第一章化学热力学基础

《第一章化学热力学基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章化学热力学基础（45页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第 一一 章热化学与能源章热化学与能源热化学概述 当几种物质放在一起时， a能否发生反应？ b反应速率多大？ c会发生怎样的能量变化？ d到什么程度时反应达到平衡？ e反应机理如何？热化学：就是研究和化学反应相关的能量问题，研究热化学：就是研究和化学反应相关的能量问题，研究化学反应的方向和进行程度的一门科学化学反应的方向和进行程度的一门科学. HClNaOH桌桌 子子研究对研究对象体系象体系环境环境第一节第一节.反应热的测量反应热的测量1、几个基本概念定义：、几个基本概念定义：系统：研究对象为系统系统：研究对象为系统环境：系统以外的，与系统密切相关、影响所能及的部分环境：系统以外的，与系统密

2、切相关、影响所能及的部分1.1系统和环境根据体系与环境之间物质与能量的交换根据体系与环境之间物质与能量的交换敞开系统：与环境之间既有物质交换又有能量交换的系统。敞开系统：与环境之间既有物质交换又有能量交换的系统。封闭系统：与环境之间有能量交换，但是没有物质交换。封闭系统：与环境之间有能量交换，但是没有物质交换。隔离系统：与环境之间既无能量交换也没有物质交换的系统隔离系统：与环境之间既无能量交换也没有物质交换的系统 隔离系统隔离系统 封闭系统封闭系统 敞开系统敞开系统 能量能量 物质物质 热力学中，我们主要研究封闭体系。热力学中，我们主要研究封闭体系。 体系的分类：体系的分类：Heat flow

3、Heat flow敞开系统敞开系统封闭系统封闭系统隔离系统隔离系统1.2.状态和状态函数状态：用来描述系统的各种宏观性质的综合表现它通过具体的参数表示.状态函数：用来描述系统状态的物理量（参数）成为状态函数。包括：压力P； 体积V； 温度T； 质量m ;组成等.状态方程式:状态函数之间具有一定的联系，它们的定量关系 如 理想气体的状态方程式：pV=nRT p、V、n、T为常用的状态函数状态函数具有鲜明的特点状态函数具有鲜明的特点: (1) 状态一定状态一定,状态函数一定。状态函数一定。 (2) 状态变化状态变化, 状态函数也随之而变状态函数也随之而变,且状态函数的变化值只与且状态函数的变化值只

4、与始态、终态有关始态、终态有关, 而与变化途径无！而与变化途径无！（3）周而复始，值变为零）周而复始，值变为零 7状态函数的分类 广度性质(容量性质)：当将系统分割成若干部分时，系统的某性质等于各部分该性质之和，即具有加和性。如体积V、热容C、质量m、热力学能U、焓H、熵S等l 强度性质：强度性质：此类性质的量值与系统中物质的量多寡无关，只决定于系统本身的特性。 如温度如温度T、压强、压强p、密度、密度等。等。1.3、过程（、过程（Process）和途径（）和途径（Path） 在一定的环境下，体系状态发生变化的经过称在一定的环境下，体系状态发生变化的经过称为为过程过程，而把完成这个过程的具体步

5、骤称为，而把完成这个过程的具体步骤称为途径途径。V 2 dm3p 1 105PaV 0.5dm3p 4 105PaV 1 dm3p 2 105PaV 4 dm3p 0.5 105Pa1432等温过程等温过程定压过程定压过程定压过程定压过程等温过程等温过程热力学可逆过程热力学可逆过程: 系统经过某过程由状态1变到状态2之后，系统沿该过程的逆过程回到原来状态时，若原来过程对环境产生的一切影响同时消除，这种理想化的过程称为热力学可逆过程。体系从终态到始态时，消除了对环境产生的一切影响，可逆过体系从终态到始态时，消除了对环境产生的一切影响，可逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态。程是理想化过程，无

6、限接近热力学平衡态。水-系统冰水放出能量使环境T1变为T2环境环境环境吸收能量使环境T2变为T1热力学可逆过程101.4. 化学反应计量式和反应进度v 化学计量数只表示反应式中各物质转化的比例数，并不是反应过程中各物质转化的量。)(2)()(2222lOHgOgHv化学计量数无量纲；对反应物取负值，对产物取正值。化学计量数无量纲；对反应物取负值，对产物取正值。)()()(22212lOHgOgH化学计量数化学计量数B: -1 - 121化学计量数化学计量数 B： -2 -1 2v化学计量数与化学反应方程式的写法有关。化学计量数与化学反应方程式的写法有关。11反应进度 反应进度：描述化学反应进行

7、的程度，用 /ksai/ 表示。在反应热的计算、化学平衡和反应速率的表示式中被普遍使用。BBdnd定义式为：定义式为： SI单位为单位为mol。BBn对于有限的变化：对于有限的变化：BBBnn)0()(一般尚未反应时一般尚未反应时z z=0mol，则：，则：BBB0ZYBAzyba 若化学反应计量式为若化学反应计量式为则其反应进度为（则其反应进度为（ 的单位是的单位是 mol）BBBBB0)()(nnn 物质物质B的化学计量数的化学计量数BzybaZYBA对于任何物质，反应物的量等于生成物的量 gNH2gH3gN322时时时210tttmol/mol/mol/BBBnnn 3.0 10.0 0

8、 0 2.0 7.0 2.0 1 1.5 5.5 3.0 2 mol5 .1mol0 .12mol)00 .2(NHNHmol0 .13mol)0 .100 .7(HHmol0 .11mol)0 .30 .2(NN2331122112211nnn反应进度必须对应具体的反应方程式反应进度必须对应具体的反应方程式！14 对同一反应方程式，任一反应物或产物表示的反应进度均是相同的。反应进度反应进度)(2)(3)(322gNHgHgN=1mol，表示，表示1mol N2与与3mol H2反应生成反应生成2mol NH3l摩尔反应：按所给反应方程式的化学计量数进行了一摩尔反应：按所给反应方程式的化学计量

9、数进行了一个单位的化学反应，即反应进度为个单位的化学反应，即反应进度为1mol的化学反应。的化学反应。l对同一反应，反应进度的值与反应方程式的写法有关对同一反应，反应进度的值与反应方程式的写法有关.)(4)(6)(2322gNHgHgN=1mol，表示，表示2mol N2与与6mol H2反应生成反应生成4mol NH3151.5其他基本概念 1.化学反应热 q指等温过程热，即当系统发生了变化后，使反应产物的温度回到反应前始态的温度，系统放出或吸收的热量。 定容反应热定容反应热qV：等温定容：等温定容化学反应热化学反应热q 定压反应热定压反应热qp：等温定压：等温定压l摩尔反应热摩尔反应热(q

10、m):指当反应进度为指当反应进度为1 mol时系统放出或时系统放出或吸收的热量。吸收的热量。lqm=q/16热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式。l须注明反应热、物质聚集状态、温度、压力、须注明反应热、物质聚集状态、温度、压力、组成等。组成等。l习惯上，对不注明温度和压力的反应，是指在习惯上，对不注明温度和压力的反应，是指在T=298.15K，p=100kPa下进行反应的。下进行反应的。qp,m=-570kJ/mol2H2(g,298.15K,100kPa) + O2(g) = 2H2O (l) 进度进度1mol定压定压2.反应热的测量反应热的测量弹式热量计(Bomb calorim

11、eter)最适用于测定物质的燃烧热。q=-csms（T2-T1）=CsTq：一定量反应物在一定条件下的反应热；正好表示吸热，负号表示放热cs：吸热溶液的比热容； Cs：表示溶液的热容M：表示溶液的质量 杯式量热计杯式量热计 1 温度计温度计 2 绝热盖绝热盖 3 绝热杯绝热杯 4 搅拌棒搅拌棒 5电加热器电加热器 6 反应物反应物 1 2 3 4 5 6杯式量热计可以用来研究溶解、中和、水合以及一般在溶液中的反应热。杯式量热计可以用来研究溶解、中和、水合以及一般在溶液中的反应热。 第二节反应热与焓第二节反应热与焓1.2.1 一一.热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律即能量守恒定律热力学第