四川大学：《物理化学》课程教学资源（课件讲稿）第三章 化学反应热力学

第三章化学反应热力学

第三章 化学反应热力学

第三章化学反应热力学 ·化学反应热力学利用热力学第一定律来 解决化学反应中的能量变化即化学反应 的热效应； ·利用热力学第二定律来解决化学反应的 方向和限度即化学平衡

第三章 化学反应热力学 ™ 化学反应热力学利用热力学第一定律来 解决化学反应中的能量变化即化学反应 的热效应； ™ 利用热力学第二定律来解决化学反应的 方向和限度即化学平衡

§3一1化学反应的焓变 1、反应进度 对任何化学反应可用一个通式来表示，即 ● 0=EVRB 式中B为参加反应的任何物质。VB是物质B在该化学 反应方程式中的化学计量数。并规定反应物的VB为负 值，产物的VB为正值。 例如合成氨反应， 0=2NH3-3H2-N2 式中 yNH,=2,VH2=-3,VN2=-1

§3—1 化学反应的焓变 • 1、反应进度 • 对任何化学反应可用一个通式来表示，即 • 0 = ΣvBB • 式中B为参加反应的任何物质。vB是物质B在该化学 反应方程式中的化学计量数。并规定反应物的vB为负 值，产物的vB为正值。 • 例如合成氨反应， • 0 = 2NH3 – 3H2 – N2 • 式中 2, 3, 1 NH3 H2 N2 v = v = − v = −

5=4n=”,0-na0) VE S称为反应进度。nB(t)和nB(O)分别表 示t时刻和0时刻物质B的物质的量。 △nB=nB(t)-nB(O)=VBξ dnB =vadg 应的量纲为mol 当§=1mol时，各反应物质的△ng= Vgmol,.即称为发生了1mol的反应，或者 说按给定的化学计量方程式完成了1ol的反 应

• ξ 称为反应进度。nB（t）和nB（0）分别表 示t时刻和0时刻物质B的物质的量。 • ΔnB = nB（t）- nB（0）= vB ξ • ξ应的量纲为mol • 当ξ=1mol时，各反应物质的ΔnB = vBmol，即称为发生了1mol的反应，或者 说按给定的化学计量方程式完成了1mol的反 应。 ( ) (0) BB B B B n nt n v v ξ ∆ − = = dnB = vB dξ

对于同一个化学反应，由于化学计量方程式可以有不 同的写法，在进行相同量的反应时，反应进度是不相 同的。 例如当合成氨反应写为： 0=2NH3-3H2-N2 当反应进度为1mol时，即有3molH2和1molN2 反应生成了2 mol NH3 0=NH二N2-Hg 同样进行上面所述的生成2mol1的NH3的反应，则反 应进度为2mo1 在用描述反应进行的程度时，必须给出具体的化学 计量方程式

• 对于同一个化学反应，由于化学计量方程式可以有不 同的写法，在进行相同量的反应时，反应进度是不相 同的。 • 例如当合成氨反应写为 ： • 0 = 2NH 3 – 3H 2 – N 2 • 当反应进度为1mol时，即有3mol H 2 和1mol N 2 反应生成了2mol NH 3 • 同样进行上面所述的生成2mol 的NH 3的反应，则反 应进度为2mol • 在用ξ描述反应进行的程度时，必须给出具体的化学 计量方程式。 3 2 H 2 2 3 N 2 1 0 = NH − −

2、标准摩尔反应焓变 当系统中进行了1mol的反应时，系统的焓变称为摩 尔反应焓变，用△Hm表示。 A.H =A.H △Hm的单位是)mo1或kJmo1

• 2、标准摩尔反应焓变 • 当系统中进行了1mol的反应时，系统的焓变称为摩 尔反应焓变，用ΔrHm表示。 • ΔrHm的单位是J·mol-1或kJ·mol-1。 r r m H H ξ ∆ ∆ =

热力学标准态(theomodynamic standard states) 。 对于纯固体和纯液体规定：在反应温度T，,标准压力 时的纯固体、纯液体本身的状态为其标准态。 对于气体物质规定：在反应温度T,标准压力时服从 理想气体行为的纯态气体为其标准态，理想气体客观 上是不存在的，实际气体在下并不完全服从理想气体 的行为，故实际气体的标准态是一个假想态。 。 按以上规定标准态没有指定温度，因此，每一个温度 T都存在一个标准态

• 热力学标准态（theomodynamic standard states） • 对于纯固体和纯液体规定：在反应温度T，标准压力 时的纯固体、纯液体本身的状态为其标准态。 • 对于气体物质规定：在反应温度T，标准压力时服从 理想气体行为的纯态气体为其标准态，理想气体客观 上是不存在的，实际气体在下并不完全服从理想气体 的行为，故实际气体的标准态是一个假想态。 • 按以上规定标准态没有指定温度，因此，每一个温度 T都存在一个标准态

对于任一化学反应aA+bB=L十mM。则有 △，H,(T)=IH(T)+mH8(T)-aH8(T)-bH8(T) 。0=2VBB △，HR(T)=∑'BH8(T)=fT)

• 对于任一化学反应aA + bB =lL+mM。则有 • 0 = ΣvBB ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) O O O O O ∆r Hm T = lH L T + mH M T − aH A T − bH B T ( ) ( ) ( ) O O H T v H B T f T B ∆r m = ∑ B =

3、标准摩尔生成焓 。 定义：在反应温度T,由处于标准状态的“稳定态单 质"生成1ol标准状态下指定相态的化合物的反应的 焓变称为该化合物的标准摩尔生成焓 (standard molar enthalpy of formation) 或标准摩尔生 成热(standard molar heat of formation), △HR(B) 用符号 表示。式中下标千"表示生成。 其单位是Jmo1“或kJ-mol-i”。 盛发应2815K)=-231o 2 2 DrH8(298.15K) 米P标准摩尔生成焓 为

• 3、标准摩尔生成焓 • 定义：在反应温度 T，由处于标准状态的 “稳定态单 质 ”生成1mol标准状态下指定相态的化合物的反应的 焓变称为该化合物的标准摩尔生成焓（standard molar enthalpy of formation）或标准摩尔生 成热（standard molar heat of formation）， • 用符号 表示。式中下标“f ”表示生成。 其单位是“J·mol-1 ” 或“kJ·mol-1 ” 。 • 例如，氯化氢的生成反应如下： • 则HCl(g)的标准摩尔生成焓 为 H (g) HCl(g); 2 1 Cl (g) 2 1 2 + 2 = O 1 (298.15K) 92.31kJ mol − ∆ = − ⋅ r H m O ( ) ∆ f m H B O (298.15K) D f m H 1 92.31kJ mol- - 

关于标准摩尔生成焓的规定作如下几点说明： 1) 标准态的压力为 pe =100kPa 2) 根据标准态的规定，反应温度T并不是一个不变的温 度。可以根据研究问题的方便来指定。通常在各种 手册中查到的△H 数据大多数是25℃ (298.15K)的值； 3) 所谓稳定态单质，即在此温度T、标准压力p下最 稳定形态的单质。例如，在298.15K,p°下，碳单 质的稳定相是石墨而不是金刚石；氧则是02(g) 而不是O2();溴(Br2)的稳定单质为液态Br2 (),而不是气态Br2（g）)。 4) 稳定态单质的标准摩尔生成焓应该为零

„ 关于标准摩尔生成焓的规定作如下几点说明： 1) 标准态的压力为 ； 2) 根据标准态的规定，反应温度T并不是一个不变的温 度。可以根据研究问题的方便来指定。通常在各种 手册中查到的 数据大多数是25℃ （298.15K）的值； 3) 所谓稳定态单质，即在此温度T、标准压力 下最 稳定形态的单质。例如，在298.15K， 下，碳单 质的稳定相是石墨而不是金刚石；氧则是O2（g） 而不是O2（l）；溴（Br2）的稳定单质为液态Br2 （l），而不是气态Br2（g）。 4) 稳定态单质的标准摩尔生成焓应该为零。 O p kPa =100 O ∆ f Hm O p O p