。Q、W数值可能不同，但代数和相同，即热力学能的变化都是相同的 。 因为热效应的数值与体系的状态有关，所以方程式中应该： ①注明反应的条件温度、压力； ②要注明各物质的聚集状态（l、g、s）以及晶型。 解：△H = Qp =－89.5kJ △U = △H－△nRT = －89.5－（3－0）×8.314×298.15/1000 = －96.9kJ 根据焓是状态函数的概念，或盖斯定律，只要始态（反应物）、终态（产物）确定，就可以设计任意过程来计算一个化学反应的焓变。 （3）= [（1） + （2） /3] 已知热化学反应 Qp=－16.7kJ· mol-1 思考：若反应 C(石墨) + O2(g) →CO2(g) 的qp,m为 –393.5kJ·mol –1，则该反应的qV,m 为多少？ 解: 该反应的Δn(g) = 0， QV = Qp ， 对于没有气态物质参与的反应或Δn(g) = 0的反应，QV ? Qp； 对于有气态物质参与的反应，且Δn(g)?0的反应，QV ? Qp； 对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。 1. 已知水在101.325 kPa下正常沸点温度（373 K）时的蒸发热为40.7 kJ.mol-1。试估算1 mol水在该蒸发过程中的体积功w体和△U。 已知在298.15K、101.325kPa时， A+B→C+D（△rH?m = 70 kJ·mol–1） （1） 3C+3D→2N（△rH?m = –20 kJ·mol –1） （2） 则A+B→2/3N （3） 的△rH? m是多少？ △rH