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高一竞赛辅导讲座:热力学基础(一)


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热力学基础 1
1、热力学相关知识 热力学是专门研究能量相互转变过程中所遵循的法则的一门学科。 将热力学的定律、 原理、 方法用来研究化学过程以及伴随这些化学过程而发生的物理变 化,就形成了化学热力学。 主要解决的问题: 某物质或某混合物能否在一定条件下发生化学变化; 如果发生化学变

化,伴随着该反应将有多少能量变化; 反应进行的程度。 热力学第一定律:自然界一切物质都具有能量,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,从一个物体传递给另一个物体,在转化和传递中能量的总数量不变。 某体系内部的能量称为热力学能,即内能,用 U 表示。 体系的热力学能的变化等于以功和热的形式传递的热量:△U = Q + W。 热由环境流入体系,Q>0;环境对体系做功,W>0。 H(焓) = U + pV 焓是一种状态函数,其数值与体系中物质的量成正比,是体系各部分的总和。 △H = QR,表示封闭体系,恒压和不作其他功的条件下发生变化时,吸收或放出的热量 等于体系焓的变化。 2、化学反应中的能量变化 通常表现为热量的变化,用符号△H 表示,△H<0,规定为放热反应。△H>0,规定为 吸热反应。 吸热反应:C(固)+ H2O(气)= H2(气)+CO(气)△H=131.5kJ/mol 放热反应:C(固)+ O2(气)= CO2(气)△H= -393.5kJ/mol 3、 热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式叫做热化学方程式。 ⑴在化学方程式各物质的化学式后面写明各物质的聚集状态(气、液、固) 。 ⑵在方程式右边写出热量变化的数值,△H = ? ⑶方程式中计量数表示各物质的物质的量之比,可以为分数,计量数变化时,△H 必须 跟着变化。

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⑷两个热化学方程式相加减时,△H 同时相加减。 4、盖斯定律:不管化学过程是一步完成或分为数步完成,这个过程中的热效应相同, 即化学反应中的焓变只决定于始态和终态,而和变化途径无关。 例:C(固)+1/2 O2(气)= CO(气)△H1= -Q1 CO(气)+ 1/2O2(气)= CO2(气)△H2= -Q2 C(固)+ O2(气)= CO2(气)△H3= -Q3 Q3 = Q1 + Q 2 典型例题 例 1. 已知: 4 (气)+ 2O2 CH 2H (气)= CO (气)+ 2H2O (液)+ Q1; 2 ( 气)+ O2 (气)= 2H2O ( 气)+ Q2; 2H2 (气)+ O2 (气)= 2H2O (液)+ Q3。常温下,取体积比为 4︰1 的甲烷和氢气的混合气体 11.2 L (已折合成标准状态) ,经完全燃烧后恢复至常温,则放出热量为多少? 分析:根据热化学方程式的含义 1 mol CH4,燃烧放出热量为 Q1;1 mol H2 燃烧生成气 态水放出热量为 Q2, 生成液态水放出热量为 Q3。 根据甲烷和氢气的体积比可计算出甲烷 和氢气的物质的量,应注意氢气燃烧放热要以生成液态水计算。 解:CH4、H2 混合气体的物质的量为: 则 CH4 为 0.4 mol ,H2 为 0.1mol。 混合气体完全燃烧恢复到常温时放出热量为:0.4 Q1 + 0.1× Q3 = 0.4 Q1 + 0.05 Q3。 例 2.由 N2 和 H2 合成 1 mol NH3 时可放出 46.2 kJ 的热量。从手册上查出 N≡N 键的键 能是 948.9 kJ·mol 1,H—H 键的键能是 436.0 kJ·mol 1,试计算 N—N 键的键能是多少? 分析:该反应的热化学方程式为:N2 (气) + 3H2 (气) 2N H3 (气)+ 92.4 kJ
- -

1 2

1 2

11.2 L 22.4 L· ?1 mol

= 0.5 mol

1 2

这说明形成六个 N—H 键放出的热量, 比破坏一个 N≡N 键和三个 H—H 键吸收的热量 多 92.4 kJ。根据已知的 N≡N 键、H—H 键的键能数据和能量守恒原理,就可算出 N—H 键 的键能。 解:设 N—H 键的键能为 x,应存在如下关系:6x -(948.9 + 436.0×3)= 46.2×2 x = 391.5 kJ·mol
-1

因此 N—H 键的键能为 391.5 kJ·mol 1。



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练习 1、已知下列反应 : H2(g)= 2H(g) △H = +Q1 ;1/2O2(g)= O(g) △H = +Q2

2H(g)+ O(g)= H2O(g) △H = -Q3 ;H2O(g)= H2O(l) △H = -Q4 H2(g)+ 1/2O2(g)= H2O(l) △H = -Q5 试指出 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5 的关系 2、已知下列反应的焓变为: H2 (g) + 1 I2 (s) = HI (g)
2
1 H (g) = H (g) 2 2
0 -1 Δ r H m = 25.9 kJ·mol 0 -1 Δ r H m = 218 kJ·mol 0 -1 Δ r H m = 75.7 kJ·mol



1 I (g) = I (g) 2 2

I2 (s) = I2 (g)

0 -1 Δ r H m = 62.3 kJ·mol

0 计算反应 H (g) + I (g) = HI (g) 的焓变Δ r H m 。

3、已知: BaO(s)+ H2O(l)= Ba(OH)2(s) Ba(OH)2(s) + aq = Ba2 (aq)+ 2OH (aq) Ba(OH)2·8H2O(s)+ aq = Ba2 (aq)+ 2OH (aq)+ 8H2O 请回答下列问题,若能,给出答案;若不能,简述原因。 (1)能求得 BaO(s)的溶解热吗? (2)能求得 Ba(OH)2(s)转变成 Ba(OH)2·8H2O(s)能量变化吗? (3)能求得“O2 ” (s)+ H2O(l)= 2OH (s)的能量变化吗? (4)能求得“O2 ” (s)+ aq = 2OH (s)的能量变化吗?
- - - - + - + -

△H = -103 kJ· -1 mol △H = -52 kJ· -1 mol △H = + 64 kJ· -1 mol

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