普通化学第1章(免费阅读).ppt

1 热化学和能源 1.1 几个热力学常用术语 ● 系统与环境 系统：人为划出来所研究的对象。 环境：系统之外，与系统密切相关，影响所能及的部分。 按系统与环境之间有无物质和能量交换，可将系统分为三类： 敞开系统：与环境之间既有物质交换又有能量交换的系统。又 称为开放系统。 封闭系统：与环境之间没有物质交换，只有能量交换的系统。 隔离系统：与环境之间既无物质交换又无能量交换的系统。又 称为孤立系统。 系统 + 环境 孤立系统 相：系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。 物态：物质存在的状态，与相的概念不同（见图1.1）。 1.1几个热力学常用术语 ● 状态和状态函数 状态：表征体系性质的物理量所确定的体系存在形式. 状态函数：确定体系状态的物理量 系统的宏观性质是状态的单值函数。 状态函数之间的定量关系式称为状态方程式。 理想气体状态方程：pV= nRT 状态函数分类： 广度性质（又称容量性质）：具有加和性，如体积、热容、质量 、熵、焓和热力学能等。 强度性质：不具有加和性，如温度、压力、密度、粘度等。 两个广度性质相除即得强度性质。 1.1几个热力学常用术语 状态函数特点：a 状态一定，其值一定； b 殊途同归，值变相等； c 周而复始，值变为零。 例如，下面两种途径得到的300 K的水，其状态是是相同的。  1.1几个热力学常用术语 ●过程与途径 过程：系统状态发生的变化 途径：实现过程的具体步骤 状态函数的变化值只取决于过程的始态与终态，而与过程的途 径无关。 热力学可逆过程：如果系统经过某过程由状态I变到状态II，当 系统沿该过程的逆过程回到原来的状态时对环境产生的一切影响被 消除。 可逆过程是一种理想化的过程，实际过程都是不可逆过程。实 际过程只能无限地趋近于理想过程。 可逆过程是在系统接近于平衡的状态下发生的无限缓慢的过程 ，和平衡密切相关。后续章节中有关热力学增量，只有通过可逆过 程（平衡）才能求得。可逆过程做功最大（反的命题不一定成立）。 1.2 反应热的理论计算 1.2.1 热力学第一定律 能量具有各种不同形式，它们之间可相互转化，在转化过程中， 能量的总值不变，这就是热力学第一定律，其数学表达式： ΔU = U2—U1 = q + w ΔU：系统热力学能改变量； q：系统从环境中吸热，q为正值； 系统放热给环境，q为负值。 w：系统对环境做功，w为负值； 环境对系统做功，w为正值。 功可以分为体积功（体积变化）和非体积功（如电功、表面功） q和w不是状态函数，是过程的变量, 其数值大小与过程有关。 1.2 反应热的理论计算 1.2.1 热力学第一定律 在等容过程中，当系统不做非体积功时，w = 0，则ΔU= qv qv表示等容热效应。说明在等容过程中，系统吸收热 量全部用来增加系统的热力学能。 1.2 反应热的理论计算 1.2.2 焓和焓变 焓H的数学定义式：H = U + pV 当系统从一个状态变到另一个状态时，如果此变化满足以下两 个条件： a 等压过程；b 变化过程中系统不做非体积功。则该过程焓 变具有明确物理意义，它就是该过程的热效应。 即：ΔH = qp qp代表等压热效应。 对等温等压不做非体积功的化学反应来说，ΔH就是该反应的反 应热。 ΔH = ΔU + pΔV = ΔU +ΔnRT Δn 是气体生成物的物质的量减去气体反应物的物质的量。 qv表示等容反应热，qv = ΔU qp = qv + pΔV = qv +ΔnRT ∴qp - qv = pΔV = ΔnRT 1.2 反应热的理论计算 1.2