化学反应中的能量关系

《化学反应中的能量关系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1.1化学反应中的能量关系1.1.1几个基本概念1.1.2焓变与反应热1系统(system)：研究的对象称为系统。环境(surroundings)：系统以外与系统有关的其他物质。1.系统与环境例如：1.1.1几个基本概念2系统与环境之间常进行着物质和能量的交换，根据交换情况的不同热力学系统通常分为三种类型：敞开系统：系统与环境之间既有物质的交换，又有能量的传递；封闭系统：系统与环境之间只有能量的传递，没有物质的交换；孤立系统：系统与环境之间既无物质的交换又无能量的传递。3敞开系统封闭系统孤立系统4相(phase)：系统中任何具有相同的物理性质和化学性质并与其它

2、部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分。只含一相的称为单相系统。空气酒精和水5两相和两相以上的系统称为多相系统。煤油水6(1)同一物质可因不同的聚集状态而形成不同的相。如：水、蒸气、冰为不同的相。(2)一个相并不一定是一种物质。如：空气或溶液。(3)聚集状态相同的物质放在一起，并不一定是单相系统。如：水和油。72、状态与状态函数2.系统的状态与状态函数在热力学中要描述一个宏观系统，必须给出它的一系列的性质，如温度、压力、体积、物质的量等，这些物理性质和化学性质的总和就称为该系统的状态(state)。这些性质都具有确定的值时，系统就处于一定的状态；当系统的某个性质

3、发生变化时，系统的状态也就随之发生改变。这些用以确定系统状态的性质的物理量称为状态函数(statefunction)。8系统的状态发生变化时，开始时的状态称为始态，变化后的状态称为终态。状态变化的经过称为过程，而系统由始态到终态所经历的全部过程的总和称为途径。过程与途径9101325Pa373.15K水101325Pa373.15K水蒸气101325Pa298.15K水30398Pa298.15K水30398Pa298.15K水蒸气30398Pa373.15K水蒸气加热蒸发减压蒸发加热加压10(1)系统的状态一定，状态函数有唯一确定的值。(2)系统的状态变化时

4、，状态函数(Z)的变化量(Z)只决定于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。即：Z=Z(终)–Z(始)状态函数的特点：11殊途同归12(3)系统的状态函数之间有一定的关系。例如:理想气体系统的状态函数，体积、压力、温度、物质的量之间的关系可用理想气体方程式表述：pV=nRT13(1)系统的状态确定，系统的各种性质即所有的状态函数也都确定，反之亦然。(2)当系统的状态发生变化，系统的状态函数也变化，但不一定所有的状态函数都变化，如定温、定压过程。(3)反过来，当系统有一个状态函数发生变化，系统的状态一定发生变化。14内部能量—包括质点运动的动能、分子间势能、

5、分子的转动能、振动能、原子间的键能、电子的能量及核能等。单位是焦耳(J)1.焓热力学能U(thermodynamicenergy)：宏观静止系统内部能量的总和。热力学能是状态函数，无法测定其绝对值，只能测定其变化值。1.1.2焓变与反应热15热Q(heat)：系统与环境之间由于存在温差而传递的能量。规定：系统吸热Q>0系统放热Q<0功W(work):系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量。规定：系统对环境做功W<0环境对系统做功W>016非体积功(W有)：电功,机械功,表面功等。热力学功W=W体+W有pexV1体积功(W体)：式中：pex—环境压力（外力）

6、17热和功都不是状态函数。热和功是系统和环境之间传递的能量，是在系统状态发生变化的过程中传递的能量形式。所以，热和功与过程有关，不是状态函数。18系统从环境吸热(Q>0)U1U2环境对系统做功(w>0)系统状态变化示意图热力学第一定律19系统从U1状态变化到U2状态时吸收的热为Q，环境对系统做功为W，根据能量守恒定律：U2=U1+Q+WU=U2-U1=Q+W此式称热力学第一定律(thefirstlawofthermodynamics)。20定容过程：系统变化时不作体积功V=0,且W有=0则W=0根据U=QV+W则U=QV式中:QV—定容反应热上式表明：

7、在定容、不做非体积功时，系统放出或吸收的热量在数值上等于系统热力学能的变化量。21对化学反应，可用弹式量热计精确测量定容反应热。弹式量热计22例题：1.0g火箭燃料联氨(N2H4)在盛1200g水的弹式量热计内燃尽，温度从25oC上升至28.54oC，已知钢弹热容C是840J·K-1。计算1mol联氨在弹式量热计内燃烧的QV和U。解：T=3.54K燃烧1g联氨Q1=–(Q水+Q弹)=–(4.18J·g-1·K-11200g+840J·K-1)3.54K=–20.7kJ23燃烧1mol联氨,M(N2H4)=32.0g·mol-1QV=Q1Mr=-20.7

8、kJ32.0=-662kJU=QV