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第一章气体及热化学方程式1.1气体气态方程式（克拉伯龙方程）：联系体积、压力、和温度之间关系的方程。1atm=100kPa分压：在相同温度下，某组分气体占据与混合气体相同体积时对容器所产生的压力；（1）一种气体产生的压力与其它气体存在无关；（2）混合气体的总压为各组分气体的分压之和。分体积：在相同温度下，组分气体具有和混合气体相同压力时所占的体积。道尔顿分压定律：在温度与体积恒定时，混合气体的总压力等于组分气体的分压力之和。1.2过程：体系状态的变化。恒温过程、恒容过程、恒压过程、绝热过程；1.3状态和状态函数状态：体系的一系列物理量的总和。如：确定一瓶气体的状态，需用p、V、T、n来表示状态函数：确定体系热力学状态的物理量。一个状态函数就是体系的一种性质。状态函数特点：⑴体系状态一定，状态函数有一定值⑵体系发生变化时，状态函数的变化只取决于体系的初态和终态，而与变化的途径无关。⑶体系发生变化后，体系一旦恢复到原来的状态，状态函数恢复原值。状态函数相互关联的三个特征可概括：状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零。24、热和功热：由于温度不同在体系和环境之间传递的能量形式。用Q表示，热与途径有关，不是状态函数。功：除热之外，其它各种被传递的能量，用w表示热和功的符号：⑴体系吸收热量Q＞0；体系放热Q＜0⑵环境对体系做功w＞0；体系对环境做功w＜05、热力学能(内能)：热力学体系内部的能量总和，用U表示内能是体系本身的性质，仅取决于体系的状态，故内能是状态函数。二、化学反应中的能量关系1、定压反应热、焓和焓变化学反应一般在恒压敞口容器中进行，对于只作体积功不做其它功的体系，U、p、V都是状态函数，所以U＋pV也是状态函数，在热力学上，将U+pV定义为型的状态函数，叫做焓，用H表示。规定：在反应中，＞0吸热反应＜0放热反应2、热化学方程式凡注明热效应的化学方程式，叫做热化学方程式。(中学用)书写热化学方程式：⑴注明反应的条件：不标温度，指298K(25℃)热力学上的标准状态：P：100kPaT任意气体：具有理想气体性质的纯气体纯液体、纯固体浓度为1的溶液⑵注明物质的聚集状态⑶焓变必须与化学方程式相对应3、生成焓⑴标准摩尔生成焓：标准状态下，由元素的最稳定单质化合物生成1纯化合物时的反应焓变叫做该化合物的标准摩尔生成焓。用表示。⑵稳定单质的为零。4、盖斯定律：在定压下，反应的热效应只与反应物的始态和终态有关，而与变化的途径无关。如：⑶不能由实验测定⑴⑵⑴－⑵＝⑶∴＝－＝5、由计算例1：P91-3补充练习：1、已知温度在298K，压力在100kPa下，⑴⑵试求：⑶的的值解：反应⑶＝反应⑴+2反应⑵则：＝2、已知、、的分别为、、，计算下列反应在298.15K时的值。解：＝3、已知甲醇燃烧反应的反应热为，即⑴⑵⑶试求：值解：据⑵可知＝据⑶据反应⑴小结：通过本章内容，应掌握理想气体状态方程、道尔顿分压定律及有关焓变的计算，理解焓、焓变的含义，了解热力学中的术语。作业：P115、12457第二章化学反应速率与化学平衡8§2.1化学反应速率一、化学反应速率化学反应速率是衡量化学反应快慢的物理量。通常以单位时间内反应物或生成物浓度变化的正值表示。二、表示方法1、平均速率2、瞬时速率：时，平均速率的极限某一化学反应，用各组分的浓度变化表示的反应速率之比，等于各自计量系数之比。三、化学反应速率的实验测定实验上测定的是某反应体系中不同时间t时某一组分的浓度，由此画c－t曲线，时间t时反应速率通过求t所对应的曲线上的斜率来得到。需要说明的是，用这种方法测反应速率时，化学反应的速率必须足够慢，以使在测量的时间内浓度没有明显的变化。否则会导致测定结果有极大的误差。§2.2化学反应速率理论简介一、有效碰撞理论1、有效碰撞：能够发生化学反应速率的碰撞2、活化分子与活化能活化分子：具有足够能量能发生有效碰撞的分子。活化能分解反应的活化能为102.1，意思是活化每摩尔的分子必须吸收102.1的能量。反应速率与活化能的关系：＞400的反应属于慢反应＜40的反应属于快反应在一定温度下，越大，活化分子百分数越小，有效碰撞次数少，反应速率越慢。反之，越小，活化分子百分数越大，有效碰撞次数多，反应速率越快。3、反应物分子碰撞的取向碰撞时，反应物分子必须有恰当的取向，使相应的原子能相互接触而形成生成物。二、过度状态理论过度状态理论认为：化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞完成的，在反应物到生成物的转变过程中，先形成一种过渡状态，即反应物分子活化形成配合物的中间状态。过渡状态－活化配合物§2.3影响化学反应速率的主要因素一、浓度分压对反应速率的影响1、元反应和非元反应元反应：一步就完成的反应。非元反应：分几步进行的反应。2、元反应的速率方程--质量作用定律对于元反应：气体：质量作用定律：在一定温度下，元反应的反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，浓度指数等于元反应中各反应物的化学计量数。注意：⑴质量作用定律只适用于元反应。⑵速率常数k取决于反应的本性，与浓度无关，与温度有关，k随温度的升高一般增大。⑶对于有固体或纯液体参加的反应，其速率方程与纯固体或纯液体的量无关。例：3、有效碰撞理论对浓度影响的解释对一指定反应，在一定温度下，反应物中活化分子的百分数是一定的，增大浓度，活化分子的百分数虽未改变，但单位体积内活化分子总数相应增大，有效碰撞次数增加，反应速率加快。二、温度对反应速率的影响大量实验表明：升高温度一般反应的速率会加快。1884年荷兰物理学家范特霍夫（VantHoff）根据大量实验事实总结出一条规则：温度每升高10℃，反应速率常数k大约增加到原来的2～4倍。即：温度升高反应速率加快的原因：温度升高使反应物分子的能量增加，大量非活化分子获得能量后变成活化分子，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多；另外，温度升高，分子运动速度加快，分子间碰撞次数增加。三、催化剂对反应速率的影响许多化学反应在热力学是可能的，但实际却不发生。这并非热力学的结论是错误的，而是反应的速度太慢了，若在体系中加入微量的某种物质，就可以使反应在同等条件下明显地发生。反应在、均为100时，室温时应自发进行，但长时间观察不到水。当反应即刻发生，Pt粉的量并不减少1、催化剂和催化作用催化剂：凡能改变化学反应速率而在反应前后自身的质量和化学性质保持不变的物质。催化作用：催化剂能改变反应速率的作用。2、催化剂改变反应速率的原因：实验证明，催化剂能加快反应速率，是因为它参与了变化过程，改变了原来的反应途径，降低了反应的活化能。左图：无催化剂时：按I途径进行，反应的活化能当有催化剂K存在时：反应按途径II进行，分为两步。活化能为活化能为∵＞＜∴反应速率加快实验表明，活化能降低使反应速率加快的倍数令人吃惊。无催化剂：Au作催化剂：反应速率加快约14万倍。由以上分析可见，催化剂的存在改变了反应的历程，催化剂本身也参与了反应生成了某个中间产物，而最后被释放，所以催化剂的物理性质往往发生了变化。如：球状→粉状条状()→粉状中的在反应前后晶体结构发生了变化。3、催化剂的特点⑴催化剂对反应速率的改变是通过反应机理的改变而实现的。⑵催化剂不影响产物和反应物的相对能量，未改变反应的始态和终态，催化剂只能加快反应达到平衡的时间，而不能改变平衡常数和平衡状态。⑶催化剂同等程度地加快正、逆反应速率，即在一定条件下，正反应的优良催化剂，一定是逆反应的优良的催化剂。⑷催化剂只能加快热力学上认为可以发生的反应，催化剂只能改变反应途径，而不能改变反应发生的方向。四、影响反应速率的其它因素多相反应：受接触面大小，扩散速率，接触机会的影响。超声波、紫外线、激光、高能射线也会对反应速率有影响。小结：掌握反应速率的，会用活化能，活化分子解释浓度、温度、催化剂对反应速率的影响，了解活化能、活化分子的概念。作业：§2.4化学平衡一、化学反应的可逆性和化学平衡1、可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应。2、化学平衡：在一定条件下密闭容器中，当可逆反应的正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度恒定时，反应体系所处的状态称为化学平衡状态。3、化学平衡的特点：⑴是一种动态平衡⑵各物质的浓度不随时间而改变⑶有条件的，相对的⑷化学平衡是可逆反应在一定条件下所达到的最终状态达平衡的途径，可以从正反应开始，也可从逆反应开始。二、实验平衡常数对于可逆反应：在一定温度下，达平衡时：称浓度平衡常数若是气相反应，可用压力平衡常数、统称为实验平衡常数，它们有量纲，而且随反应的不同量纲不同。三、标准平衡常数标准平衡常数，表达式与相同，只是浓度用相对浓度，分压用相对分压1、标准平衡常数的表达式标准平衡常数的表达式为：无压力平衡常数与浓度平衡常数之分，是量纲一的量，以后均使用，为简便起见，、可省去。2、注意事项⑴写入表达式的浓度与分压，均为达到平衡的数值。气体只能用⑵与计量方程式对应⑶纯固体、纯液体、水参加反应，浓度视为1，不写入表达式⑷温度变化时，随之变化3、平衡常数的意义⑴是可逆反应的特征常数，同类反应，越大，反应进行得越完全。⑵可判断反应是否处于平衡态和非平衡态时反应进行得方向。可逆反应任意态时，系统是否平衡，非平衡态向哪一方向进行，引入反应商Q气相反应：Q＝平衡状态Q＜平衡向正方向进行Q＞平衡向逆方向进行例1：P222-1教师分析，同学完成4、多重平衡得平衡常数有些反应平衡常数较难测定或不易从参考书中查得，则可利用已知得有关平衡常数计算出来。如：⑶⑴⑵反应⑴＋⑵＝⑶若反应⑶＝反应⑴＋反应⑵若反应⑶＝反应⑴－反应⑵多重平衡规则：在相同条件下，某个反应式可表示为两个反应式相加（或相减），则该反应得平衡常数等于两个反应平衡常数得积（或商）。四、平衡常数与转化率例1：P232-2例2：P242-3教师分析，同学完成补充练习：在973K时，＝9.0，若反应开始时和的浓度分别为和，计算的转化率。解：设平衡时，初始浓度()00平衡浓度()xx解得：2、现有2.695g装入1升密闭容器中，达250℃时，达平衡后总压力为101.325kPa，求的分解率及。解：平衡时总压为101.325kPa，据装入的物质的量为n：设平衡时的浓度为初始浓度()0.012900平衡浓度()0.0129-xxx平衡时体系中总的物质的量为：平衡时有0.0104分解的分解率为：平衡时各组分的物质的量：平衡时的分压：小结：化学平衡时考察一个可逆反应所达到的最大限度，在实际生产中具有重要的指导作用，所以要会分析初始、平衡时各组分的浓度，会判断任意状态下平衡进行的方向，会计算平衡时各组分的浓度及转化率。作业：P327P339§2.5化学平衡的移动可逆反应在一定条件下达平衡，，当外界条件变化时，平衡就会被破坏，反应物和生成物的量将自行调整，建立起与新的条件相适应的新的平衡。化学平衡移动：因外界条件的改变，使可逆反应从一种平衡状态转变为另一种平衡状态的过程称为化学平衡的移动。一、浓度对化学平衡的影响一定温度下，可逆反应：加入反应物或移去生成物，＞，随着反应向右的发生，体系一次达到新的平衡，，在新的平衡体系中，各组分的浓度均已改变，但比值保持不变。判断某一时刻，平衡移动的方向，可用反应商判据：Q＝平衡状态Q＜平衡向右移动Q＞平衡向左移动例1：P25例2-4教师分析思路，同学完成补充练习：可逆反应，在523K时，将0.070mol投入2.0L密闭容器中，达平衡时有0.066mol分解。⑴求该温度下的标准平衡常数和的分解率；⑵若温度保持不变，在平衡体系中再加入0.070mol的，问达新的平衡时各物质的浓度和的分解率。解：的分解率：初始浓度()00平衡浓度()⑵设达新的平衡时，有分解初始浓度()0平衡浓度()温度不变，不变解得平衡时各组分的浓度：分解率：平衡向逆方向移动。二、压力对化学平衡的影响在一定温度下，可逆反应将体系的体积缩小至原来的(x＞1)，则系统的总压及各组分的分压分别增至原来的x倍。反应商为：⑴当＞0Q＞平衡左移⑵当＜0Q＜平衡右移⑶当＝0Q＝平衡不移动结论：⑴