第3章 化学反应中的能量变化-热力学.ppt

第一节 基本概念和术语 一、体系和环境 体系：指人为确定的研究对象 环境：体系以外与体系直接相关的部分 根据体系与环境之间有无能量变换，将体系分为： 1. 敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换； 2. 封闭体系：体系与环境之间只有能量交换，无物质交换； 3. 孤立体系：体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换。 二、体系的性质 用来描述体系宏观状态的物理量称为体系的性质，如 温度、压力、体积、质量等。 1.广度性质（容量性质） 值的大小与体系中物质的数量成正比，具有加和性， 如体积、质量等。 如 溶液的质量=溶质质量+溶剂质量 2. 强度性质 取值的大小与体系中物质的数量多少无关，仅由物质本身 的特性决定，没有加和性，如温度、压力等。 三、状态和状态函数 1.状态：是体系内各种性质的综合表现。一个体系的状态是由它 的一系列物理量所确定的。 理想气体的状态由P、V、n、T 几个参数来决定，且 PV=nRT。P、V、n、T均为变量，其中3个参数确定，则体系 的状态也确定。其中1个参数发生变化，则体系的状态也发生 变化。 2.始态：体系发生变化前的状态称为始态； 3.终态：体系发生变化后的状态称为终态。 4.状态函数：状态是由性质来描述的，描述体系状态性质的各种 参数为状态函数。如P、V、n、T、U（U为内能）。 5.状态函数有三个重要性质： （1）体系状态一定，则状态函数的值一定。 （2）无论经过何种变化，只要体系恢复原状，则状态函数也 恢复为原来的值。 （3）体系状态发生变化时，状态函数的变化值只取决于体系 的始态和终态，与变化的途径无关。 四、过程与途径 过程：体系的状态发生变化的经过称为过程。 途径：完成这个变化的具体步骤称为途径。 1.等温过程：体系变化在恒定温度（与环境温度相等）条件下进 行的过程称为等温过程。 2.等压过程：体系变化在恒定压力（与环境压力相等）条件下进 行的过程称为等压过程。 3.等容过程：体系变化过程中体积保持不变称为等容过程。 4.绝热过程：体系变化过程中体系与环境之间无热量交换(Q=0) 5.循环过程：体系经过变化之后又回到始态，并不断重复进行 这一过程。 由始态到终态，经过两种不同途径，但状态函数变化值 相同?T=25K，?P=202.6kPa。 体系由始态到终态，可以经过不同的途径。 五、热和功 热和功是在体系状态发生改变的过程中，体系与环境之间 的能量传递（孤立体系除外）。 1.热：体系与化环境之间因温度差而传递的能量称为热(Q)。体 系从环境吸收热量，Q为正；体系向环境放热，Q为负。 2.功：体系和环境之间除热以外的各种能量传递称为功(W)。体 系对环境做功，W为正；环境对体系做工，W为负值。 3.体积功(膨胀功)：体系因体积改变所做的功即体积功(Wex)。 4.有用功，除膨胀功外其它一切形式的功统称为有用功(W? )。 化学反应只做彭长功，Q、W的单位：J、kJ 注意：热和功不是状态函数，只在体系变化过程中才表现出来。 第二节 化学反应中的能量变化 一、能量守恒定律（内能和热力学第一定律） 物质都具有能量，能量有各种不同的形式，从一种形式 转化为另一种形式，转化过程中能量之和保持不变，即能量 守恒定律。又称热力学第一定律。 1.内能：物质内部所具有的各种能量总和称为内能（U），包括 分子及原子等各种质点的动能（振动、转动、平动）， 质点间相互作用的势能及内部电子和原子核的能量等。 注意：内能是广度性质的状态函数，与物质的量成正比。 体系状态固定，则内能一定。 2.热力学第一定律数学表达式 内能变化量为：?U= U2- U1 体系从环境吸收的热量为Q，体系对环境做的功为W， 根据能量守恒定律，体系内能变化为： ?U = U2- U1 = Q-W 即热力学第一定律数学表达式。 物理意义：体系内能的变化等于体系从环境吸收的热量 减去体系对环境所做的功。 二、化学反应热效应和焓变 1.反应热：化学反应伴随着放热和吸热。反应过程中始态和终态具有相同的温度，只做体积功，不做其它有用功，反应放出或吸收的热量称为化学反应热，简称反应热。 注意：始态