(3)等容过程：系统体积始终不变化的过程。 (4④绝热过程：系统与环境之间不发生热交换的过程。绝对的绝热过程是不存在的 如果传递的热量很少，例如系统外面包一层绝热性较好的材料，即可作为绝热过程处理。 (⑤)循环过程：系统从一初态出发，经过一系列的变化，最终回到初态，称系统经 历了一个循环过程。循环过程的初末态是同一个状态。经过某一过程，由状态(1)变化 到状态（②）之后，若能够通过原过程的反向变化使体系回复到原来状态，同时在环境中 没有留下任何痕迹（即环境复原）的过程称为可逆过程。如可逆膨胀过程，其反向过程称 为可逆压缩过程。如果当体系发生了过程，再使体系回复到原态时，环境中留下了痕迹， 则该过程为不可逆过程。 四、相 系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分且与其他部分有明显界面分隔开的 部分称为相，可分为单相和多相系统。水和油组成的是两相系统。氯化钠水溶液是单相 系统。 五、化学反应计量式和反应进度 用化学规定的化学符号和化学式来表达的化学反应方程叫化学反应计量式。书写化学计 量式应注意： (1) 根据事实写出正确的反应物与生成物： (2)方程式必须配平。 (3) 标明物质的聚集状态(S,1g) 对于一般化学反应： O=vB,式中，B表示反应中物质的化学式，是B的 化学计量数。 反应进度§=[ne(5)一ns(O)]/8 对于同一个化学反应，化学计量系数与化学反应方程式的写法有关。例如，合成氨反 应写成： Na (g)+3H:(g)=2NH,(g) 时， v()■-1，v(H)=-3,y(NH)2. 若写作：1/2N2(g)+32H(g)=NH3(g) 则v(N)■-1/2，y(H)=-3/2,v(NH)=1 而对其逆反应，2NH(g)=N2(g)+3H2(g) 则y()=l,Y(H)=3,y(NH)=-2 由此可知，化学计量系数只表示当按计量反应式反应时各物质转化的比例数，并不是反 应过程中各相应物质实际所转化的量。反应进度是为了描述化学反应进行的程度而引入的概 念，引入反应进度的最大优点是在化学反应进行到任意时刻时，可用任一反应物或产物来表 示反应进行的程度，所得的值总是相等的。 6
• • 6 (3)等容过程：系统体积始终不变化的过程。 (4)绝热过程；系统与环境之间不发生热交换的过程。绝对的绝热过程是不存在的。 如果传递的热量很少，例如系统外面包一层绝热性较好的材料，即可作为绝热过程处理。 (5) 循环过程：系统从一初态出发，经过一系列的变化，最终回到初态，称系统经 历了一个循环过程。循环过程的初末态是同一个状态。经过某一过程，由状态(1)变化 到状态(2)之后，若能够通过原过程的反向变化使体系回复到原来状态，同时在环境中 没有留下任何痕迹(即环境复原)的过程称为可逆过程。如可逆膨胀过程，其反向过程称 为可逆压缩过程。如果当体系发生了过程，再使体系回复到原态时，环境中留下了痕迹， 则该过程为不可逆过程。 四、相 系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分且与其他部分有明显界面分隔开的 部分称为相，可分为单相和多相系统。水和油组成的是两相系统。氯化钠水溶液是单相 系统。 五、 化学反应计量式和反应进度 用化学规定的化学符号和化学式来表达的化学反应方程叫化学反应计量式。书写化学计 量式应注意： （1） 根据事实写出正确的反应物与生成物。 （2） 方程式必须配平。 （3） 标明物质的聚集状态（S，l, g） 对于一般化学反应： 0=∑vBB，式中，B 表示反应中物质的化学式，vB 是 B 的 化学计量数。 反应进度§=[nB(ξ) － nB(0) ]／ vB 对于同一个化学反应，化学计量系数与化学反应方程式的写法有关。例如，合成氨反 应写成： N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 时， v（N2）=－1, v（H2） =－3, v（NH3） =2. 若写作： 1/2N2(g) + 3/2H2(g) = NH3(g) 则 v（N2）=－1/2, v（H2） =－3/2, v（NH3) =1 而对其逆反应， 2 NH3(g) = N2(g) + 3H2(g) 则 v（N2）=1, v（H2） =3, v（NH3） = －2 由此可知，化学计量系数只表示当按计量反应式反应时各物质转化的比例数，并不是反 应过程中各相应物质实际所转化的量。反应进度是为了描述化学反应进行的程度而引入的概 念，引入反应进度的最大优点是在化学反应进行到任意时刻时，可用任一反应物或产物来表 示反应进行的程度，所得的值总是相等的
工程化学教案 第一章 第二节热力学第一定律 一、热和功 热、功是能量传递的两种形式，均与过程有关。 热：因温度不同（由不规则的微粒）而传递的能量形式：以Q表示，单位：mo1o kJ-mol-,吸热：Q>0。 功：其它的传递能量形式：有电功、机械功、体积功、摩擦功等。体积功：W=-p4V, 单位同热。规定：环境对体系做正功。 二、热力学能 U:热力学能(thermo nergy)指体系内一切能量的总和。（体系内各种物质的 分子或原子的位能，振动能、转动能、平动能、电子的能以及核能等等)，虽然U现在尚 无法测定，但U仍是体系的状态函数，状态定，U值定，体系变化时，U△一定：U△=U 一U,具有加合性。热力学能是系统内部所有微观粒子全部能量的总和。热力学能又叫 内能：体系内部的总能量，以U表示。它的绝对值无法确定。 三、热力学第一定律 U2=U1+(Q+W) 体系1 体系2 .AU=Q+W U U 始态 终态 热力学第一定律是一个经验定律，也就是能量守恒定律。 例题：某过程中，体系从环境吸收热量100J,对环境做体积功20J。求过程中体系热力学能 的改变量和环境热力学能的改变量。 解：由W=△U-Q=100-20=80(J),环境的正好相反-80J,△'U=-100-(-20)=-80J, 第三节恒压热、恒容热及培 一、恒压热焙、恒容热和焙变 1)焓、焓变、恒容热 恒容反应热：因△U=W+Q 式中W=P·V△，恒容中V△=0，故W=0。 所以△=O" 即恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热力学能。Q<0,放热，Q>0, 吸热。 恒压反应热：△U=W+Q, 经推证右知：+PV 因为U、p、V都是体系的状态函数，故U+PV必然是体系的状态函数，可用H表
工程化学教案 第一章 • • 7 第二节 热力学第一定律 一、 热和功 热、功是能量传递的两种形式，均与过程有关。 热：因温度不同（由不规则的微粒）而传递的能量形式；以 Q 表示，单位：J·mol-1 or kJ·mol-1，吸热：Q > 0。 功：其它的传递能量形式；有电功、机械功、体积功、摩擦功等。体积功：W= -p·V， 单位同热。规定：环境对体系做正功。 二、 热力学能 U：热力学能（thermodynamic energy）指体系内一切能量的总和。（体系内各种物质的 分子或原子的位能，振动能、转动能、平动能、电子的能以及核能等等），虽然U 现在尚 无法测定，但U 仍是体系的状态函数，状态定，U 值定，体系变化时， U ∆一定： U ∆ =U 终—U 始，具有加合性。热力学能是系统内部所有微观粒子全部能量的总和。热力学能又叫 内能：体系内部的总能量，以U表示。它的绝对值无法确定。 三、 热力学第一定律 U2 = U1 + (Q + W) 体系 1 体系 2 U = Q + W U1 q W + + → U2 始态 终态 热力学第一定律是一个经验定律，也就是能量守恒定律。 例题：某过程中，体系从环境吸收热量100J，对环境做体积功20J。求过程中体系热力学能 的改变量和环境热力学能的改变量。 解：由W= ∆U −Q =100-20=80（J），环境的正好相反-80J， ∆' U = -100-（-20）= -80J， 第三节 恒压热、恒容热及焓 一、 恒压热焓、恒容热和焓变 1）焓、焓变、恒容热 恒容反应热：因∆U= W+ Q V 式中W = P· V ∆ ，恒容中V ∆ = 0，故W= 0。 所以 ∆ U=QV 即恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热力学能。QV < 0，放热，QV > 0， 吸热。 恒压反应热： ∆U= W+ Q p 经推证右知：H=U+PV 因为U、p、V 都是体系的状态函数，故U+PV 必然是体系的状态函数，可用H 表
示，称为热格，简称焓(enthalpy) 即H=U+pV ∴，△H=O,即恒压反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热焓。 注意：1).由于H与U有联系，因而H无法测得，只以测HA: 2).理想气体的U只是温度的函数，故如也只是温度的函数： 3).焓具有量纲。 二、热化学方程式 1)化学反应热：化学反应发生时，伴随着各式各样的能量，如热、电、磁、光等，但 通常多以热能形式吸收或放出。当一个化学反应发生后，使产物温度恢复到反应物的起始温 度，且体系只做体积功而不做非体积功时，体系吸收或放出的热量成为该反应的热效应。 2)标准状态：气体一一在温度为T时，在标准压力下，表现出理想气体特性的纯物质 状态 液体一一在温度为T时，在标准压力下，纯物质状态。 固体一一在温度为T时，在标准压力下，纯物质状态。 3)热化学方程式：表示化学反应及其热效应关系的化学反应方程式。 在298K,p=100kPa(1×105Pa)时，反应：H0D→g+1/202e:△H=285.83moH 表示在298K,100kPa下，1molH20u分解成H21e和O2e需吸收285.83kJ的热量。 说明： I、需注明反应的条件，如T、p或T、V等。 2、需标明物质的聚集状态(g、【、s、品型、q等). 3、反应系数为摩尔数，故可为分数或小数。 4、反应式与热效应一一对应（系数改变→Q变化：正逆反应，Q数值相等，符号相 反)。 5、Q>0吸热。298K,100kPa:H0e→Hg+1/202e:△H=241.82kmol 由此也表明HOg较HO)更容易分解成e和O2g 三、△H与△U的关系 △H-△U=Op--O'=△HgRT (△g是的应前后气体的物质的量之差) 8
• • 8 示，称为热焓，简称焓（enthalpy） 即H=U+pV ∴ ∆H = Qp，即恒压反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热焓。 注意：1).由于H 与U 有联系，因而H 无法测得，只以测H ∆ ； 2).理想气体的U 只是温度的函数，故H 也只是温度的函数； 3).焓具有量纲。 二、 热化学方程式 1）化学反应热：化学反应发生时，伴随着各式各样的能量，如热、电、磁、光等，但 通常多以热能形式吸收或放出。当一个化学反应发生后，使产物温度恢复到反应物的起始温 度，且体系只做体积功而不做非体积功时，体系吸收或放出的热量成为该反应的热效应。 2）标准状态：气体——在温度为 T 时，在标准压力下，表现出理想气体特性的纯物质 状态。 液体——在温度为 T 时，在标准压力下，纯物质状态。 固体——在温度为 T 时，在标准压力下，纯物质状态。 3）热化学方程式：表示化学反应及其热效应关系的化学反应方程式。 在 298 K，p =100 kPa(1105 Pa)时，反应：H2O(l) → H2(g) + 1/2O2(g)；∆H = 285.83 kJ·mol-1 表示在 298 K，100 kPa 下，1 mol H2O(l)分解成 H2(g)和 O2(g)需吸收 285.83 kJ 的热量。 说明： 1、 需注明反应的条件，如 T、p 或 T、V 等。 2、 需标明物质的聚集状态（g、l、s、晶型、aq 等）。 3、 反应系数为摩尔数，故可为分数或小数。 4、 反应式与热效应一一对应（系数改变→Q 变化；正逆反应，Q 数值相等，符号相 反）。 5、Q > 0 吸热。298 K，100 kPa：H2O(g) → H2(g) + 1/2O2(g)；∆H = 241.82 kJ·mol-1 由此也表明 H2O(g)较 H2O(l)更容易分解成 H2(g)和 O2(g)。 三、 ∆H与 ∆U的关系 ∆H— ∆U= Q p—— Q V= ∆ ngRT （∆ng 是的应前后气体的物质的量之差）
工程化学教案 第一章 第四节化学反应热效应和Hss定律 1840年，瑞士化学家Hss提出：如果一个反应分好几步进行，则各步反应热效应的总 和等于一步完成的反应热效应。简言之，反应的热效应只与反应的始终态有关，与过程的途 径无关。这个定律是能量守恒定律在热化学中的体现。或者说，反应式可以进行相加、减或 乘上一定的系数，则其热效应也随之变化。 例1：己知下列热化学方程式： Fcz0+3C0g→2FC+3C02e:△，Hi 3FczO3e+C0g→2FeO4e+CO2e:△H Fe04o)+C0o)→3fc0+C02e:△H 求FeOs+CO。→Fes+CO2的△H4=？ 解：技巧一一由己知的方程式相加（减或乘）以消去所求反应式中不存在的物质即可。 本题中无FcO4e、FC2O,须消去。①X3一②以消去Fc2O3s 8CO+(s)+8CO2:3A:Hi-ArH2 ①X3-②-③X2以消去FeO4o 6COg+6Fc0)→6Fc+6C02e:3A,H-A,-2△，H C0e+Fc0g→Fcg+C02g:1/6(3AHi-△-2△H) 故有：△4=(3△H-△H-2△H)/6 例2：己知下列热化学方程式： Cs+02g→C02:△H1=-393.5kJmo H+1/202g→H0:△h=-285.8 kJmol1 C2H6e+7/2022CO2(e)+3H2O0):A:H3=-1559.9 kJ-mol- 求：2C+3H→C2H6e:△H=? 解：①x2+②x3-③得 2Cs)+3H→C2H6e:2△，H+3AH-△H ∴△，H=2A,H1+3AH2-△H=-84.5(kJmo) 第五节热化学基本数据与反应焓变的计算
工程化学教案 第一章 • • 9 第四节 化学反应热效应和 Hess 定律 1840 年，瑞士化学家 Hess 提出：如果一个反应分好几步进行，则各步反应热效应的总 和等于一步完成的反应热效应。简言之，反应的热效应只与反应的始终态有关，与过程的途 径无关。这个定律是能量守恒定律在热化学中的体现。或者说，反应式可以进行相加、减或 乘上一定的系数，则其热效应也随之变化。 例 1：已知下列热化学方程式： Fe2O3(s) + 3CO(g) →2Fe(s) + 3CO2(g)；rH1 3Fe2O3(s) + CO(g) →2Fe3O4(s) + CO2(g)；rH2 Fe3O4(s) + CO(s) → 3FeO(s) + CO2(g)；rH3 求 FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g)的rH4 = ？ 解：技巧――由已知的方程式相加（减或乘）以消去所求反应式中不存在的物质即可。 本题中无 Fe3O4(s)、Fe2O3(s)，须消去。①×3－②以消去 Fe2O3(s) 8CO(g) + 2Fe3O4(s) → 6Fe(s) + 8CO2(g)；3rH1-rH2 ①×3－②－③×2 以消去 Fe3O4(s) 6CO(g) + 6FeO(s) → 6Fe(s) + 6CO2(g)；3rH1 - rH2 - 2rH3 CO(g) + FeO(s) → Fe(s) + CO2(g)；1/6 (3rH1 - rH2 - 2rH3) 故有：rH4 = (3rH1 - rH2 - 2rH3)/ 6 例 2：已知下列热化学方程式： C(s) + O2(g) → CO2(g)；rH1 = -393.5 kJ·mol-1 H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l)；rH2 = -285.8 kJ·mol-1 C2H6(g) + 7/2 O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)；rH3 = -1559.9 kJ·mol-1 求：2C(s) + 3H2 → C2H6(g)；rH = ? 解：①2 + ②3 − ③得 2C(s) + 3H2 → C2H6(g)；2rH1 + 3rH2 - rH3 rH = 2rH1 + 3rH2 - rH3 = -84.5 (kJ·mol-1 ) 第五节 热化学基本数据与反应焓变的计算