无机化学课件2.ppt

第二章 化学反应中的能量关系 热力学与化学热力学 热力学：是研究热和其它形式能量之间的转换关系，是研究体系宏观性质变化之间的关系。 化学热力学：把热力学中最基本的原理用来研究化学现象以及和化学有关的物理现象。 热力学可以告诉我们，在某种条件下，变化是否能够发生，进行到什么程度。 热力学第一定律——计算变化中的热效应。 热力学第二定律——变化的方向和限度，相平衡和化学平衡中的有关问题。 热力学第三定律——阐明了规定熵的数值。 爱因斯坦对热力学的评价 “对于一个理论而言，它的前提越简单，所关联的不同事物越多，应用的领域越广泛，它给人留下的印象就越深刻。因此，经典热力学给我留下了深刻的印象。它是唯一具有普遍性的物理理论。这使我相信，在经典热力学的应用领域之内，它永远也不会被抛弃。” 爱因斯坦(Albert Einstein) (In The Library of Living PhilosophersVol. VII, Albert Einstein: Philosopher-Scientist. By P.A.Schilpp. 1973) 化学反应 可以看得到的化学反应 为什么研究化学热力学 有的反应难以看到： Pb2+ + EDTA = Pb-EDTA 有的反应式可以写出来，却不知能否发生？ Al2O3 + 3CO = 2Al + 3CO2 这就需要了解化学反应的基本规律。 其中最重要的是化学热力学。 体系 体系（系统或物质)：作为研究对象的物质。 敞开系统：系统与环境间即有物质交换，又有能量交换 封闭系统：系统与环境间没有物质交换，只有能量交换 孤立系统：系统与环境间无物质和能量的交换 环境：体系以外的，与体系有密切联系的其它部分。 系统随观察对象变化 状态和过程 状态和状态函数 状态：体系一系列性质的总和。 状态函数：描写体系状态的宏观性质。 状态函数的特性： 状态一定，状态函数一定； 状态变化，状态函数变化，但变化值只与体系的始态和终态有关，与变化的途径无关 过程 当体系的状态发生变化时，从始态到终态的变化称为过程。 恒温过程：始态、终态温度相等，并且过程中始终保持这个温度。 T1=T2 恒压过程：始态、终态压力相等，并且过程中始终保持这个压力。 P1=P2 恒容过程：始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积。 V1=V2 分子运动 内能U (热力学能) 体系的内能即体系内部所有粒子全部能量的总和。其中包括体系内各物质分子的动能、分子间相互作用的势能及分子内部的能量(包括分子内部所有微粒的动能与粒子间相互作用势能)。 内能是体系自身的性质，只决定于体系的状态，是体系的状态函数。 由于粒子运动方式及相互作用极其复杂，人们对此尚无完整的认识，所以体系内能的绝对值是无法确定的。 书中若未特别指明，所讨论的均为封闭体系。 热力学能的变化 热(Q)：体系与环境之间因温度不同而交换 或传递的能量。 规定：体系从环境吸热时，Q为正值； 体系向环境放热时，Q为负值。 功(W)：除了热之外，其它被传递的能量 规定：环境对体系做功时，W为正值； 体系对环境做功时，W为负值。 体积功和非体积功 体积功：气体发生膨胀或压缩做的功 一般条件下进行的化学反应，只作体积功 热力学上的一个重要概念 用 W 表示，单位 J W= -p?V = -p(V终－V始) 非体积功，有用功：除体积功之外的功， 电功，力学上的功等 用 W’ 表示 热和功不是状态函数 途径A， 反抗外压p=1?105Pa，一次膨胀 WA=-p?V=-1?105Pa?(16-4)?10-3m3=-1200J 途径B，分两步膨胀， 1)先反抗外压 p1=2?105Pa膨胀到8dm3 W1=-p外?V=-2?105Pa?(8－4)?10-3m3=-800J 2)再反抗外压 p2=1?105Pa 膨胀到16dm3 W2=-p外?V=-1?105?(16－8)?10-3=-800J WB=W1+W2=(-800)+(-800)=-1600J 途径不同，完成同一过程时，体系的功不相等。 热功当量 焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。 即： 1 cal = 4.1840 J 著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。 能量守恒定律 到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为： 自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转