【正文】 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)） ?應(yīng)用化學(xué)： 單質(zhì)和化合物知識；化學(xué)在相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用 ? 實(shí)驗(yàn)化學(xué)：主要是性質(zhì)或理論的驗(yàn)證，重要數(shù)據(jù)的測定 學(xué)習(xí)要求 ? 辨證的思維 ? 發(fā)展的眼光 ? 實(shí)踐的方法 首頁 上一頁 下一頁 末頁 8 熱化學(xué)與能源 第 1章 首頁 上一頁 下一頁 末頁 9 本章學(xué)習(xí)要求 ： ? 了解定容熱效應(yīng) (qv)的測量原理。 ?掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。 幾個基本概念 1. 系統(tǒng)與環(huán)境 環(huán)境 系統(tǒng) 系統(tǒng)與環(huán)境 首頁 上一頁 下一頁 末頁 12 系統(tǒng)與環(huán)境之間的聯(lián)系包括有能量交換與物質(zhì)交換兩類，針對二者之間聯(lián)系情況的差別，把系統(tǒng)分為三類： （ 1）敞開系統(tǒng)（ open system） 環(huán)境 有物質(zhì)交換 敞開系統(tǒng) 有能量交換 系統(tǒng)與環(huán)境之間 既有物質(zhì)交換，又有能量交換 首頁 上一頁 下一頁 末頁 13 （ 2）封閉系統(tǒng)（ closed system） 環(huán)境 無物質(zhì)交換 有能量交換 系統(tǒng)與環(huán)境之間 無物質(zhì)交換，但有能量交換 封閉系統(tǒng) 首頁 上一頁 下一頁 末頁 14 （ 3）隔離系統(tǒng)（ isolated system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間 既無物質(zhì)交換，又無能量交換 ， 故又稱為 孤立 系統(tǒng) 。 相與相之間有明確的界面。 液體 ：按其互溶程度可以組成 一相、兩相或三相共存。其分散度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到分子、離子級。 C)下， H2O(l), H2O(g)和 H2O(s)同時共存時系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。 系統(tǒng)的狀態(tài)就是指用來描述系統(tǒng)的 壓力 p、體積 V、溫度 T 等 的各種宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 22 狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì) ? 狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的 單值 函數(shù)。變?yōu)?p176。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 24 描述狀態(tài)或熱力學(xué)狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)。 強(qiáng)度性質(zhì)： 它的數(shù)值取決于系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，與系統(tǒng)的數(shù)量無關(guān)， 其量值 不具有加和性 ，如 溫度、壓力、密度等。 結(jié)論是 兩個廣度性質(zhì)的物理量的商是一個強(qiáng)度性質(zhì) 的物理量。 V1= V2， 稱 等容過程 。 過程視體系始末狀態(tài)，途徑視具體步驟 。它是在一系列無限接近平衡條件下進(jìn)行的過程。 實(shí)際過程都是不可逆過程。 例 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)通式形式表示下列合成氨的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式： N2 + 3H2 == 2NH3 解： 用化學(xué)反應(yīng)通式表示為： 0= N2 3H2 + 2NH3 首頁 上一頁 下一頁 末頁 34 6. 反應(yīng)進(jìn)度 反應(yīng)進(jìn)度 ? 的定義為： B B ,0 B( de f ) nn ??? ? BBdd n???設(shè)某反應(yīng) D E F GD E F G? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ????? ?? ,tt Dn En Fn Gn0,0 ?? ?t D,0n E,0n F,0n G,0n 單位： mol ? 和 分別代表任一組分 B 在起始和 t 時刻的物質(zhì)的量。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 36 反應(yīng)熱的測量 反應(yīng)熱 指化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。 （等容）反應(yīng)熱可在彈式量熱計(jì)中精確地測量。K1kg1 )，則： TCTTcmq ?????? )( 12nqq /m ?由于完全反應(yīng)， ξ = n 因此摩爾反應(yīng)熱： 思考 ： 反應(yīng)熱有定容反應(yīng)熱和定壓反應(yīng)熱之分。其標(biāo)準(zhǔn)寫法是： 先寫出反應(yīng)方程，再寫出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者之間用分號或逗號隔開 。 不相同， qp測得的是定壓反應(yīng)熱，（如在敞口容器中測得的是定壓反應(yīng)熱） qv測得的是定容反應(yīng)熱。 因此，只能用理論方法來計(jì)算反應(yīng)熱。 也可以表述為： 第一類永動機(jī)是不可能制成的。 其中，熱力學(xué)能從前稱為內(nèi)能。兩者的內(nèi)能相同嗎？ 答：相同。 熱的符號規(guī)定： 系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功 w ′。 功是大量質(zhì)點(diǎn)以有序運(yùn)動而傳遞的能量（如電子的有序運(yùn)動而 傳遞的電功）， 稱為 有序能 。(ΔV/A) = – p外 Δ V 圖 體積功示意圖 首頁 上一頁 下一頁 末頁 52 5. 理想氣體的體積功 理想氣體的定義 ： 氣體分子不占有體積，氣體分子之間的作用力為零的氣態(tài)系統(tǒng)被稱為理想氣體。 根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為： ? 定容反應(yīng)熱 恒容過程，體積功 w體 = 0，不做非體積功 w ′=0時，所以， w= w體 + w ′=0 ， qV = ΔU ? 定壓反應(yīng)熱 恒壓過程，不做非體積功時， w體 = – p(V2–V1)，所以 qp = ΔU + p(V2–V1) 思考 ： 這兩個公式有什么用處？ 答：可以利用這兩個公式計(jì)算反應(yīng)熱。 思考 ： 焓是狀態(tài)函數(shù)嗎？能否知道它的絕對數(shù)值？ 答：是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對數(shù)值。mol –1，則該反應(yīng)的 qV,m 為多少？ 答：該反應(yīng)的 Δn(g) = 0， qV = qp 小結(jié) （ 1）對于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或 Δn(g) ? 0的反應(yīng)， qV ? qp （ 2）對于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且 Δn(g)?0的反應(yīng)， qV ? qp 首頁 上一頁 下一頁 末頁 57 3. 蓋斯定律 化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的 始態(tài) 或 終態(tài) 有關(guān)而與 變化的途徑 無關(guān)。 12, m o ????? H mr COO21CO 22 ?? COO21CO 22 ??附例 已知反應(yīng) COOC22 ??和 的反應(yīng)焓， 計(jì)算 COO21C 2 ??的反應(yīng)焓， COOC 22 ??解： 11, m o 9 3 ????? H mr即在恒容或恒壓條件下，一個化學(xué)反應(yīng)不論是一步 完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱完全相同。如 C：石墨 (s)； P為白磷 (s)，即 P（ s，白）。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時由 指定單質(zhì) 生成 單位物質(zhì)的量 的純物質(zhì) B時反應(yīng)的焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，記作 。mol1。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 67 附例 設(shè)反應(yīng)物和生成物均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，計(jì)算 1mol乙炔完全燃燒放出的能量。 ? 能源是當(dāng)今社會的三大支柱（材料、能源、信息）之一。可利用之 “ 有效能 ” 減少了，于是產(chǎn)生了能源危機(jī) 首頁 上一頁 下一頁 末頁 73 煤炭與潔凈煤技術(shù) 我國煤炭的一個特點(diǎn)是煤炭中含硫量較高，煤炭中的硫在燃燒時生成二氧化硫。 3）能源利用率低，能耗高浪費(fèi)嚴(yán)重。kg1。 思考 ： 世界原油儲量最大的地區(qū)在哪兒？我國的原油產(chǎn)地在哪兒？ 答：世界原油儲量最大的地區(qū)是中東。 95%的汽油用于驅(qū)動汽車。 解決方法：采用無鉛汽油，對汽車尾氣進(jìn)行催化凈化。 沼氣約含 60%的甲烷，其余為二氧化碳和少量的CO、 H H2S等。沼氣也屬于生物質(zhì)能。xH2O (s)。 分布：深水大陸架和陸地永久凍土帶。 來源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產(chǎn)品。 2： 開放性的結(jié)論 1992年，聯(lián)合國環(huán)境于發(fā)展大會上提出了社會、經(jīng)濟(jì)、人口、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的口號。 圖 治理前的熱電廠 最有希望的清潔能源是氫能、太陽能以及核能和生物質(zhì)能等。 ? 燃燒反應(yīng)速率快，功率高 ? 原料是水，取之不盡 ? 產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境 思考 ： 用氫作能源目前還存在一些問題，你認(rèn)為是哪些方面的問題？ 經(jīng)濟(jì)的制備方法，安全高效的儲運(yùn)方法和有效地利用。是研究的熱點(diǎn)。 LaNi5 + 3H2 LaNi5H6 300kPa 加熱 首頁 上一頁 下一頁 末頁 87 太陽能 太陽能是一種取之不盡、用之不竭的天然核聚變能。其原理就是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，是目前直接利用太陽能的最主要方式。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 89 2. 轉(zhuǎn)換為電能 思考 ： 你能舉出光能轉(zhuǎn)換為電能的例子嗎？ 光電池是人們最感興趣的將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種設(shè)備。 思考 ： 你能舉出一些將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的例子嗎？ 太陽能光解制氫是近幾年的熱門研究課題。釋放的能量用質(zhì)能方程計(jì)算： 2mcE ???在中子的轟擊作用下，較重原子核 分裂 成輕原子核的反應(yīng)稱為核裂變反應(yīng)。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 93 2. 核聚變反應(yīng) 高溫作用下，輕原子核 合并 成較重原子核的反應(yīng)。 ? 核電的發(fā)展趨勢 (1) 熱堆的應(yīng)用。加快研究和開發(fā)。通常只有流體質(zhì)點(diǎn)具有該能量。物質(zhì)具有零點(diǎn)震動能。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 97 波譜分析概要 * 利用物質(zhì)發(fā)射或吸收電磁輻射波來進(jìn)行定性及定量分析的測試方法。