沈阳药科大学无机化学教案

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1、沈阳药科大学《无机化学》教案第一章化学热力学基础第一节热力学第一定律课时安排2学时一、教学目的掌握化学热力学中常用术语。了解化学热力学中基本概念，热力学第一定律。二、教学重点1.教学重点：化学热力学中常用术语。2.教学难点：无。三、教学方法与手段1.教学方法：用生活实例进行讲解，化难为易。2.教学手段：采用多媒体课件与板书相结合的教学手段，以多媒体教学为主。四、教学内容○第一章化学热力学基础研究化学反应，关键的两个问题是：（1）化学反应能否发生及进行的限度；（2）化学反应进行的快慢。前者属于化学热力学研究的范畴；后者属于化学动力学研究的范畴。第一节热力学第一定律一、基本概念

2、和常用术语（一）系统和环境系统：作为研究对象的部分，环境：系统以外密切相关的部分。例如，我们要研究杯中的水，则水是系统；水面以上的空气，盛水的杯子，乃至放杯子的桌子等都是环境。按照系统与环境之间的物质和能量的交换关系，通常将系统分为三类：1．敞开系统：系统与环境之间既有物质交换又有能量交换。2．封闭系统：系统与环境之间没有物质交换只有能量交换。3．孤立系统：系统与环境之间既没有物质交换也没有能量交换。例如，有一敞口-17-杯中盛满热水，如果选杯内的水为系统，这个系统就是敞开系统。如果将水放在一个密闭的容器里，得到一个封闭系统。若将水放在一个理想的保温瓶中，则保温瓶中的水就是

3、个孤立系统。（二）状态和状态函数状态：由一系列表征系统性质的物理量所确定下来的系统的存在形式。状态函数：用以确定系统状态的物理量。把某理想气体当作系统，其物质的量n＝1mol，压力p=1.013×105Pa，体积V＝22.4L，温度T=273K，这就是一种状态，n、p、V和T就是系统的状态函数。状态函数的特点：状态函数的改变量只与系统的始态、终态有关，而与变化途径无关。例如，系统始态的温度为T1，终态的温度为T2，则状态函数T的改变量ΔT＝T2－T1。根据描述系统性质的物理量与系统中物质数量的关系，可将系统的性质分为两类：1．广度性质：其数值与系统中所含该物质的量成正比，具

4、有加和性，如体积、质量，物质的量等。2．强度性质：其数值不随系统中物质的数量而变化，不具有加和性。如温度、压力、密度等。（三）过程和途径过程：系统状态所发生的一切变化。在热力学中常见的变化过程有：1．等温过程：在环境温度恒定下，系统始、终态温度相同且等于环境温度的过程。2．等压过程：在环境压力恒定下，系统始、终态压力相同且等于环境压力的过程。3．等容过程：系统的体积保持不变的过程。4．绝热过程：系统与环境之间没有热传递的过程。途径：完成某一状态变化所经历的具体步骤。例如，一定量的理想气体由始态（298K，1.00×105Pa）变到终态（373K，1.00×106Pa），可以

5、采取下列两种途径，如图：-17-二、热力学第一定律（一）热和功热：系统与环境之间因温度不同而交换的能量，用Q表示。其不是系统自身的性质，不是状态函数，与变化的途径密切相关。规定：当系统从环境吸热时，Q＞0；当系统向环境放热时，Q＜0。功：除了热以外的其它各种被传递的能量，用W表示。其不是系统自身的性质，不是状态函数，与变化的途径密切相关。规定：当环境对系统做功时，W＞0；当系统对环境做功时，W＜0。功可分为体积功（We）和非体积功（）两种。体积功的求算公式：We＝－pe•ΔV如图来说明气体反抗外压膨胀时的体积功公式。用活塞将气体密封在截面积为A-17-的圆筒内，若忽略活塞自

6、身的质量及其与筒壁间的摩擦力，以活塞上面放置的砝码在上造成的压强代表外压（pe）。则系统在等压（pe）膨胀时所做的功为We＝－FΔl式中F是活塞加于系统的力，Δl是活塞移动的距离。又因压强pe＝F/A所以，We＝－pe•A•Δl，而A•Δl为系统增加的体积ΔV，故体积功是：We＝－pe•ΔV例如，恒温时一定量的理想气体从始态（p1＝16×105Pa，V1＝1.0L）膨胀到终态（p2＝1.0×105Pa，V2＝16.0L）可以按两种途径完成：则一次膨胀到终态，系统对环境做体积功为：We1＝－peΔV＝－1.0×105（16.0－1.0）＝－1.5×103（J）两次膨胀到终态，

7、系统对环境做体积功为：We2＝－〔2.0×105（8.0－1.0）〕＋〔－1.0×105（16.0－8.0）〕＝－2.2×103（J）（二）热力学能热力学能（内能）：系统内一切能量的总和，用U表示。其是系统的状态函数，是广度性质。理想气体的热力学能只是温度的函数，若ΔT＝0，则ΔU＝0。（三）热力学第一定律热力学第一定律的实质就是能量守恒。若某系统由状态I变化到状态II，在这一过程中系统从环境吸收热Q，同时环境对系统做功W，用ΔU表示系统热力学能的改变量，则热力学第一定律的数学表达式：ΔU＝Q+W（适用于封闭系统的