2024年度南京工业大学物理化学课件第二章热力学第一定律

燃烧热是指在25℃、101 kPa时，1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放 出的热量。利用燃烧热可以计算某些反应 的反应热。
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典型例题解析
【例1】已知下列热 化学方程式
(2) 2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) ΔH = 566 kJ/mol
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状态与状态函数
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状态
系统中某时刻所呈现的状况，用 该时刻系统各种宏观物理量的取 值来描述。
状态函数
描述系统状态的物理量，其值仅 取决于系统的状态，而与变化途 径无关。如：温度、压力、体积 、内能等。
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过程与途径
系统从一个状态变化到另一个 状态所经历的全部程序。
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途径
01
过程
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盖斯定律的应用
盖斯定律指出，在相同条件下，无论反应是一步完成还是分多步完成，
其总热量变化是相同的。这一原理在化学计算中具有重要意义，使得我
们可以通过简单的反应来推算复杂反应的热效应。
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焓变计算与反应热效应
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焓变定义及计算方法
焓变定义
焓变是指体系在等压过程中吸收或放 出的热量，用符号ΔH表示。
地热能利用
通过地热热泵等技术，将地下的热能提 取出来用于供暖、制冷等，实现能源的 可持续利用。
生物质能利用
将生物质废弃物转化为生物质燃料，用 于发电、供热等，实现废物的资源化利 用。
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THANKS
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典型例题解析
A. -80 kJ/mol B. +80 kJ/mol
C. -328 kJ/mol D. +328 kJ/mol
【解析】根据盖斯定律可知，(1)×2－(2)+(3)即得到 TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+2CO(g)，所以该反应的ΔH＝－393.5 kJ/mol×2＋566 kJ/mol＋141 kJ/mol＝+80 kJ/mol，答案选B。
利用制动能量回收等技术，将 车辆减速时的能量转化为电能 储存起来，提高能源利用效率
。
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空调制冷原理及效率评价
制冷原理
空调通过制冷剂循环，在室内机吸收热量并带到室外机释放，从而降低室内温度。
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效率评价
空调的制冷效率通常用EER（能源效率比）或SEER（季节能源效率比）来评价。EER是空 调在标准工况下的制冷量与输入功率之比，SEER则是考虑不同室外温度下的平均制冷效 率。
南京工业大学物理化学课件 第二章热力学第一定律
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目录
• 热力学基本概念与术语 • 热力学第一定律表述及意义 • 焓变计算与反应热效应 • 盖斯定律及其应用
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目录
• 热化学方程式书写与计算 • 生活中热力学第一定律应用实例
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热力学基本概念与术语
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数学表达式及物理意义
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数学表达式
ΔU=W+Q，其中ΔU为内能的变化量，W为外界对系统的做功量，Q为系统从外 界吸收的热量。
物理意义
该表达式反映了热力学第一定律的实质，即能量守恒和转换定律。它表明，在封 闭系统中，内能的变化量等于外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和 。
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提高效率的措施
采用高效压缩机、优化换热器设计、提高风扇效率等，以提高空调的制冷效率和降低能耗 。
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新能源开发利用前景展望
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太阳能利用
通过太阳能电池板将太阳能转化为电能 ，为家庭、企业和公共设施提供清洁能 源。
风能发电
利用风力发电机将风能转化为电能，适 合在风力资源丰富的地区大规模开发。
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热力学第一定律表述及意 义
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热力学第一定律文字表述
热力学第一定律可表述为
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或 其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不 变。
另一种表述方式
不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。
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(1) C(s) + O2(g) = CO2(g) ΔH = 393.5 kJ/mol
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典型例题解析
(3) TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(s) + O2(g) ΔH = +141
kJ/mol
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01
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则TiO2(s) + 2C(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(s) + 2CO(g) 的ΔH为 ( )
提供理论支持。
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热化学方程式书写与计算
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热化学方程式书写规则
方程式必须配平，体现正 确的反应物和生成物的物 质的量关系。
注明各物质聚集状态，用 g(气)、l(液)、s(固)表示 ，溶液中的溶质用aq表示 。
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方程式中不用“↑”和 “↓”表示物质状态的变 化。
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焓变与反应热关系
焓变是反应热效应的一种表现形式， 二者之间存在密切联系。
探讨内容
通过比较不同反应条件下的焓变和反 应热，可以深入了解化学反应的热力 学性质，为化学反应的预测和控制提 供重要依据。
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盖斯定律及其应用
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盖斯定律内容表述
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计算方法
通过测量反应前后物质的内能变化来 计算焓变，常用方法有量热法、燃烧 法等。
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反应热效应类型及特点
反应热效应类型
包括吸热反应和放热反应两种类型。
特点
吸热反应需要吸收热量才能进行，反应后体系温度升高；放热反应则释放热量，反应后体系温度降低 。
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焓变与反应热关系探讨
间接计算反应热的方法包括：Hess定律、基尔霍夫定律 等。
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盖斯定律在科研中指导意义
01
盖斯定律为热力学研究提供 了重要的理论基础，有助于 深入理解化学反应的本质。
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02
03
在科研中，盖斯定律可以指 导实验设计，通过选择合适 的反应路径来简化实验过程
或提高实验效率。
盖斯定律还可以应用于新材 料的合成、能源转化与存储 等领域，为相关技术的发展
能量守恒原理在化学中应用
01 02
化学反应中的能量转化
在化学反应中，化学键的断裂和形成伴随着能量的吸收和释放。根据能 量守恒原理，反应物的总能量等于生成物的总能量加上反应过程中释放 或吸收的热量。
热化学方程式的书写
热化学方程式用于表示化学反应中的能量变化。根据能量守恒原理，可 以计算出反应过程中的热量变化，从而书写出正确的热化学方程式。
热化学方程式必须注明反 应热的测定条件及聚集状 态，并注明反应热的数值 及单位。
热化学方程式无需书写反 应条件，如加热、点燃等 。
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热化学方程式计算技巧
03
根据盖斯定律计算
根据键能计算
根据燃烧热计算
利用盖斯定律可以将多个热化学方程式进 行相加或相减，从而得到目标热化学方程 式的反应热。
反应热等于反应物的键能总和减去生成物 的键能总和。
盖斯定律指出，在任何一个化学 反应中，不论是一步完成还是分 几步完成，其反应热总是相同的 。
02
盖斯定律强调，化学反应的焓变 只与反应体系的始态和终态有关 ，而与反应的途径无关。
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间接计算反应热方法
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利用盖斯定律，可以通过已知反应的热效应来计算未知 反应的热效应。
通过设计合理的反应路径，可以间接计算出难以直接测 量的反应热。
实现过程的具体方法或程序。对 于同一始末状态，可能存在多种
不同的途径。
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热力学平衡态
热力学平衡态
在没有外界影响的条件下，系统各部分的宏观两个系统与第三个系统各自处于热平衡状态时，它们彼此也处于热平衡状态， 这一经验结论称为热平衡定律。根据热平衡定律，可以定义温度这一物理量来 表征系统的热学性质。
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生活中热力学第一定律应 用实例
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节能环保型汽车工作原理
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高效内燃机技术
通过提高燃油燃烧效率，减少 能量损失，实现更高的动力输
出和更低的油耗。
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轻量化设计
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能量回收系统
采用高强度轻质材料，降低车 身重量，从而减少行驶过程中
的能量消耗。
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热力学系统与环境
环境
与系统发生相互作用的其他部 分，又称外界。
封闭系统
与环境有能量交换但没有物质 交换的系统。
热力学系统
热力学研究中被选定的、有一 定数量粒子组成的宏观物体， 简称系统。
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隔离系统
与环境既没有能量交换又没有 物质交换的系统。
开放系统
与环境既有能量交换又有物质 交换的系统。