清华大学大学化学A教案《化学热力学初步》.ppt

* 燃烧热与理想清洁能源-氢能 宝马 Hydrogen7 2006年11月22日推出 需要解决的问题： 1. H2的生产 2. H2的储运 3. 安全 H2的特点： 1. H2低沸点(Tc = -240.2?C，pc = 12.9 atm) 2. H2易燃，燃烧产物环保 3. 质量轻 电解水制氢 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l); ?rHm? = -571.6 kJ mol-1 * 美国能源部关于氢能汽车的研究表明，如果要让该技术成为现实，现有的储氢材料应该在室温下提供6.5%的储氢质量密度。 1991年 /article.asp?articleid=439 储氢 碳纳米管储氢 * 4. 由键能法计算标准摩尔热效应（不要求） (1) 键能 (?bH?m) 双原子分子 多原子分子 ?bH?m (离解能) ?bH?m (平均离解能) (2) 化学反应的本质就是旧键的断开和新键的形成，其键能的差别就是反应过程产生热效应的根本原因。 (3) 键能法计算反应热的不足：a. 键能的数据不全；b. 键能法计算的反应热精度不高，因为键的性质与分子的环境有关。c. 计算仅适用用气态反应。 恒压下断开气态分子单位物质的量的化学键变成气态原子时的反应热。 N2 + 3H2 = 2NH3 * (4) ?rH?m = ?n反?bH?m(反) ? ?n产?bH?m(产) ?rHm?/kJ mol-1: 19.00 17.24 17.95 * 化学反应的（等压）热效应计算 ?rHm? = ?n反?cH?m(反) ? ?n产?cH?m(产) ?rH?m = ?n产?f H?m(产) ? ?n反?f H?m(反) 应用公式时注意： 反应焓变的计算公式勿颠倒 公式中各种物质一定要考虑其聚集状态(或晶型) 不要遗漏化学计量数和焓变的正负号 系统温度不是298.15K时，反应焓变一般变化不大。ΔrHΘm(T)≈ΔrHΘm(298.15K)？ 逆反应的ΔrHΘm与正反应的数值相等，符号相反。 对于任意化学反应：aA + bB = cC + dD ?rH?m,298K = ?rH?m,400K + ?H?m(反) ? ?H?m(产) = ?rH?m,400K + (c反m反-c产m产)??T ≈ ?rH?m,400K 对于任意化学反应：aA + bB = cC + dD ?rH?m,298K 吸热?H?m(反) -?H?m(产)放热 aA + bB = cC + dD ?rH?m,400K 关于ΔrHΘm(T)≈ΔrHΘm(298.15K)的分析 * 解：体系吸收热量 Q＝＋854J 例：在78.3℃及100 kPa下，1g乙醇蒸发变成 620cm3乙醇蒸气时，吸热 854J，求内能变化△U。 W＝-p△V＝-100kPa×0.62L＝-62J （忽略液态乙醇所占的体积） ∴△U＝Q+W＝854J－62J＝＋792J 以上结果表示1g乙醇在78.3℃气化时，吸收854 J热量，对环境做62J的功，其内能增加792J。 * 火箭燃料偏二甲肼[(CH3)2NNH2]的燃烧反应： 　C2H8N2(l) + 2N2O4(l) = 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(l) ?rHm? = ? * * * C(graphite) = C(diamond) 二十世纪30～40年代Bridgman开发了多个耐高压设备尝试将石墨压成金刚石，在高于300kbar压力下依然失败。他说：“Graphite is nature’s best spring.”. (注：1 bar = 100 kpa ≈ 1 atm) 1943年Gunther试着加热8mm石墨板至3000～3200?C并加压至100kbar，没发现产生金刚石。 1960年Liander和Lundblad尝试了加热石墨至4000?C并加压至100kbar也没发现产生金刚石，并预言需要150kbar压力才行。 1963年Bundy在125kbar, 3000K成功将石墨定量转化为多晶金刚石。 * CO2 + Na C(diamond) + Na2CO3 440?C, 800 atm 12 hr 变废为宝！ * Science, 1998, 281, 5374 * 第 3 章 化学热力学初步 3-1 化学反应中的能量变化 3-2 化学反应的方向 CO2 + Na C(diamond) + Na2CO