当前课程知识点：大学化学 > 第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡 > 6.1化学反应中的能量变化-反应进度 > Video
同学们好
下边我们继续
关于化学反应中的
能量变化的学习
在上一节课当中
我们从等容
和等压热效应
为大家推导了
内能与体系能量变化
之间的关系
那么这一节呢
我们将从一个新的角度
跟大家继续
上一节的话题
首先 我们为大家引进
一个新的物理参量
我们叫它反应进度
我们用希腊字母ξ
来表示
反应进度
听起来好像有点陌生
但是如果我们
仔细来考虑
它的表达方式
以及和我们以往的
反应进程之间的关系的话
我们就会发现
对于这样一个反应
如果它的反应物的系数
和生成物的系数
分别用小写的a,b
和g,d来表示的话
那么这时候
ξ实际上是代表的
反应中任意一种物质
不管它是反应物
还是生成物
在某一时刻
物质的量
它的变化的大小呢
与它的化学计量系数
之间的比值
化学计量系数
就是我们刚才讲的
在我们的反应物
和生成物之前的
这个小写的a,b
或者是g,d
ξ的量纲呢
也是mol
同学们注意了
关于mol的概念
这里和我们以往掌握的
一定量的物质的
它的量度的单位
之间既有联系
也有差别
关于反应进度当中的
mol的物理意义呢
我们在后续
再跟大家
逐一的来探讨
对于这样一个典型的
反应物到产物
这样一个反应
如果我们初始态
各物质的量
我们定义为n0的话
这时候就可以表示出
反应物的初始的浓度
或摩尔数
还有我们的产物的
初始的浓度或摩尔数
当反应达到终止的时候
那么终态
我们把相应的物质的量呢
用另外一个参数来表示
这时候
n与n0之间相对应的
反应物与反应物
产物与产物之间的
物质的变化量
我们就可以找到一个
变化的规律
同时
为了更好的把握这个规律呢
也就是ξ当中
帮我们引入了
关于系数的这样的
一个参量的变化的规律
这个系数
就是我们刚才所了解的
反应当中的
反应物的系数
以及产物的系数
细心的同学
可能已经发现了
老师
同样是这样一个希腊字母ν
代表的反应物或
产物前面的比例系数
但是为什么
老师刚才在展示的时候
却有正 有负呢
这当中就涉及到了
反应进度
与反应方程
之间的设定的关系
在考察反应进度时
我们不难了解
反应物是
随着反应时间的延长
在逐渐的减少的一个过程
而生成物呢
不用多说
一定是随着时间的延长
物质的量在相对增加
或者在增多的过程
所以
当用不同物质的量的变化
与它的系数ν
去相互比较的时候
我们如果用反应物来比较
在相同时间内的
它的变化量
与系数之间的关系时
由于变化量的总体趋势
是减少的
这时候
我们的ν呢 就要相应的
在它的原来的
比例系数之前
加上一个负号
同样由于生成物呢
它是随着时间的变化
在不断的增加的
物质的增加量是正值
所以这时候
就毫无疑问的
它的系数呢
就可以直接取
反应物前面的那个
化学计量比的系数
关于反应进度
它的系数ν
它的取值的这样规则
同学们呢从今天起
就要多加留意了
对比刚才
李老师告诉大家的
为什么
我的反应物要取负值
为什么要取正值
理解了这样一个
基本的取值原则呢
同学们记忆起来
就不太会有困难了
好
接下来我们来看看
反应进度这样一个ξ
它的物理意义
到底是什么
虽然前面我们已经强调了
它是反应的一定时间内
物质的变化的相对量的
这样一个比值
或者是相对量的
一个参照的物理量
但是对于这样一个反应来讲
具体的要写出
它的数学关系的时候
同学们还要依照
刚才我们用文字描述的
这样一个过程
把它逐一的纳入到
我们的数学讨论当中
比如说
如果反应进度ξ
等于零的时候
这时候呢 表示反应还没有进行
这时候
反应物
它的浓度是最多的
也就是我们的初始的浓度
而产物呢
是我们整个过程当中
量最少的
这个时候
表示初始时刻
各物质的量
与终态时刻各物质的量
完全相同
反应没有开动
如果对于它反应
过程当中的
摩尔数等于1
这个时候
又正好表示了
我们的反应进程的一个
特殊点
当ξ等于1mol的时候
表示在这样一个式子当中
各个物质的量
它们的变化的数值呢
正好是按照我们的
a,b,g,d
这样一个化学计量比的系数
反应了一次
也就是说
有a个A反应物
b个B反应物
反应生成了
g个G反应物
和d个D反应物
听起来好像是绕口令
但是同学们
如果我们理清楚了
小写的a,b,g,d
是我们代表
反应物和生成物的
化学计量比的那个系数ν
这时候
每一个物质
它的变化的摩尔数
就与我们这样的一个ν
的变化
直接相关
ξ等于零
表示反应还没有开始
ξ等于1的时候呢
这时候恰恰是
反映了
反应物与生成物之间
按照化学计量比的
这样一个关系
反应进行了一轮
如果
我们进一步的来理解
反应进度ξ
与反应方程之间的
关系的话
我们就要注意了
反应进度ξ
它不是一个独立的量
它与反应方程式的写法
直接相关
某种意义上
我们来说
反应进度
与反应方程之间的关系
是密不可分的
因为
同样一个化学反应
当我的方程式所取的
化学计量比的系数
不同的时候
反应进度
就会有本质的差异
怎么样来理解这个问题呢
我们通过
这样一个典型的例子
来跟大家讨论一下
绝对物质的量的变化
与方程式写法的变化
它们彼此之间
对于反应进度的
影响关系
比如说
我们对一个
X+3Y生成2Z的
这样一个典型的化学反应
如果初始态
X呢为2mol的物质的量
Y呢为6mol的物质的量
Z呢在初始状态
它处在完全没有的
这样一种的物质量的状态
当反应进行到
一定的程度的时候
这时候
恰恰按照这个比例
反应物的量消耗掉了一半
而这时候呢
生成了2mol的Z
X和Y消耗的比例
恰恰是按我们的
反应物的前面的系数ν
的比例来消耗的
生成物呢也恰恰是
按照我们的
生成物前面的ν
来生成的
这个时候
在终态和始态之间
各物质分别的变化量
我们可以通过
反应物和生成物的
不同的变化的比例
加以数学的计算
我们发现
反应物分别减少了
1mol和3mol
而生成物呢
增加了2mol
从我们前面的
比例系数的
取值原则
我们知道了
对于反应物来讲
它们的ν的取值呢
要取负号
所以分别对X是-1
对于Y呢就是-3
而对于Z呢
它的系数取正号不变
就是2
按照ξ的计算方法
Δn/ν
相应的就是我们的
反应进度
以不同的物质
它们的这样一个比值
来计量我们的反应进度的话
我们发现
这样的比值
最后会等于
相同的数字
和相同的量纲
原因就是
反应进度
是真正把握了
化学反应过程当中
反应物与生成物之间的
数学比例关系
讲到这儿
同学们可能感到释然了
哦~
反应进度原来就是
这样简单的一个
数学方法
帮我们来了解
这样一个比例关系
隐藏在背后的
它们统一的
这样一个数学的变化量
但是事情没有这么简单
如果我把反应的进度
与方程之间的关系
展示给大家的话
同学们就会发现
反应进度还有它
我们以前不了解的一面
如果我们把刚才同样一个
化学反应的方程
我们把它的两侧
同时除以了
生成物的系数
这时候
生成物这一侧
它的系数
变成了1
而反应物这一侧呢
分别变成了1/2
和3/2
为了比较方程不同的
描述状态的时候
与物质绝对量的变化
之间的联系
我们仍然
在变化以后的方程当中
取初始态的物质的总量
与我们前述的
状态是完全相同的
X还是2mol
Y呢还是6mol
反应终态这时候
我们X剩下1mol
Y剩下3mol
显然它们还是按照
1/2：3/2的比例
来进行反应的
这时候
消耗掉的X和Y呢
一共生成了2mol的Z
考察
在这样一个反应过程当中
物质的量的变化Δn
我们发现
对于不同的反应物
和生成物来讲
它们的绝对的值
和刚才我们计量的情况
是一样的
但是不同的是
对于这个方程来讲
由于我们改变了
它的化学计量比系数
所以ν呢
这个时候就分别变成了
X对应的ν
是-1/2
Y对应的ν呢
是-3/2
而Z对应的ν呢是+1
而按照我们的反应进度
计算出来的ξ呢
这时候就神奇的变为了
2mol
这样一个新的数字
同学们看
反应的终态
和始态之间
物质的绝对量没有变
物质在始态和终态之间的
它们的绝对量的变化
也是相同的
唯独我们改变了
这样一个方程两边的
化学计量比的系数
反应的进度
就发生了根本的改变
更有趣的是
我们把这样的一个系数
减小到原来的1/2
而反应进度呢
却增加了一倍
对于同样一个化学反应
你用不同的方程来表述
最后反应的进度
就会有一个
与化学计量比系数
相关的一个变化率
这是同学们要了解
反应进度
和反应方程之间关系时
所要把握的一个
关键的内容
同学们课后
还可以针对这样一个问题呢
找其它不同的
方程的结构类型
进行反应进度
之间的计算的推演
看看是不是
都有相似或相同的规律
如果你推演对了
这个规律
应该是完全一致的
如果不符合这个规律呢
那只有一种可能
就是同学们
你推演错了
那么反应进度
我们为什么要单独抽象出
这样一个物理概念
它对我们深刻的把握
反应过程当中的
能量变化
有什么样的帮助呢
那么接下来
我们来看一看
当反应进度
等于1mol的时候
它表示的是
各物质的量的变化
在数值上正好等于
各自的化学计量系数
这样一句话
可能理解起来比较抽象
如果我们把它结合到
我们反应过程当中的
摩尔量
和反应过程当中
单位物质量的变化的时候
我们就会发现ξ
等于1的时候
是一个我们必须要把握
而且要明确的
一个物理过程的关键点
我们以往在介绍
单位物质量的
反应的焓变时
曾经跟大家引入了一个
摩尔反应焓
标准的摩尔反应焓呢
与我们的ξ之间的关系
是指
我们对一个化学反应来讲
反应总的焓变
与反应进度之间的比值
就是我们的反应的
标准的摩尔焓变
怎么理解这句话呢
也就是说
我们的这一部分
是与我们的反应的方程式
直接相关的
一个反应过程当中的
等压的热效应
或者是
我的反应的总的热效应
同时同学们要关注的是
这个效应
对于我同样的方程
或者是同样的方程
所取的比例系数
不一致的情况下
总的量或许没有改变
但是
当我们把化学计量比系数
对于反应进度ξ的影响
考虑进去以后
这时候
这个看似不变的总量就会
随着我们化学计量比的不同
而产生相应的摩尔焓变的
之间关系的不同
有了这样的概念
同学们
在后续的学习当中
除了我们的一定量的
反应过程当中的
物质的焓变
还有一定量的物质的
吉布斯自由能的变化
都是与反应进度
直接相关的
这样一个物理参量
理解了这里
反过来再回忆
最开始
李老师提醒大家的
反应进度的摩尔ξ
和我们最早了解的
每个摩尔具有
6.02×1023个
物质单元这样一个概念
既有联系
又有区别
因为作为反应进度ξ呢
它反映的是整个方程
它的化学计量比系数与
化学物质量变化之间的关系
而我们前面讲的
阿伏伽德罗常数当中的
物质的一个定量的
描述的单元的量
也就是
6.02×1023
这样一个微观粒子的
数量的量度单位
如果当我们的生成物
或者我们的反应物的
它的计量比的系数
恰恰为1的时候
这时候
如果我们用
这个物质来计量
我们整个的反应的话
ξ等于1mol
与我们阿伏伽德罗常数
当中描述的1mol
两者之间
有相互的联系
如果当它的计量系数
不是1的时候
这两者之间
就没有直接的联系
而它们之间的关系呢
仅仅与我们的
系数ν的变化之间的关系
相联系
讲了那么多
同学们就不难发现
我们的标准的物质的
反应的摩尔焓变
与物质的量的变化关系
与我们的方程式的写法
直接相关
方程式的写法不同
化学计量比的系数不同
最后我们得到的这样一个
标准的摩尔反应的焓变
就会有所差异
所以同学们以后在查表
利用热力学数据的时候
一定要注意
这样一个数据呢
它所对应的化学反应的
方程式的写法
最关键的
就是方程式当中
各个比例系数的大小
明白了这样一个道理以后
我们来看
两个简单的例子
第一个是
CO与O2反应
变成CO2
这个过程当中
它的反应的摩尔焓变呢
就是这个反应过程当中的
总的焓变
除以反应的进度ξ
计算的结果呢
它是小于0的
因此
这个反应
是一个典型的放热反应
同学们从生活常识当中
就可以找到
正确的答案
CO燃烧
肯定是一个放热反应
而且生成物的系数
这时候是1
所以这时候
就意味着
是生成1mol的
CO2气体
它的热效应就会释放出
282.99kJ
这样的热量
如果我们换一个体系
这是两个固相的反应
这个反应过程当中
我们可以看到
相应的系数
从原来的分数
变成了正整数
而这时候呢
生成物
它的系数仍然是1
我们通过计算
我们就会发现
在这样一个过程当中
生成1mol的
这样一个
固态的Ag2S
它所释放的热量呢
是32.6kJ
如果
当我们的这样一个
比例系数
发生变化的时候
比如说
我们在两边各自乘以个2
那么针对乘2以后的式子
我们算出来的结果呢
我们的摩尔生成焓
就会在现有的基础上
再增加一倍
同样除以2呢
它就会减小一半
有关这样的规律
同学们可以参考
书后的热力学的数据表
加以学习和训练
逐渐地去了解和掌握
我们的反应的焓变
与我们的
比例系数之间的关系
这个关系的纽带
就是我们今天讨论的
反应进度ξ
有关这一部分的内容
今天我们就介绍到这儿
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
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-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
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-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
--Video
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
--Video
-无机元素化学-p区元素
--Video
-无机元素化学-过渡元素
--Video
-生命化学概论-生命有机化合物官能团
--Video
-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
--Video
-生命化学概论-蛋白质
--Video
-生命化学概论-核酸
--Video
-生命化学概论-糖
--Video
-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
--Video
-生命化学概论-药物
--Video
-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
--Video
-纳米科学与化学-微观结构与仿生
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构的观察
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
--Video
-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
--Video
-化学与材料-正渗透与水处理技术
--Video
-化学与材料-相变材料（一）
--Video
-化学与材料-相变材料（二）
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