化学反应的能量和方向1

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1、第二章化学反应的能量和方向本章学习要求1.了解化学热力学基本概念，了解热力学能、焓、熵、自由能等状态函数的物理意义2.掌握热力学第一定律，第二定律的基本内容3.掌握化学反应热效应的各种计算方法4.掌握化学反应DrSmq、DrGmq的计算和过程自发性的判断方法5.掌握化学反应DrGmq与温度的关系式Gibbs-Helmholtz方程,及温度对反应自发性的影响2.1基本概念1.体系与环境在热力学中，将研究的对象作为体系(system)，体系之外与体系有关的部分成为环境(surrounding)。根据体系与环境之间的关系可将体系分为三类：物质交换能量交换敞开体系√√opensystem封闭体系

2、√closedsystem孤立体系isolatedsystemopensystemclosedsystemisolatedsystem同一研究对象可能用不同的方法划分为不同的体系以水为体系:敞开体系以烧杯为体系:封闭体系以绝热箱为体系:孤立体系体系与环境的划分，是为了研究方便而人为确定的。体系与环境之间可能存在着界面，也可能没有实际的界面，但可以想象有一个界面将体系与环境分隔开。2.状态与状态函数state&statefunction体系的状态是体系各种性质的综合表现。描述体系状态的物理量称为状态函数。(1)体系的状态确定,状态函数的数值随之确定；(2)体系的状态发生变化时,状态函数

3、也发生变化,其变化值只与体系的始态和终态有关,与变化途径无关；(3)体系经过任何途径变化恢复到原来的状态,状态函数恢复原值,即变化值为零。3.广度性质与强度性质extensiveproperties&intensiveproperties广度性质：又称为容量性质具有加和性的性质是广度性质如体积、质量、熵等强度性质：不具有加和性的性质是强度性质如温度、压力、浓度等4.过程和途径process&path过程:体系状态发生变化称为过程热力学变化中有各种不同的过程,如定温过程、定压过程、定容过程、绝热过程、循环过程、可逆过程、不可逆过程途径:某一过程中体系所经历的具体变化步骤某一过程中状态函数

4、的变化值只取决于始态和终态,而与所经历的途径无关5.热和功heat&work热(Q)---因温度不同而传递的能量T2T1>T2T1Q功(W)---除热以外其它形式传递的能量功可分为体积功Wv(膨胀功volumework)和非体积功W’(非膨胀功nonvolumework)或有用功。定压下,体积功Wv=-pDV热和功都不是状态函数，其数值与变化途径有关热和功的符号:“+”“–”Q体系吸热体系放热W环境对体系作功体系对环境作功6.热力学能thermodynamicenergy热力学能也称为内能（internalenergy）是体系内部各种形式能量的总和，它的绝对值无法测定热力学能是状态函数，用

5、符号U表示。7.热力学第一定律Thefirstlawofthermodynamics能量守衡定律应用于热力学就是热力学第一定律,它有多种表述:“第一类永动机是不可能制成的”“体系和环境的总能量不变”热力学第一定律的数学表达式U=Q+W解:n=460/46=10molQ=–43.510=–435kJW=–pΔV=–p(Vl–Vg)pVg=nRT=108.31351=29168J=29.2kJΔU=Q+W=–435+29.2=–405.8kJ例在351K、101kPa下，460g乙醇蒸气凝结为同温度的液体。已知乙醇的气化热为43.5kJ.mol-1，计算此过程的Q、W、ΔU。2.

6、2热化学Thermochemistry1.化学反应热化学反应产物的温度与反应物的温度相同，且反应体系不作有用功时，体系吸收或放出的热量称为化学反应的热效应(反应热)。定容热QV在定容条件下不做其它功时，定容热等于体系热力学能的变化值。ΔU=Q+W=QV+Wv=QV-pΔV(ΔV=0)=QV定容热可在弹式量热计中测量定压热Qp体系在定压条件下,不作有用功时△U=Q+W=Qp-p△VQp=DU+pDV=DU+p(V2-V1)=(U2-U1)+p(V2-V1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1终态始态2.焓enthalpy定义H≡U+pV焓是状态函数U、p和V的线性组合,也是一个

7、状态函数,它具有能量的量纲，其绝对值无法测定。ΔH=H2-H1=(U2+pV2)-(U1+pV1)ΔH=Qp在不做其它功时，体系焓的变化值等于定压热。U,H均为状态函数，其绝对值不可知。但体系经历某一过程,其DU,DH可求。DU,DH的单位为J（kJ）。DU=Qv,DH=Qp是在一定条件下成立的，在其他条件下体系的状态改变，亦有DU,DH，但须另外求算。Qv=DU,Qp=DH,但不能说Qv,Qp是状态函数3.反应进度(ξ