绪论 1.化学：在分子、离子和原子层次上，研究物质的组成和结构以及物质的化学 性质和化学变化及其内在联系的科学。 应注意的问题： (1)化学变化的特点：原子核组成不变，发生分子组成或原子、离子等结 合方式的改变： (2)认为物理变化不产生质变，不生成新物质是不准确的，如： H+3H=2He+'on是质变，产生了新元素，但属于物理变化的范畴： (3)化学变化也有基本粒子参加，如：2AgC1=2Ag+Ch就有光子参加 (4)物质 「挚：质化合物〔分子、原子、离子)（质子 场：电磁场、引力场 2.无机化学：除去碳氢化合物及其大多数衍生物外，对所有元素和他们的化合 物的性质和反应进行研究和理论解释的科学。（莫勒提法） 3.怎样学习无机化学？ (1)你所积累的好的学习方法都适于学习无机化学。 (2)课前预习，带着问题听课。提倡写预习笔记。 (3)课上精力集中，边听边看边想边记，眼、耳、手、脑并用 (4)课后趁热复习，按时完成作业，及时消化，不欠账。 (5)提高自学能力，讨论课积极发言。 (6)随时总结，使知识系统化。达到书越读越薄之目的。 (7)理论联系实际，做好化学实验
1 绪论 1. 化学：在分子、离子和原子层次上，研究物质的组成和结构以及物质的化学 性质和化学变化及其内在联系的科学。 应注意的问题： （1）化学变化的特点：原子核组成不变，发生分子组成或原子、离子等结 合方式的改变； （2）认 为物 理变化 不产生 质变 ，不生 成新物 质是 不准确 的，如： 1 2H+3 1H==4 2He+1 0n 是质变，产生了新元素，但属于物理变化的范畴； （3）化学变化也有基本粒子参加，如：2AgCl==2Ag+Cl2 就有光子参加； （4）物质 2. 无机化学：除去碳氢化合物及其大多数衍生物外，对所有元素和他们的化合 物的性质和反应进行研究和理论解释的科学。（莫勒提法） 3. 怎样学习无机化学？ （1） 你所积累的好的学习方法都适于学习无机化学。 （2） 课前预习，带着问题听课。提倡写预习笔记。 （3） 课上精力集中，边听边看边想边记，眼、耳、手、脑并用。 （4） 课后趁热复习，按时完成作业，及时消化，不欠账。 （5） 提高自学能力，讨论课积极发言。 （6） 随时总结，使知识系统化。达到书越读越薄之目的。 （7） 理论联系实际，做好化学实验
第一章化学热力学 敦学目标： 1掌握焓、焓变、熵、熵变、自由能、自由能变等概念 2.掌握用自由能变化判断反应自发性以及有关热力学计算： 3.了解影响化学平衡的因素，学会有关化学平衡的计算。 重点： 1.△H、△G、△S的意义及有关计算： 2.用△G判断化学反应方向： 3.用盖斯定律，吉布斯~亥姆霍兹公式计算和解释问题。 难点：U、G、H、S等概念及其变化。 教学方法：讲授为主，讨论为辅。 教学内容： §1-1引言 1-1热力学： 研究热以及其他形式的能量之间相互转化关系的一门科学。 12热力学解决化学方面的问题： 1指定的反应在一定条件下能否发生： 2伴随反应的能量变化是多少？ 3平衡状态如何？原料转化率是多少？ 13常用的热力学术语： 1体系：划分出来，作为研究对象的物质：环境：体系以外的部分称环境。 体系分类： (1)散开体系：体系与环境之间既有物质交换又有能量交换： (2)封闭体系：体系与环境之间没有物质交换只有能量交换： (3)孤立体系：体系与环境之间即无物质交换也无能量交换。 2状态函数：描写体系的宏观性质叫状态函数。如T、P、V.状态函数的变 化只取决于体系始态与终态，与变化途径无关。例P85图31 3.体系性质分类：()广度性质：其数值与体系中的物质数量成正比的性质，有加 合性。 (2)强度性质：其数值与体系中的物质数量无关的性质，如：T、d、Vm §1-2热力学第一定律和热化学 2-11热力学第一定律： 自然界一切物质都具有一定的能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转
2 第一章 化学热力学 教学目标： 1.掌握焓、焓变、熵、熵变、自由能、自由能变等概念； 2.掌握用自由能变化判断反应自发性以及有关热力学计算； 3.了解影响化学平衡的因素，学会有关化学平衡的计算。 重点： 1. ΔH、ΔG、ΔS 的意义及有关计算； 2.用 ΔG 判断化学反应方向； 3.用盖斯定律，吉布斯~亥姆霍兹公式计算和解释问题。 难点：U、G、H、S 等概念及其变化。 教学方法：讲授为主，讨论为辅。 教学内容： §1-1 引言 1-1 热力学： 研究热以及其他形式的能量之间相互转化关系的一门科学。 1-2 热力学解决化学方面的问题： 1.指定的反应在一定条件下能否发生； 2.伴随反应的能量变化是多少？ 3.平衡状态如何？原料转化率是多少？ 1-3 常用的热力学术语： 1.体系：划分出来，作为研究对象的物质；环境：体系以外的部分称环境。 体系分类： (1)敞开体系：体系与环境之间既有物质交换又有能量交换； (2)封闭体系：体系与环境之间没有物质交换只有能量交换； (3)孤立体系：体系与环境之间即无物质交换也无能量交换。 2.状态函数：描写体系的宏观性质叫状态函数。如 T、P、V .状态函数的变 化只取决于体系始态与终态，与变化途径无关。例 P85 图 3-1 3.体系性质分类：(1)广度性质：其数值与体系中的物质数量成正比的性质，有加 合性。 (2)强度性质：其数值与体系中的物质数量无关的性质，如：T、d、Vm §1-2 热力学第一定律和热化学 2-1 1.热力学第一定律： 自然界一切物质都具有一定的能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转
化为另一种形式，从一个物体传给另一个物体，但转化和传递过程中能量的总量 不变。（学生答） 2.内能(U):热力学体系中能量的总和：广度性质，状态函数： 3热量(Q):由于温度不同，体系与环境之间传递的能量。非状态函数：环境传 给体系Q>0 4.功(W):除热之外，其他被传递的能量。非状态函数：环传体W>0 5.热力学第一定律数学表达式△U=Q+W(3-1) 2-2等容过程、等压过程和格 1.等容过程：△U=Q(3-2) 2.等压过程：W=PV2-V)△U=2-U=Q。-P(W-V)∴.Q。=(U+PV)-(U+PV) 则Q=H-H=△H 令：（定义）：H=U+PV称焓.△H=Qp (3-3) 23热化学 1热化学：讨论和计算化学反应热的学科。 2反应热等温等压（等容）不做其它功，一个化学反应按化学计量方程式反应一 摩尔时的热效应叫等压（等容）反应热 3.热化学方程式的写法： (1)反应热效应：△rH9①r:反应0：标准态10Pa(1atm)②298K不 注明③特殊压力、温度要注明④物质状态5、1、g和晶型也要注明⑤化 学式前系数可为整数、分数，无量纲 Ps例题：①2H2o+02o=2H0a△rH0=-483.6KJ·moll ②He+1/202a=H0a△rH0=-241.8 KJ-mol-1 ③Ha+1/202a=H0o △rH0=485.8 KJ-mol-1 ④H0o=Hze+1/202e△rH0=-485.8KJ小mol 分析： 4.盖斯定律：无论化学过程是一步完成或分为数步完成，这个过程的热效应相同 例1(Pg9):△rH9e=△rH91+△rH02+△rH93=-285.8 KJ-mo1图3-3 例2(P0)::△rH03=△rH91+△rH9∴.△rH1=△rH0-△rH2=-393.5-(-283F -110.5KJmo) 例3(P0):③式=①式+②式.△rH=△rH1+ArH2=-982.9KJmo) 5.几种热化学数据 (1)标准摩尔生成热：再标准压强和指定温度(298.15K)下，由最稳定单质生成 一摩尔某物质时的等压热效应。符号△HP91表31 如：hw+1/20zm=l0m△H9H2oLF-285.8 KJ-moF 最稳定单质的△HOm=0C(石婴的△Hm=0 C(金w的△HOm=1.9KJ小'mo 3
3 化为另一种形式，从一个物体传给另一个物体，但转化和传递过程中能量的总量 不变。（学生答） 2.内能 (U)：热力学体系中能量的总和；广度性质，状态函数； 3.热量 (Q)：由于温度不同，体系与环境之间传递的能量。非状态函数；环境传 给体系 Q>0 4.功 (W)：除热之外，其他被传递的能量。非状态函数；环传体 W>0 5.热力学第一定律数学表达式 ΔU = Q+W (3-1) 2-2 等容过程、等压过程和焓 1.等容过程：ΔU = QV (3-2) 2.等压过程： W= -P(V2 – V1) ΔU =U2-U1=Qp-P(V2-V1) ∴Qp=(U2+P2V2)-(U1+P1V1) 则 QP=H2-H1=ΔH 令：（定义）：H=U+PV 称焓 ∴ΔH=Qp (3-3) 2-3 热化学 1.热化学：讨论和计算化学反应热的学科。 2.反应热等温等压（等容）不做其它功，一个化学反应按化学计量方程式反应一 摩尔时的热效应叫等压（等容）反应热。 3.热化学方程式的写法： ⑴反应热效应：ΔrHØ ① r：反应 Ø：标准态 105 Pa(1atm) ② 298K 不 注明 ③ 特殊压力、温度要注明 ④物质状态 s、l、g 和晶型也要注明 ⑤化 学式前系数可为整数、分数，无量纲 P88 例题：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔrHØ= -483.6 KJ•mol-1 ②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) ΔrHØ= -241.8 KJ•mol -1 ③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔrHØ= -485.8 KJ•mol-1 ④H2O(l)= H2(g)+1/2O2(g) ΔrHØ= -485.8 KJ•mol-1 分析： 4.盖斯定律:无论化学过程是一步完成或分为数步完成,这个过程的热效应相同. 例 1（P89）: ΔrHØ 总=ΔrHØ1+ΔrHØ2+ΔrHØ3= -285.8 KJ•mol-1 图 3-3 例 2（P90）: ∵ΔrHØ3=ΔrHØ1+ΔrHØ2 ∴ΔrHØ1=ΔrHØ3-ΔrHØ2= -393.5 – (-283)= -110.5(KJ•mol-1 ) 例 3（P90）: ∵③式=①式+②式 ∴ΔrHØ3=ΔrHØ1+ΔrHØ2= -982.9(KJ•mol-1 ) 5.几种热化学数据 (1)标准摩尔生成热：再标准压强和指定温度（298.15K）下，由最稳定单质生成 一摩尔某物质时的等压热效应。符号 ΔfHØ P91 表 3-1 如：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔfHØ(H2O.L)= -285.8 KJ•mol-1 最稳定单质的 ΔfHØm=0 C(石墨)的 ΔfHØm=0 C(金刚石)的 ΔfHØm=1.9 KJ•mol-1
计算化学反应的焓变△rHo例：aA+bB=dD+eE 通式：△rHO=2wB△HOB△rHO=d△HOD+e△HE-a△HOA-b△HB 例4：求CO2g+H2eCOg+H2Og的△rHo t解：△rH0=△Hcag+△H9Hoe-AH9cog-AHH2g110.5H(-241.8)(-39.5) 0=41.2KJ小mo) 练习Pg2例5作业：2、3、4题 (2)溶解热：将定量溶质溶于定量溶剂时的热效应。298.15K、10Pa无限稀的溶 液。 (3)离子生成热：由标准态的稳定单质生成1mol溶于足量水中的离子所产生的热 效应。规定：△H9Hg=0见Pg3表3-2 例：1 mol HC1(g)在298K时溶于大量水中，形成H-a和C-a,放出热量74.7 KJ-mol1,求：△Hmai己知：△HOH=-92.5 KJ-mol-1 解：HClg=Htaq+Ca △rHo=AH9H'+△Hear)-△HOHCK) .ArHcry=ArH0+ArH0mcM(-AHH-=-74.7+(-92.5)-0=-167.2KJ-mol S1-3化学反应的方向 31反应的自发性 自发过程：不需要外力作用，就能自动进行的过程。可做有用功： 非自发过程：只有在外力作用下，才能进行的过程。外力对体系做功 应注意的问题： 1.自发过程对外做有用功：向下流水可推动机器：内燃机中CH4燃烧：Zn与CuSO: 溶液设计为原电池等。 2非自发过程不含一定不能发生之意，若对体系做功也可发生，如：水泵抽水， 电解水为H2和O2等。 3.自发性只表示趋势，不代表速度，如：2和O2室温下可以自发反应生成H0, 但长期无明显反应，投入铂片或点燃，则剧烈进行。 3-2痛： 体系混合度的量度。符号S状态函数，广度性质，单位JK-1.mol-I 0K时，完 美晶体的熵S-0,称热力学第三定律。 1.标准熵：S:标准压力下，1mol纯物质（包括单质）的熵值叫标准熵。（查表） 2.反应的嬸变：aA+bB=dD+eE Ar So=d So (D)+e S(E)-a S(A)-b S (B)=EyB SO (B)(3-6) P95例6：2HClg=Hg+Cbg求：△rSO(查表) △rS0-=Sm+S0cmr2s0a=130+223-2×186.6=-20.20K-1·mor) 3.决定熵变、熵的因素：
4 计算化学反应的焓变 ΔrHØ 例：aA+bB=dD+eE 通式：ΔrHØ=ΣγBΔfHØ(B) ΔrHØ=dΔfHØ(D)+e ΔfHØ(E) -aΔfHØ(A) -bΔfHØ(B) 例 4：求 CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)的 ΔrHØ 解：ΔrHØ=ΔfHØ[CO(g)]+ ΔfHØ[H2O(g)] -ΔfHØ[CO2(g)] -ΔfHØ[H2(g)]=(-110.5)+(-241.8)-(-39.5) –0=41.2(KJ•mol-1 ) 练习 P92 例 5 作业：2、3、4 题 (2)溶解热：将定量溶质溶于定量溶剂时的热效应。298.15K、105Pa 无限稀的溶 液。 (3)离子生成热：由标准态的稳定单质生成 1mol 溶于足量水中的离子所产生的热 效应。规定：ΔfHØ(H + aq)=0 见 P93 表 3-2 例：1mol HCl(g)在 298K 时溶于大量水中，形成 H+ (∞aq)和 Cl- (∞aq)，放出热量 74.7 KJ•mol-1，求：ΔfHØm(Cl- ) 已知：ΔfHØm[HCl(g)]= -92.5 KJ•mol-1 解：HCl(g)=H+ (aq)+Cl- (aq) ΔrHØ=ΔfHØ(H+ )+ΔfHØ(Cl- ) -ΔfHØ[HCl(g)] ∴ΔfHØ(Cl- )=ΔrHØ+ΔfHØ[HCl(g)] -ΔfHØ(H+ )= -74.7+(-92.5)-0=-167.2 KJ•mol-1 §1-3 化学反应的方向 3-1 反应的自发性 自发过程：不需要外力作用，就能自动进行的过程。可做有用功； 非自发过程：只有在外力作用下，才能进行的过程。外力对体系做功。 应注意的问题： 1.自发过程对外做有用功：向下流水可推动机器；内燃机中 CH4 燃烧；Zn 与 CuSO4 溶液设计为原电池等。 2.非自发过程不含一定不能发生之意，若对体系做功也可发生，如：水泵抽水， 电解水为 H2 和 O2 等。 3.自发性只表示趋势，不代表速度，如：H2 和 O2 室温下可以自发反应生成 H2O， 但长期无明显反应，投入铂片或点燃，则剧烈进行。 3-2 熵： 体系混合度的量度。符号 S 状态函数，广度性质，单位 J•K -1•mol-1 0K 时，完 美晶体的熵 S=0，称热力学第三定律。 1.标准熵：S Ø: 标准压力下，1mol 纯物质（包括单质）的熵值叫标准熵。（查表） 2.反应的熵变：aA+bB=dD+eE Δr SØ =d SØ (D)+e SØ(E) -a SØ(A) -b SØ(B) =ΣγB S Ø (B) (3-6) P 95 例 6：2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g) 求：Δr SØ (查表) Δr SØ= S Ø(H2)+ S Ø(Cl2)-2 S Ø(HCl)=130+223-2×186.6= -20.2(J•K -1•mol-1 ) 3.决定熵变、熵的因素：
()同一物质，按s、1、g态顺序SO增大： (2)温度升高so增大： (3)压力增大，S减小： (4)反应气体物质的量增加（△ng>0)△rSo>0反之△rso<0; (5)反应无气体，总物质量增加（△>0）△rS0>0反之△rS0<0: (6)结构相似的分子，分子量大的s0大： (7)分子量相似的分子，结构复杂的S0大。（分析P6表3-4） 33吉布斯自由能及其自发性判据 1定义：吉布斯自由能G=H-TSG为状态函数，广度性质 2.自发反应的判据：△G<0过程或反应自发 △G>0过程或反应非自发 △G=0过程或反应平衡态 3.标准摩尔生成自由能△G:标准压力下，由最稳定单质生成一摩尔该物质时， 反应的自由能变化。单位：KJ·mo1见Pg7表3-5和附录二规定：最稳定单质 4G0=0 4.化学反应的自由能变：△rG9=TBArGom( P98例7：4NHg+502g=4NOg+6H00求：△rG0,反应向哪一方向进行？ 解：△rG0-4△G9NOg+6△G9ue00W-5△G91o-4△G01NHg 4×86.6+6×(-237.20-4×(-16.5=-1010.8KJmo) 反应正向进行。 §1-4吉布斯-亥姆霍兹公式 吉布斯-亥姆霍兹公式一般式：AGr=△H-TAS 吉布斯-亥姆霍兹公式标准式：△rGO1=△rHO(29sKrT△rSO29K) 讨论：焓变、嫡变对一个化学反应自发性的影响： 类型△rH△rS△rG 反应的自发性 例 永 任何温度都自发 H2g+F2(g-HF@ 2 永+ 任何温度都非自发 C0g=Cs+1/202g 3 低温 自发 HCkg)+NH3(g=NH4Cl(g) 高温 非自发 4 低温 非自发 CaCO3(s)=CaO(s+CO2g 高温 自发 5
5 (1)同一物质，按 s、l、g 态顺序 S Ø增大； (2)温度升高 S Ø增大； (3)压力增大，S 减小； (4)反应气体物质的量增加(Δn(g)>0) Δr SØ >0 反之 Δr SØ<0; (5)反应无气体,总物质量增加(Δn>0) Δr SØ >0 反之 Δr SØ<0; (6)结构相似的分子,分子量大的 S Ø大; (7)分子量相似的分子,结构复杂的 S Ø大。（分析 P96 表 3-4） 3-3 吉布斯自由能及其自发性判据 1.定义:吉布斯自由能 G=H-TS G 为状态函数，广度性质 2.自发反应的判据：ΔG<0 过程或反应自发 ΔG>0 过程或反应非自发 ΔG=0 过程或反应平衡态 3.标准摩尔生成自由能 ΔfGØ：标准压力下，由最稳定单质生成一摩尔该物质时， 反应的自由能变化。单位：KJ•mol-1 见 P97 表 3-5 和附录二规定：最稳定单质 ΔfGØ=0 4.化学反应的自由能变：ΔrGØ=ΣγBΔfGØm(B) P98 例 7：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) 求：ΔrGØ，反应向哪一方向进行？ 解：ΔrGØ=4ΔfGØ[NO(g)]+ 6ΔfGØ[H2O(l)] -5ΔfGØ[O2(g)] -4ΔfGØ[NH3(g)] 4×86.6+6×(-237.2)-0-4×(-16.5)=-1010.8(KJ•mol-1 ) 反应正向进行。 §1-4 吉布斯-亥姆霍兹公式 吉布斯-亥姆霍兹公式一般式：ΔGT=ΔH-TΔS 吉布斯-亥姆霍兹公式标准式：ΔrGØT=ΔrHØ(298K)-TΔrSØ(298K) 讨论：焓变、熵变对一个化学反应自发性的影响： 类型 ΔrH ΔrS ΔrG 反应的自发性 例 1 - + 永 - 任 何 温 度 都 自 发 H2(g)+F2(g)=HF(g) 2 + - 永 + 任 何 温 度 都 非 自 发 CO(g)=C(s)+1/2O2(g) 3 - - 低 温 自 发 HCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(g) 高温 非自发 4 + + 低 温 非 自 发 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) 高温 自发