第第22章化工基础知识章化工基础知识第第22章化工基础知识章化工基础知识24/10/232化学工艺学第章2【教学目标】通过本章的学习,掌握化学热力学相关的基础知识;掌握化学反应速率、化学平衡的概念及影响因素;了解催化剂的特点、作用机理以及在工业中的使用;掌握化工生产的基本概念。24/10/232化学工艺学第章32.1化学热力学基础2.2化学反应速率和化学平衡2.3工业催化剂2.4化工生产的基本概念24/10/232化学工艺学第章42.1化学热力学基础2.1.1热力学第一定律1.基本概念(1)体系与环境根据研究问题的需要,人为地选取一定范围内的物质作为研究对象,称之为体系;体系之外并与体系有密切联系的其余部分物质或空间称为环境,根据体系与环境之间的有无物质和能量的交换,体系又分为敞开体系、封闭体系、孤立体系。状态函数:用来说明、确定体系所处状态的宏观物理量,包括质量、温度、压力、体积、密度等。状态函数的变化与过程的途径无关。(2)过程与途径定温过程、定压过程、定容过程、绝热过程、循环过程24/10/232化学工艺学第章52.1化学热力学基础(3)热量与功量热量(Q)指体系与环境之间因存在温差而引起的能量传递形式。体系吸热,Q为正值;体系放热,Q为负值。功量(W)是体系和环境之间除热之外的其它能量传递形式。体系对环境做功,W为正值;环境对体系做功,W为负值。热或功不是状态参数。只有系统状态发生变化时,才可能有热量和功的传递。(4)内能内能,又叫热力学能,它是指储存于体系内部一切能量的总和。任意系统处于确定状态时,系统的内能具有单一确定值;内能的改变量只由始态和终态决定,而与过程的途径无关,它是状态函数。24/10/232化学工艺学第章62.1化学热力学基础2.热力学第一定律(1)表述方式:能量可以从一种形式转化为另一种形式,但转化过程中能量的总和不变。第一类永动机不可能制成。(2)数学表达式WQUWQUd24/10/232化学工艺学第章72.1化学热力学基础2.1.2化学反应热的计算1.定容反应热2.定压反应热即化学反应的恒压热效应等于过程的焓变。3.热化学方程式(1)热化学反应方程式的写法:或vdUQWQpVWQ外()0pQHrm,298K2g2gs,COCO393.5kJ/molH石墨298.15K222101325Pa1H(g)O(g)HO(l)285.8kJ/mol2Q24/10/232化学工艺学第章82.1化学热力学基础(2)注意事项应注明反应的温度和压力应注明反应物和生成物的物理状态化学计量系数,可以是整数也可以是分数。同一化学反应的计量系数不同,其反应的热效应值也不相同。在可逆反应中,正逆反应的焓变的绝对值相等,其正负号相反。4.标准摩尔生成焓(1)在标准压力和指定温度下,由最稳定的单质反应生成1某物质,其过程的标准焓变,称为该物质在该温度下的标准摩尔生成焓。用表示,单位是kJ/mol。(2)由标准摩尔生成焓计算反应的热效应:先从热力学数据表中查出反应各物质的标准生成焓,再由计算反应的热效应。mfHiimfimr,HH24/10/232化学工艺学第章92.1化学热力学基础5.标准摩尔燃烧焓(1)标准摩尔燃烧焓是指在标准状态下1物质完全燃烧时所放出的热量,通常称为燃烧焓,用表示,单位单位是kJ/mol。(2)由标准摩尔燃烧焓计算反应的热效应:6.离子标准摩尔生成焓(1)在指定温度及标准状态下,由稳定单质生成溶于大量水的1离子时的热效应称为离子标准摩尔生成焓,用表示,并规定氢离子的标准摩尔生成焓为零。(2)由离子标准摩尔生成焓数据计算化学反应热:其中,离子标准摩尔生成焓数据可查有关数据mcHiimcimr,HH)aq(mfH)aq(HHim,fiimr24/10/232化学工艺学第章102.2化学反应速率和化学平衡2.2.1化学反应速率1.化学反应速率理论(1)有效碰撞理论发生反应的碰撞是有效碰撞,大部分不发生反应的碰撞是弹性碰撞要发生有效碰撞,反应物分子必须具有足够的能量,碰撞时要有合适的方向在其它条件相同时,活化能越低的反应其反应速率就越大,活化能越高的反应其反应速率就越小。(2)过度状态理论化学反应是在碰撞中先...