《材料科学与工程导论》第1章化学热力学.ppt

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● Q与W的正负号: 体系从环境吸热,Q+;体系向环境放热,Q-;环境对体系做功时,W+ ;反之,W- 。 例1: 某封闭体系在某一过程中从环境中吸收了50kJ 的热量,对环境做了30kJ的功,则体系在过程中热力学能变为: 体系热力学能净增为20kJ; 问题: Δ U环境= ? ΔU体系 = (+50kJ)+(-30kJ) = 20kJ 例题:气缸体积40cm3,气体反应放热950.0J,热全部转化为功。气体在650.0mmHg的定压下作膨胀功。计算膨胀后气体体积。 热全部转化为功, ΔU = Q + W =0 W=-Q=-950.0J 定压膨胀过程系统对环境所做的功:W=-P(V2-V1) V2=-W/P+V1 =950.0Kg·m2·S-2/[(650/760)×101325Kg·m-1·S-2] +40.0×10-6m3 =0.0110m3=11.0L 单位换算:1J=1N·m=1Kg·m2·S-2 1Pa=1N·m-2=1Kg·m-1·S-2 * 1.3.2 反应热的理论计算 并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应: 2C(s) + O2(g) == 2CO(g) 思考:为什么上述反应的反应热无法实验测定? 实验过程中无法控制生成产物完全是CO。 因此,只能用理论方法来计算反应热。 * 1) 化学反应的反应热与焓 根据反应条件的不同,反应热又可分为: 定容反应热 恒容过程,体积功w体 = 0,不做非体积功 w ′=0时,所以, w= w体+ w ′=0 ,qV = ΔU 定压反应热 恒压过程,不做非体积功时, w体= – p(V2–V1),所以 qp = ΔU + p(V2–V1) 思考:这两个公式有什么用处? 可以利用这两个公式计算反应热。 * ① 焓 ∵ qP =△U + p(V2 – V1) = (U2 - U1)+ p(V2 – V1) = (U2 + p 2V2) – (U1 + p 1V1) 公式qp =ΔH 的意义: 等压热效应即为焓的增量,所以可以通过ΔH的计算求出qP 的值。 令 H = U + p V 则qp =H2 – H1=ΔH H 称为焓,是一个重要的热力学函数。 思考:焓是状态函数吗?能否知道它的绝对数值? 是状态函数,但不能知道它的绝对数值。 * ② 定容反应热与定压反应热的关系 已知 定容反应热:qV = ΔU; 定压反应热:qp = ΔUp + p(V2 – V1) 等温过程, ΔUp? ΔUV,则: qp – qV = n2(g)RT – n1(g)RT = Δn(g)RT 对于理想气体反应,有: 对于有凝聚相参与的理想气体反应,由于凝聚相相对气相来说,体积可以忽略,因此在上式中,只需考虑气体的物质的量。 ΔH – ΔU = qp – qV = p(V2 – V1) * 思考:若反应 C(石墨) + O2(g) →CO2(g) 的qp,m为–393.5kJ·mol –1,则该反应的qV,m 为多少? 该反应的Δn(g) = 0, qV = qp 所以 对于没有气态物质参与的反应或Δn(g) =0的反应,qV ? qp 对于有气态物质参与的反应,且Δn(g)?0的反应,qV ? qp * qV = ΔU 恒容过程, w体 = 0, w ′=0 qp = ΔH 恒压过程, w ′=0 qp - qv = Δn ( g)RT 符号 >0 <0 物理意义 * 100 g铁粉在25℃溶于盐酸生成氯化亚铁(FeCl2), (1) 这个反应在烧杯中发生;(2) 这个反应在密闭贮瓶中发生;两种情况相比, 哪个放热较多? 简述理由。 思考题: * Qv = Qp -Δn(g)RT = ΔU, 第(1)种情况放热量为Qp 第(2)种情况为QV ,因为变化过程有气体产生,Δn为正值。所以情况(2)放热多于(1)。 解答: 两种方式,反应热是相等的,一种只放热,一种既放热又做功 热力学第一定律对化学反应的理解 反应物--------------------生成物 1molHCl+1molCaCO3---H2O+CO2+CaCl2 ΔU ΔH 状态1 --------------------状态2 以定容方式反应:Qv+W1=ΔU 以定压方式反应:Qp+W2=ΔU 不管以何种方式反应,ΔU、ΔH有定值 Qv =ΔU-W1 Qp =ΔU –W2 同一个反应,Qv和Qp互相推导 QV = Δ U 及ΔH = Qp两关系式的意义

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