第6章化学反应热及反应的方向和限度汇编.ppt

第六章 化学反应热及化学反应的方向和限度 Reaction Heat, Directions and Limit of Chemical Reactions 内容提要 1、 热力学系统和状态函数 ① 系统、环境和过程 ② 状态函数 ③ 热和功 2、 能量守恒和化学反应热 ① 内能和热力学第一定律 ② 系统的焓和等压反应热 ③ 反应进度与热化学方程式 ④ Hess定律和反应热的计算 内容提要 3、 熵和Gibbs自由能 ① 自发过程及其特征 ② 系统的熵 ③ 系统的Gibbs自由能 4、 化学反应的限度和平衡常数 ① 化学反应的限度与标准平衡常数 ② 用标准平衡常数判断自发反应方向 ③ 实验平衡常数 ④ 多重平衡与耦联反应 ⑤ 化学平衡的移动 教学基本要求 了解热力学常用术语，熟悉内能、焓、熵、自由能等状态函数的特征。 熟悉Hess定律，掌握用标准生成热计算焓变的方法。 掌握化学反应自发进行的判据，熟悉热力学标准态，掌握标态下自由能的计算；了解等温方程式。 了解标准平衡常数及表示方法，熟悉 浓度、压力和温度对化学平衡的影响。 第一节 热力学系统和状态函数 一、系统和环境 1、系统：作为研究对象的一部分物质。 2、环境：系统以外并且与系统密切相关的部分。 二、 状态与状态函数 1、状态(State)： 系统的全部性质（物理性质和化学性质）的综合体现，这些性质都是宏观的物理量: 温度，压力，体积，密度，黏度等 2、状态函数(State Function) ：描述系统状态的物理量 。系统的全部性质都是系统的状态函数。如：气体体系: p ，V ， n ，T… 3. 状态函数分类： ① 广度性质( Extensive Property )：这类性质具有加 合性，与物质的数量有关。如体积V，物质的量 n 等。 ② 强度性质( Intensive Property ) ：这些性质没有加 合性，与物质的数量无。关如温度、压力等。 例如50℃的水与50℃的水相混合水的温度仍为50℃。 4. 状态函数的特性： 状态函数是单值函数，系统状态一旦确定，每个状 态函数只有唯一确定的值。 ① 系统的状态一定，状态函数的值就一定。 ② 系统的状态改变，状态函数的值可能改变，但状态函数的变 化值只取决于始态和终态，而与变化过程无关。 △U＝U2 － U1 ③ 循环过程状态函数的变化值为0。△U＝0 三、 过程与途径(process and path) 热力学系统的一切变化都称为热力学过程，简称过程。 等温过程(isothermal process) :△T = 0，变化过程中体系的温度等于环境温度。 等压过程(isobaric process) :△p = 0，变化过程中体系的压强等于环境压强。 等容过程(isovolumic process) :△V = 0 循环过程(cyclic process) :体系中任何状态函数的改变值均为零。 绝热过程(adiabatic process): Q=0。那些变化极快的过程，如爆炸，快速燃烧，环境与体系来不及热交换。 四、热与功(heat and work) 例如：辛烷的完全燃烧 （二）体积功、非体积功、可逆过程与最大功 2. 可逆过程(reversible process)及其特点： 设理想气体经过三种途径膨胀，其体积功分别为： 第二节 能量守恒和化学反应热 说明： 内能是状态函数：状态一定， U一定。 内能属广度性质：能量都具有加和性。 内能的绝对值无法确定：微观粒子运动的复杂性。 （二） 热力学第一定律 ΔU = Qv + W = Qv - p?V 式中，Qv表示等容反应热。 由于等容过程ΔV = 0，所以 Qv = ΔU 即等容反应热等于系统的内能变化。 系统内能的绝对值无法确定，但它的改变量可以用等容反应热来量度，弹式量热计中测定的Qv 等压、不做非体积功条件下 ΔU = U2 – U1 = Qp + W = Qp － p外ΔV 式中， Qp 表示等压反应热。 U2 – U1 = Qp － p外(V2-V1) = Qp – p2V2 + p1V1 (U2+ p2 V2) － (U1+ p1V1) = Qp 令 H = U + pV 则有 H2 – H1 =Qp 即 ?H =Qp 注意： ★ H是状态函数，广度性质，没有直观物理意义； ★ H的绝对值无法确定，但可确定：?H =Qp ★ 常用?H来表