第3章 化学反应过程中的热效应

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1、第三章化学反应中的热效应1.热力学概论2.热力学第一定律3.等容热和焓4.标准状态5.盖斯定律6.反应热的求算第一节热力学概论1.热力学的基本内容2.热力学的研究方法和局限性3.热力学的基本概念热力学的基本内容热力学（thermodynamics）是研究宏观系统的热与其他形式能量之间的相互转换关系以及转换过程中所遵循的规律的科学。基础热力学第一定律热力学第二定律热力学第三定律热力学第零定律热力学的基本内容化学热力学：将热力学中的基本原理用于研究化学现象以及和化学有关的物理现象。研究内容计算变化中的热效应（热力学第一定律）判断变化的方向和限度（热力学第二定律）热力学的研究方法和局限性热

2、力学方法的特点研究对象是大数量分子的集合体，研究物质的宏观性质，所得结论具有统计意义。只考虑变化前后的净结果，不涉及物质的微观结构和变化过程中的细节（反应机理、历程）。能判断变化发生的方向以及能进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。热力学的研究方法和局限性热力学方法的局限性不研究物质的宏观性质和微观结构之间的关系；不知道反应的机理、历程以及速率；只讨论变化的可能性，无法指出如何将可能性变为现实的方法和途径。热力学的基本概念1.系统和环境2.系统的性质5.热力学平衡态3.系统的状态和状态函数4.过程和途径系统和环境人们对某个问题进行研究时，首先必须确定所要研究的对象，把一部分物质与

3、其他物质分开（其界面可以是实际的，也可以是想象的）。这种被划分出来的研究对象就称为系统（以前也称为体系），而在系统以外与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分则称为环境。根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（opensystem）系统与环境之间既可以有物质交换，也可以有能量交换。系统和环境系统和环境（2）封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但可以有能量交换。系统和环境（3）隔离系统（孤立系统，isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。绝对的隔离系统是不存在的。系统和环境有一只注满热水的暖水瓶，将其中的水作

4、为系统。1.暖水瓶质量很好，塞紧瓶塞：2.暖水瓶不保温，塞紧瓶塞：3.打开瓶塞：隔离系统封闭系统敞开系统热力学中的研究对象一般都是封闭系统系统的性质用系统的一些宏观可测量来描述系统的热力学状态，这些可测量称为系统的宏观性质。广度性质：其数值与系统的数量成正比，例如强度性质：其数值与系统的数量无关，例如：系统的性质系统的状态和状态函数系统的状态是系统所有宏观性质的综合表现。当系统所有的宏观性质都不随时间而变化时，系统就处于一定的状态。反之，也可以说，当系统处于一定的状态时，描述系统状态的所有的宏观物理量也必有定值。所以，通常又把用以描述系统状态的宏观性质称为称为状态函数。热力学不能指出

5、最少需要指定哪几个性质，系统才处于定态。但广泛的实验事实证明：对于没有化学变化、只含有一种物质的均相封闭系统，一般说来只要指定两个强度性质，其他的强度性质也就随之而定了。如果再知道了系统的总量，则广度性质也就定了。系统的状态和状态函数状态函数的特点：（1）状态函数是系统状态的单值函数。当系统状态一定时，状态函数必有确定的数值。系统的状态和状态函数（2）状态变化时，状态函数的变化值仅决定于系统起始和终了的状态，而与变化的过程即变化时所经历的途径无关。状态函数的特点：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。（3）无论经历多么复杂的变化，只要系统回到初始的状态，状态函数的数值不变。从数学上

6、可知，状态函数具有全微分的性质。系统的状态和状态函数过程和途径系统由始态到终态的变化可以经由一个或多个不同的步骤来完成，这种具体的步骤则称为途径。在一定的环境条件下，系统的状态发生了一个从始态到终态的变化，我们就称系统发生了一个热力学过程，简称过程。1.等温过程：系统始态和终态的温度相等，且等于环境温度。恒温过程：系统在整个变化过程中温度都保持不变，且等于环境温度。过程和途径2.等压过程：系统始态和终态的压力相等，且等于外压。过程和途径恒压过程：系统在整个变化过程中压力都保持不变，且等于环境压力。3.等容过程：系统在整个变化过程中体积保持不变（在刚性容器中发生的变化）。4.绝热过程：

7、系统在变化过程中与环境之间没有热的交换。过程和途径5.环状过程：系统从始态出发，经过一系列的变化后又回到原来的状态。环状过程又称为循环过程，经过此过程，所有的状态函数的变量都等于零。过程和途径热力学平衡态（补充）在不受环境影响的情况下，如果系统的所有性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态。此时，它必须同时满足以下四个平衡：热力学平衡态（补充）（1）热平衡系统的各个部分温度相等。热力学平衡态（补充）（2）力学平衡系统各部分之间维持作用力平衡的状态。在不