工程化学第一章

这是一篇关于工程化学第一章的学习笔记，内容有化学反应热效应及其运算、化学反应进行的方向、化学反应速率等。

工程化学

• 0.绪论
  • 0.1化学的研究对象
  • 0.2化学发展简史
    • 0.2.5现代化学的建立和发展
      • 原子论（现代化学的开始）
      • 元素周期律（门捷列夫）
      • 原子结构理论和化学键理论的建立
      • 飞秒化学
        • 飞秒s 反应过渡态
      • 超分子化学（分子间弱相互作用和分子组装的化学）
      • 组合化学（n*m批）
  • 0.3化学在国民经济中的作用
    • 0.3.3化学与材料（三大合成材料：橡胶，纤维，塑料）
  • 0.4化学学科的体系（四大分支）
    • 无机化学
    • 有机化学
    • 分析化学
    • 物理化学
• 1.化学反应的基本原理
  • 1.1化学反应热效应及其计算
    • 1.1.1几个热力学基本概念
      • 1.1.1.1系统、环境与相
        • 系统（被划定的研究对象）
        • 环境（与系统密切相关的周围部分）
          • 敞开系统（与环境之间既有物质交换又有能量交换）
          • 封闭系统（与环境之间只有能量交换而无物质交换）
          • 孤立系统/隔离系统（与环境之间既无物质交换亦无能量交换）
        • 相（在系统中物理和化学性质完全相同的均匀部分）
          • 气相、液相、固相
          • 不同相之间有相界面
          • 单相系统（水+乙醇）
          • 多相系统（水+油）
      • 1.1.1.2状态与状态函数
        • 状态（系统性质的综合表现）
        • 状态函数（决定状态性质的参变量）
          • 状态函数（不易直接测得）
            • 内能/热力学能U
            • 焓H
            • 吉布斯函数G
          • 状态参变量（容易直接测得）
            • 温度T
            • 压力p
            • 体积V
          • 特点
            • 1.状态一定，状态函数一定（状态函数是状态的单值函数）
            • 2.状态发生变化，状态函数的改变量只取决于系统的始态和终态，而与变化过程无关
      • 1.1.1.3热力学能/内能U（系统内部能量）
        • 系统的能量
          • 系统整体运动的动能
          • 系统在外力场中的势能
          • 系统内部的能量
        • U2-U1=
      • 1.1.1.4热和功（不是状态函数，走回宿舍的路不同）
        • 热量/热Q（系统与环境之间存在温差时，高温物体向低温物体传递的能量）
          • 系统吸热：Q>0
          • 系统放热：Q<0
        • 功W（除热以外，系统与环境所交换的其他能量）
          • 环境对系统做功，W>0，得功
          • 系统对环境做功，W<0，失功
          • 体积功
          • 非体积功
    • 1.1.2热力学第一定律/能量守恒定律（自然界一切物质都有能量，能量有不同形式，能从一种形式转换为另一种形式，在转化过程中能量的总量不变）
      • Q和W前的正负号：以体系为中心，体系得到为正，体系失去为负
    • 1.1.3化学反应热与焓变
      • 化学反应热（反应物和生成物的温度相同，且反应过程中系统只做体积功时所吸收或放出的热量）
      • 1.1.3.1定/恒容反应热Qv（体积不变且不做非体积功）
        • 在不做非体积功的条件下，定容反应的热效应在数值上等于系统热力学能的变化
      • 1.1.3.2定/恒压反应热Qp
        • 系统只做体积功时的热效应在数值上等于系统的焓变
        • • 标况STP
            • P=101.325kPa
            • T=273.15K
            • n=1mol
            • Vm=22.414L
            • R=8.314kPa·L·K(-1)·mol(-1)
      • 封闭系统
    • 1.1.4化学反应热的计算
      • 1.1.4.1热化学方程式
        • 不注明：常温常压298K，
        • 反应的标准摩尔焓变
          • 单位为kJ/mol或J/mol
          • r 反应
          • m 1mol反应
          • 上标 标准态
            • 压强p=100kPa
            • 浓度=1mol/L
            • 纯液体，纯固体
          • 注明几K
        • 注明晶型（石墨，金刚石）
        • 注明聚集状态（g，l，s，aq水溶液）
        • 可以是分数
      • 1.1.4.2盖斯定律
        • 内能和焓是状态函数
      • 1.1.4.3标准摩尔生成焓和标准摩尔焓变
        • H=U+pV
        • (1)物质的标准摩尔生成焓
          • △fHmϴ
          • 单位kJ/mol
          • 某温度+标准状态
          • 由最稳定的单质生成
          • 生成1mol纯物质的热效应
          • 处于标准状态下最稳定的单质的标准摩尔生成焓=0
        • （2）反应的标准摩尔焓变
          • 标准条件下反应或过程的摩尔焓变
          • B 反应中的任一物质
          • vB 反应物和产物的化学计量系数
          • 反应中任意物质的标准摩尔生成焓
          • 标准摩尔焓变
  • 1.2化学反应进行的方向
    • 1.2.1化学反应自发性的判断
      • 1.2.1.1自发过程的共同特征
        • 自发反应/过程
          • 在给定条件下不需外加能量而能自己进行的反应或过程
          • 逆过程一定为非自发过程
      • 1.2.1.2自发过程与焓变
        • 能自发进行的吸热反应
          • 氯化铵固体溶解
          • 高温分解碳酸钙（生成氧化钙+二氧化碳）
          • 100度液态水变为水蒸气
      • 1.1.2.3焓变与反应的方向
        • （1）熵的概念
          • S熵代表混乱度
          • 微观状态函数
          • S（纯净完整晶体，0K）=0
          • 规定熵/绝对熵（从0K到指定温度）
          • 标准摩尔熵（298.15K）
            • 单位物质的量的纯物质在标准条件下的规定熵
        • （2）影响熵值的因素
          • 同一物质
            • S（高温）>S（低温）
            • S（低压）>S（高压）
            • S(g)>S(l)>S(s)
          • 相同条件下的不同物质，分子结构越复杂，熵值S越大
          • 相似，相对分子质量M越大，熵值S越大
          • S(混合物)>S(纯净物)
        • （3）化学反应熵变的计算
          • 只和始态和终态有关，与所经历的途径无关
        • （4）熵变与化学反应的自发性
          • 系统熵减少的自发反应
            • 氯化氢HCl(g)和氨气(g)合成氯化铵固体（S）
          • （1）放热使系统趋向于最低能量状态
          • （2）系统趋于最大混乱度
    • 1.2.2吉布斯自由能变与化学反应的方向
      • 1.2.2.1吉布斯自由能变
        • 吉布斯自由能（G） 状态函数
        • 单位 J
        • 恒温恒压
      • 1.2.2.2吉布斯自由能变与化学反应的方向
        • 恒温恒压+只做体积功
          • 自发
          • 平衡
          • 不自发
        • 最小吉布斯自由能变原理
          • 达到平衡时，系统的G降到最小，此时化学反应的吉布斯自由能变
        • 热力学第三定律（熵增原理）
      • 1.2.2.3吉布斯自由能变的计算
        • （1）标准摩尔生成自由能
          • 定义：在某温度，标准状态下，各种元素最稳定单质生成1mol纯物质（任意状态）时的自由能变
          • 单位：kJ/mol
        • (2)
  • 1.3化学反应速率
    • 1.3.1反应速率与浓度的关系
      • 1.3.1.1反应速率的表示方法
      • 1.3.1.2反应物浓度与反应速率的关系
    • 1.3.2反应速率与温度的关系
      • 1.3.2.1反应速率与温度的关系概述
      • 1.3.2.2反应活化能
  • 1.4化学平衡
    • 1.4.1可逆反应与化学平衡
      • 1.4.1.1可逆反应与化学平衡
      • 1.4.1.2平衡常数
      • 1.4.1.3有关化学平衡的计算
    • 1.4.2化学平衡的移动
      • 1.4.2.1浓度（或分压）对化学平衡的影响
      • 1.4.2.2系统压力改变对平衡的影响
      • 1.4.2.3温度改变对平衡的影响
      • 1.4.2.4催化剂对化学平衡的影响
      • 1.4.2.5平衡移动总规律——吕·查得里原理
• 2.水溶液中的化学
• 3.电化学基础
• 附录
• 11.化工商品知识与营销
• 10.化学与日常生活
• 9.危险化学品的管理和消防
• 8.非化工类生产中的化学知识
• 7.化学与环境
• 6.化学与能源
• 5.化学与材料科学
• 4.物质结构基础