无机化学 化学热力学基础1.ppt

化学热力学(chemical thermodynamics), 就是研究和化学反应相关的能量问题, 研究化学反应的方向和进行程度的一门科学。 第3章 化学热力学基础 3-1 热力学第一定律 3-2 热化学 3-3 化学反应的方向 3-1 热力学第一定律3-1-1 热力学的基本概念和常用术语3-1-2 热力学第一定律 3-1-1 热力学的基本概念和常用术语 过程和途径 体系和环境 (system and surroundings) 研究的对象称为体系(或系统)； 体系以外的其他部分称为环境。 体系的性质根据它与体系中物质的量的关系，又可分为两类： (1) 广度性质(容量性质)： 如体积V、质量m、物质的量n等。有加和性，即其数值与体系中物质的量成正比，是体系中各部分的该性质的总和。 (2) 强度性质： 没有加和性，不随体系中物质的量而变。它仅由体系中物质本身的特性所决定。如温度T, 压强p, 密度? 等。 体系的状态发生变化，从始态变到终态，就说体系经历了一个热力学过程，简称过程(process)。 恒压过程(p始 = p终 = p外) 恒容过程(V始 = V终) 恒温过程(T始 = T终) 绝热过程(体系和环境之间没有热交换) 过程着重于始态和终态; 而途径着重于具体方式。 殊途同归变化等， 周而复始变化零。 热(heat)： 当体系与环境之间因温度存在差别而进行交换或传递的能量称为热（或热量），用符号Q表示。单位：J或kJ。 功(work): 除了热的形式以外，其它各种被传递的能量全叫做功，用W表示。单位：J 或kJ。 如电功，体积功，机械功等。 在热力学中，功分为体积功和其它功（或称有用功）。 问题① ：热和功是不是状态函数？ W体 = ?p??V 若 p ? 0， ?V 0, 体系膨胀，则W体 0; ?V 0, 体系被压缩，则W体 0; ?V = 0，则W体 = 0。 若 p = 0，则W体 = 0。 由于体系内部质点的运动及相互作用很复杂，所以体系内能的绝对值无法测知。但是体系的状态一定时, 内能是一个固定值, 因此，内能U是状态函数，是一种广度性质。 体系的状态发生变化时, 始、终态一定, 则内能改变量 ?U 是一定值: ?U = U终 - U始 。 理想气体的内能 理想气体是最简单的体系, 可以认为理想气体的内能只是温度的函数, 温度一定, 则 U 一定。 即 ?T = 0, 则 ?U = 0。 3-1-2 热力学第一定律 (The first law of thermodynamics ) 体系和环境之间的能量交换: 热传递 做功 1. 热力学第一定律： 自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递过程中能量的总数量不变。　 ? “ 能量守恒与转化定律 ” ?U体系 = U2 – U1 = Q + W ?U环境 = –?U体系 例 1: 某封闭体系在某一过程中从环境中吸收了 50 kJ 的热量，对环境做了 30 kJ 的功，则体系和环境的热力学能改变量各是多少？ 答： ?U体系 = Q + W = (+50 kJ) + (?30kJ) = 20 kJ 体系热力学能净增为 20 kJ ； ?U环境 = ??U体系 = ?20 kJ 。 3-2 热化学 把热力学理论和方法应用于化学反应中, 讨论和计算化学反应的热量变化, 这门科学称为热化学. 化学反应中，体系的内能变化值为?U，应等于生成物的 U生 减去反应物 U反： 对于化学反应体系，在变化过程中只做体积功，不做其他功。 放热反应举例： H2(g)+1/2O2(g) = H2O(g) +热量 ?rHm? = ? 241.8 kJ?mol–1H2(g)+ 1/2O2(g) = H2O(l) +热量  ?rHm? = ? 285.8 kJ?mol–1 例： CH4(g)+2O2 = CO2(g)+2H2O(g) ?rH1 = ?802 kJ 2H2O(g) = 2H2O(l) ?rH2 = ?88 kJ 焓的三个主要特性： (1) 焓是状态函数。焓变值取决于反应物和生成物的状态。焓变随温度而变化。 (2) 焓是体系的广度性质。 (3) ?H正反应= ??H逆反应 3. 反应进度概念 煤炭燃烧中的重要反应: C + O2 = CO2 放热反应 消耗掉 1 mol 碳时, 放热多少？ 2mol