普通化学浙大第五版第1章

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绪论化学是一门既古老又年轻的科学。化学是一门既古老又年轻的科学化学是研究和创造物质的科学，同工农业生产和国防现代化，同人民生活和人类社会等都有非常密切的关系。化学是一门中心性的、实用的和创造性的科学，主要是研究物质的分子转变规律的科学。化学与物理一起属于自然科学的基础学科。研究现状(2000年) 研究现状化合物>2000万种时间分辨率：1 fs 空间分辨率：0.1nm 分析所需最小量：10-13 g。

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1. 化学的定义与分支学科定义：定义：化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学

化学的分支学科无机化学：无机化学：无机物有机化学：有机化学：碳氢化合物及衍生物分析化学：分析化学：测量和表征物理化学：物理化学：所有物质系统高分子化学：高分子化学：高分子化合物若干新分支：环境化学、若干新分支：环境化学、核化学等等首页上一页下一页末页2

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2. 化学的地位和作用化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一化学继续推动材料科学发展化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用化学是生命科学的重要支柱首页上一页下一页末页3

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3. 学习的目的、内容和要求学习的目的、学习目的了解当代化学学科的概貌用化学的观点分析、用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题

学习内容理论化学：两条“主线” 理论化学：两条“主线” 应用化学：化合物知识；应用化学：化合物知识；化学在相关学科中的应用实验化学

学习要求辨证的思维发展的眼光实践的方法首页上一页下一页末页4

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第章

热化学与能源

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本章学习要求：本章学习要求了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。

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目录1.1 反应热的测量 1.2 反应热的理论计算 1.3 常见能源及其有效与清洁利用 1.4 清洁能源与可持续发展

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核能

Ⅰ. 核燃料和核能的来源 Ⅱ. 核电的优势与发展趋势本章小结首页上一页下一页末页7

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1 .1

反应热的测量

1.1.1 几个基本概念1. 系统与环境系统：作为研究对象的那一

部分物质和空间。系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。

开放系统有物质和能量交换

封闭系统只有能量交换图1.1 系统的分类[观看动画]

隔离系统无物质和能量交换

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2. 相系统中任何物理和化学性质完全相同的、系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。根据相的概念，系统可分为：称为相。根据相的概念，系统可分为：单相(均匀) 单相(均匀)系统多相(不均匀) 多相(不均匀)系统相与相之间有明确的界面。思考：1) 101.325kPa,273.15K(0°C)下，H2O(l), H2O(g) 思考和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。 2) CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数。固各一相； ) 答：1)在此条件下，存在相(气、液、固各一相；2)3 )在此条件下，存在3相气体1相固体2相相(气体相，固体相)首页上一页下一页末页9

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状态与状态函数

状态就是系统一切性质的总和。状态就是系统一切性质的总和。有平衡态和非平衡态之分。衡态之分。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。状态变化时，状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。全部变化。状态函数用于表示系统性质的物理量X 称状态函数，用于表示系统性质的物理量称状态函数，如气体的压力p、体积V、温度T 体的压力、体积、温度等。

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状态函数的性质状态函数是状态的单值函数。状态函数是状态的单值函数。当系统的状态发生变化时，当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。外压从3p变为p° 3pV T

图1.2 状态函数的性质首页上一页下一页末页11

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广度性质和强度性质状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：广度性质：加和性，广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。加和性。强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力强度性质：不具有加和性，不具有加和性等。思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度力和面积都是广度性质的物理量。

性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。

推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？首页上一页下一页末页12

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过程与途径

系统状态发生任何的变化称为过程；系统状态发生任何的变化称为过程；实现一个过程的具体步骤称途径。实现一个过程的具体步骤称途径思考：过程与途径的区别。思考设想如果你要把20 的水烧开，设想如果你要把 °C的水烧开，要完成“水烧开”这个的水烧开要完成“水烧开” 过程，你可以有多种具体的“途径” 过程，你可以有多种具体的“途径”:如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。

可逆过程体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。平衡条件下进行的过程。首页上一页下一页末页13

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化学计量数

一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，通式为：关系，通式为：

0 = ∑ BB νB

νB 称为B 的化学计量数。符号规定：反应物： νB为负；产物：νB为正。附例1.1 附例应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式： N2 + 3H2 == 2NH3 解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3首页上一页下一页末页14

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反应进度dξ = dnB

的定义：反应进度ξ 的定义：νB

nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。或定义反应进度的单位是摩尔(mol),它与化学计量数的选配有关。

思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应： 0 = –N2 – 3H2 + 2NH3 ,当有有关。如对于反应： 1mol NH3生成时，反应进度为生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成。 1 3 N 2 + H 2 = NH 3 2 2 则反应进度为1 则反应进度为 mol。首页上一页下一页末页15

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1.1.2

反应热的测量

反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。摩尔反应热指当反应进度为1 mol时系统放出或吸摩尔反应热指当反应进度为时系统放出或吸收的热量。收的热量。(等容)反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热是热化学的重要研究内容。观看

动画图1.3 弹式量热计首页上一页下一页末页16

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反应热的实验测量方法

设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温水浴的温度从T1上升到T2,弹式量热计与恒温水浴的热容为Cs(JK-1), 比热容为cs(JK-1kg-1 ),则：

q = cs m (T 1) = s T C T s 2由于完全反应，ξ = n 因此摩尔反应热：

qm = q / n思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？答：定容反应热首页上一页下一页末页17

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示例例1.1 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知： :m(N2H4 ) = 0.5000g燃烧0.5g联氨放热为解：燃烧联氨放热为

m(H2O) =1210g

cb = 848J K1 T = 293.18K T2 = 294.82K 1

q = [q(H2O) + qb ] = [c(H2O) m(H2O)T + cbT] = (4.18×1210 +848) ×(294.82 293.18)J = 9690J = 9.69kJ

ξ = (0 0.5)g / 32.0g m 1 /(1) = 0.0156m ol olqV, m = q / ξ = 9.69kJ / 0.0156m = 621.2kJ m 1 ol ol

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2. 热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其标准写法是：先写出反应方程，程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如： qV, m = 620kJ m 1 ol N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l);qp,m = 570kJ m 1 ol 2H2(g)+O2(g)=2H2O (l);

若不注明T, 皆指在T=298.15 K,p=100kPa下。若不注明 p, 皆指在，下书写热化学方程式时应注意：书写热化学方程式时应注意：标明反应温度、压力及反应物、标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态；量和状态；首页上一页下一页末页19

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反应热与反应式的化学计量数有关；反应热与反应式的化学计量数有关；一般标注的是等压热效应q 一般标注的是等压热效应 p。思考：qp与qv相同吗？。不相同

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1.2 反应热的理论计算并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应： 2C(s) + O2(g) = 2CO(g) 思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？思考实验过程中无法控制生成产物完全是CO。实验过程中无法控制生成产物完全是CO。

因此，只能用理论方法来计算反应热。

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