第三章化学热力学基础.pptx

第 三 章化学热力学基础一、 热力学的基本概念和常用术语（一）体系和环境1、定义体系: 我们研究的对象, 称为体系. 环境: 体系以外的其它部分, 称为环境. 2、体系的分类：　按照体系和环境之间的物质、能量的交换关系, 将体系分为三类:(1) 敞开体系：体系与环境之间既有能量交换, 又有物质交换。(2) 封闭体系：体系与环境之间有能量交换, 无物质交换。(3) 孤立体系：体系与环境之间既无能量交换, 又无物质交换。 热力学中，我们主要研究封闭体系。 （二）状态与状态函数　1、定义　2、状态函数n, p, ?,V, T, H, S, G, U, m　3、状态函数的特点（1）状态一定状态函数一定（2）状态函数的改变量只决定与体系的始态和终态，与变化的途径无关（3）当始态和终态相同时，其改变量等于零4 状态函数的分类：广度性质──性质的数值与物质的量成正比，如体积、质量等，具有加和性。强度性质──性质的数值与物质的量无关，如温度、密度、压强（热力学中习惯称压力）等，没有加和性。(三) 过程和途径 在一定的环境下，体系状态发生变化的经过称为过程，而把完成这个过程的具体步骤称为途径。4?105Pa0.5dm3 （四）热和功由于温度不同而在体系和环境之间传递的能量叫做热, 用Q表示除了热的形式以外，各种被传递的能量全叫做功，用W表示体积功：体系在反抗外界压强发生体积变化时所产生的功W=P△V非体积功：体积功以外的其它功　注意：热和功均不是状态函数　①　热和功是与过程相联系的物理量，系统不发生变化，就没有热或功，故热和功均不是状态函数。　②　在处理热和功的问题时，不仅要考虑过程，还必须考虑途径。（五） 热力学能热力学能(又称内能) 体系内一切能量的总和称热力学能，用符号U表示，单位是焦耳(J)。U是状态函数，为量度性质，它的绝对值很难确定，但它的变化值可以不难求出，只要过程的始态和终态确定，则热力学能的改变量ΔU一定，ΔU=U终-U始。特别注意：理想气体在状态变化过程中，热力学能只是温度的函数。若ΔT=0, 则ΔU=0二、 热力学第一定律 热力学第一定律的内容：能量守恒体系热力学能的改变量等于体系从环境吸收的热量与环境对体系所做的功之和。 ?U=Q+W例3－1 某过程中，体系从环境吸收热量 1000 J，对环境做体积功 300 J。求过程中体系热力学能的改变量和环境热力学能的改变量。解：体系的热力学能的变化 ΔU ＝ Q+W ＝1000 J － 300 J ＝ 700 J把环境作为研究对象 Q’ ＝ －1000 J, W’ ＝ +300 J环境热力学能改变量为ΔU’ ＝ Q’ + W’ ＝ － 700 J三、热化学（一）化学反应的热效应定义：在无非体积功的体系和反应中，当生成物与反应物的温度相同时，化学反应中吸收或放出的热量，称为化学反应的热效应，一般称为反应热。 体系的热力学能的改变量为：?U=U生-U反=Q+W1、恒容反应热（Qv） （1）定义：若化学反应在恒容过程中进行，该反应称为恒容反应。其热效应称为恒容反应热，表示为Qv。（2）在恒容条件下，ΔV = 0，体系不可能作体积功，即 W = p·ΔV = 0，∴（3）恒容条件下的反应热等于体系内能的变化量。ΔU = Qv ＞ 0，反应是吸热的；ΔU = Qv ＜ 0，反应是放热的。 ΔU＝ QV +W＝QV (封闭体系，恒容，不做非体积功)2、恒压反应热（Qp） （1）定义：在恒压过程中完成的化学反应称为恒压反应。 其热效应称为恒压反应热，表示为Qp ΔU＝Q+W＝Qp- p(V2-V1)整理： Qp＝(U2-U1)+p(V2-V1)＝(U2+pV2)-(U1+pV1)（2）热焓（Enthalpy） a、定义：令H = U + PV ∴ ΔH = Qp H 称为热焓，是具有加和性质的物理量。上式的使用条件：封闭体系、不做非体积功、恒压：即在恒压、不做非体积功条件下的反应热等于焓变。b、理想气体的焓H只是温度的函数，温度不变，ΔH =0。 3、Qp 和QV 的关系由 H = U + PV可得?H= ?U+ ?PV反应体系中的固体和液体，其Δ(PV)可以忽略不计，对于Δn(g) ? 0的化学反应而言，若假定体系中的气体为理想气体，由于ΔPV = ΔnRT ∴ ?H= ?U+ ?nRT （式中Δn是反应前后气体的物质的量之差） 有450g水蒸气在1.01?105Pa和100?C下凝结成水，已知水的蒸发热是2.26KJ?g-1，试计算此过程中的?H和?U.（上海交大2002）解：H2O(g) ? H2O(l)恒温恒压不做非体积功? ?H=Qp=-2.26?450?H= ?U+ ?nRT即 ?U= ?H- ?nRT例 用弹式量热计测得 298 K 时，燃烧 1 mol