普通化学——热力学初步.ppt

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1、第二章化学热力学初步对一个宏观的化学反应，有三个问题是十分重要的：反应的方向------能否自发进行反应的程度------转化率及平衡反应的速度热力学讨论的是在物理变化和化学变化过程中发生的能量变化的关系。化学反应除了遵守质量守恒，还必须遵守能量守恒。反应热力学反应动力学§1化学反应中的能量守恒a.体系与环境(SystemandSurrounding)例：甲醇挥发环境：指体系外其他部分，并与体系可进行能量、物质的交换体系：指要研究的对象，包含一定的物质和空间。1.热力学术语和基本概念三种体系b.状态与状态函数(StateandStat

2、efunction)状态----体系所有物理性质和化学性质的综合表现，即一定条件下体系存在的形式。1molH20oC,0.5atm44.8dm31molH20oC,1atm22.4dm3状态2状态1状态函数---描述体系宏观状态的物理量（也称体系的性质）,例如p，V，T等。特点:只与始态和终态有关，与途径无关。状态定，函数定；函数变，状态变。H2O(l,25°C,1atm)H2O(g,25°C,1atm)H2O(s,25°C,1atm)HsubHfusHvapHsub=Hfus+Hvap广延性质---与体系中物质的量成正比

3、，相同条件下有加和性。如V、Cp、U、H、S、G等。强度性质---体系中各处的性质是均匀的，与物质的量无关。如P、T、C浓度等。状态函数的性质：c.过程和途径过程---体系的状态随时间发生的一系列变化。按变化的性质分:*化学过程*物理过程按变化的条件分：恒温（T=0)恒容（V=0)恒压（P=0)循环、可逆、绝热过程途径---体系从此状态到彼状态所通过的具体的状态过程。P1、V1、T1P2、V2、T2P2、V'、T1T1P2H2O(l,25°C,1atm)H2O(g,25°C,1atm)H2O(l,100°C,1atm)H

4、2O(g,100°C,1atm)例如：d.内能---体系中各种形式能量的总和。（如：化学键、vanderWaals力、分子的平动能、转动能、振动能……）注意：U绝对值不可知,U可测（一个状态另一个状态）e.热和功---体系和环境之间能量传递或交换的两种形式。热---体系与环境之间因温差而传递的能量。1卡（cal）=4.184焦耳（J）体系吸热------正体系放热------负功---体系对抗外力运动会作功。功等于力与距离的乘积。功可分为：机械功、电功、体积膨胀功等形式。环境对体系做功取正值，体系对环境做功取负值.注意：功和热都不是

5、状态函数！！！许多常见的化学变化或物理变化往往只做等压体积膨胀功，而不做其他类型的功。2.热力学第一定律发现：18世纪，热质论：热是物质中一种流体；1798，CRunford服役巴伐利亚军队制造炮筒：摩擦生热；1840s’JMayer德国医生，消化食物维持体温，并提出能量守恒定律；1840s’Joule，热功当量实验（各种能可转化为热）1cal=4.18J证明能量转换关系U=q+w能量守恒定律能量多种形式,不生不灭，互相转化。例如：一个体系从环境吸热3000kJ，体系对环境作功2500kJ，体系内能变化值U为多少？q：体系从环境吸

6、热（＋）w:体系对环境作功（－）体系向环境放热（－）　　环境对体系作功（＋）注意：体系一定为封闭体系；体系与环境之间的能量转化只有功和热两种；这里的w包括所有形式的功体系内能的变化ΔU等于体系从环境所吸收的热量(q)加上环境对体系所做的功(W)。3.可逆过程和最大功(1)体积功计算W=F·L(力·距离）F/A=P外F=P外·AW=P外·A·L体积功：W=-P外·V底面积=A注意：重力、摩擦力都忽略！！！体系得到能量为正，放出能量为负膨胀功（体系对环境作功）ΔV>0，-P·ΔV<0压缩功（环境对体系作功）ΔV<0，-P·ΔV>0例

7、题:圆桶内nmol气体的压强为P体=1.0atm,V=22.4dm3,T=273.15K。计算相同温度下，气体反抗0.5atm恒定外压的膨胀过程中，体系对环境做的体积功？例题:1mol液体水在1atm、100oC时蒸发成1mol水蒸汽。计算此过程中体系对环境作的膨胀功？(1kPa·dm3=1J,1atm·dm3=101.3J)第一条途径：一次膨胀P外=1atm=101.3kPa(2)可逆过程和最大功nmol气体P1=6atmV1=2dm3nmol气体P2=1atmV2=12dm3T=0理想气体第二条途径：二次膨胀P外1=3atmP外

8、2=1atm第三条途径：三次膨胀P外1=4atmP外2=2atmP外3=1atm膨胀次数越多，作功越大如果按无限多次膨胀：理想气体：P体=nRT/V此过程体系作功最大相反：无限多步压缩理想气体：P体=nRT/V对比膨胀和