大学化学第四章 化学反应的基本原理.ppt

4-1 化学反应进度 关于反应进度?的两个说明 ? 指整个反应的进度，而不是指某个物质。如上例合成氨的反应?=1.0 mol，表示消耗了1.0 mol（NH3）和1.0 mol（3H2），生成了1.0 mol（2NH3）。 ? 的数值与方程式的写法有关！ 4-2 化学反应能量守恒定律 4.2.1. 系统、环境和相的概念 4.2.2. 状态函数和热力学能 4.2.3. 化学反应中能量守恒定律的表达式 4-2-1 系统、环境与相的概念 系统：被研究的直接对象 环境：体系外与其密切相关的部分 Example 取一个装有盐酸溶液的烧杯，投入锌粒进行锌与盐酸反应，哪一部分是系统？哪一部分是环境？ 体系的分类（1） 按照系统与环境之间的物质和能量的交换关系，通常将系统分为三类： 敞开体系：体系与环境之间既有能量交换又有物质交换。 封闭体系：体系与环境之间有能量交换但没有物质交换。 孤立体系：体系与环境之间既无能量交换又无物质交换。 体系的分类（2） 例：在一杯中盛满热水、没盖，以热水为体系则是一敞开体系（图1），降温过程中体系向环境放出热量，又不断有水分子变为水蒸气逸出；若在杯上加一个盖子则避免与环境间的物质交换，于是得到一个封闭体系（图2）；若将杯子换成一个理想保温杯杜绝了能量交换，于是得到一个孤立体系（图3）。 相 (phase) 相：体系中物理性质和化学性质完全相同的任何均匀部分，相和相之间有明显的界面。 所有气体均属于同一个相（气相）；均匀液体或溶液属于同一个相（液相）；冰水？ 只含单相的体系称为均相体系；含两个或以上的体系称为非均相（多相）体系。 4-2-2 状态函数与热力学能 状态（state）：由一系列表征体系的物理量所确定下来的体系的存在形式，称为体系的状态。 状态函数（state function）：籍以确定体系状态的物理量。 例：某理想气体，其物质的量n=1mol，压强p=1.013 ×105 Pa，体积 V=22.4 L，温度 T=273K，我们说它处于标准状态。P、V、T和n就是体系的状态函数 状态函数的鲜明特点 状态一定，状态函数一定； 状态变化，状态函数也随之而 变，且状态函数的变化值只与始态（变化前的状态）、终态（变化后的状态）有关，而与变化途径无关 过程和途径 过程：体系的状态发生变化，从始态到终态，我们说体系经历了一个热力学过程，简称过程。有一些过程是在特定条件下进行的，如： 恒压过程—体系压力不变（ΔP=0）如敞开体系 恒温过程—体系始态、终态温度不变（ΔT=0） 恒容过程—体系体积不变（ΔV=0） 绝热过程—体系和环境无热量交换（Q=0） 途径：变化过程可以采取许多种不同方式，我们把这每一种具体的方式称为一种途径。 热力学能 热力学能（thermodynamic energy，U）：体系内所有微观粒子的全部能量之和，旧称内能，它包括系统内物质分子的各种形式的能量，如分子的平动能、转动能、振动能、分子间内能、原子能等等。 U是状态函数，其变化只与始态、终态有关，与变化途径无关，至今尚无法直接测定其绝对值，只能测定到 ?U。 热与功（heat and work） 热（Q） 体系与环境之间由于存在温差而传递的能量称为热，它不是状态函数 体系吸热: Q 0；体系放热: Q 0 功（W） 体系与环境之间除热之外以其它形式传递的能量称为功，也不是状态函数，可分为体积功和非体积功 体系对环境做功时，W 0 环境对体系做功时，W 0 体积功和非体积功 体积功：在许多过程中，体系的体积变化，体系在反抗外界压强发生体积变化时，有功产生，这种功称为体积功。 非体积功：除体积功之外的一切功，如电功，表面功 4-2-3 化学反应中的能量守恒定律表达式 热力学第一定律 若某体系由始态变化到终态，在这一过程中体系吸热为Q，并做功W，用U表示体系内能，则有关系式?U = Q - W。可以说体系热力学能的改变量等于体系从环境吸收的热量减去体系对环境所做的功。 热和功的符号 热和功与途径有关 关于热力学第一定律 热力学第一定律是对能量守恒和转换的一种表述方式。热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。 化学反应中热力学第一定律表达式（1） 密闭容器中进行的反应（恒容反应） ?V=0 ? W=0 ? ?U=Qv（恒容反应热） 恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的内能，若?U0 则Qv0，反之亦然。 可用弹式量热计测出QV 测量恒容反应热的装置 化学反应中热力学第一定律表达式（2） 恒压条件下进行的反应（恒压反应） W=p? ?V? ?U+ p? ?V =Qp（恒压反应热） Qp=U2-