大学化学第一章1

本章主要研究和解决的中心问题：
• 反应过程中能量变化的问题
化 学 热 力 学
• 反应的可行性及进行方向的问题
• 反应进行的程度 (化学平衡)问题 • 研究反应的现实性问题 —— 化学动力学
化学热力学——应用热力学的基本原理 和方法研究化学反应的科学。 研究对象 — 宏观的、大量质点的集合体 优点：
三种热力学系统：
敞开系统 open system 封闭系统 closed system 孤立系统 isolated system
能量 物质
能量
能量
×
物质 ×
物质 ×
热力学上研究最多的是封闭系统。
◆ 相： 系统中任何物理和化学性质完全相
同的部分。 相与相之间有明确的界面。 例如：
H2O
Biblioteka Baidu注意：
CCl4
化学反应中的质量守恒和能量守恒
化学反应中的质量守恒定律
“在化学反应中，质量既不能创造， 也 不能毁灭。 只能由一种形式转变为另一
种形式。”（物质不灭定律）
通常用化学反应计量方程式表示反应物 与生成物之间的原子数目和质量的平衡关系， 通式为： 0= B B B B称化学计量数。
以合成氨反应为例：N2 +3H2 = 2NH3
◆ 只考虑研究对象的始态和终态,
不涉及物质的微观结构和反应原理。
◆ 不考虑时间因素.
局限性：
不能解释变化发生的原因；
只能处理平衡状态；
不能解决过程的速率问题。
化学热力学有三个定律，我们重点讨论
第一、第二定律。
本章知识框架：
基本概念 热力学第一定律
能量转化
热力学第二定律 第三定律 化学反应动力学
可行性、方向性及 反应进行的程度 现实性—速率
计算任意反应的∆U、∆H、∆S 、∆G和速率v。
为了便于讨论，我们先介绍以下几
个基本概念： 包括： 系统、 环境、 相、 质量守恒、 能量守恒、
状态 和 状态函数、
热和功
热力学基本概念
◆系统和环境
(system and surroundings)
系统： 作为研究对象的那一 部分物质； 环境：系统之外，与系统密 切联系的其它物质。
2.热力学能 即内能—系统内部能量的总和。
符号：U 单位：kJ 或 J U 是状态函数；
无法确定绝对数值；
其值与n 成正比。
* 热 热力学中将能量交换形式分为热和功。 热是系统与环境因温度不同而传递的 能量。
符号：Q ，
单位：kJ； Q 不是状态函数； 系统吸热：Q > 0 ； 系统放热：Q < 0
2、状态函数的变化值只取决于系统的始态 和终 态，与变化的具体途径无关。只要系统恢复原状， 状态函数恢复原值。
若： 系统的始态和终态确定，各状态函数的变 化值确定
T1 V1 始态 P1 → T2 V2 P2 ΔT = T2-T1
终态
ΔV = V2-V1
ΔP = P2-P1
概括：状态函数有特征，状态一定值一定， 殊途同归变化等，周而复始变化零。
T、V、P、n、 H、U、S、G 等.
例如,研究的系统为一理想气体，其 n=1mol, P=100kPa, V=22.4l, T=273K, 则该系统处于一种状态— —标准状态。其中n,p,V,T均为状态函数
状态函数主要性质（或特征）： 1.状态一定时，状态函数有确定值， 反之亦然。
系统的一个状态函数或几个状态函数发生 了 改变，则系统的 状态就发生改变。 始态和终态：变化前状态为始态，变化后的状态为终态。
第一章
化学反应基本规律
许多反应我们可以看得到，如： Pb(NO3)2 + 2KI
= PbI2 + 2KNO3
有的反应难以看得到： Pb2+ + EDTA = Pb-EDTA
（乙二胺四乙酸根）
有的反应式可以写出来，却不知到能 否发生？ Al2O3 + 3CO = 2Al + 3CO2 CO + 2NO = CO2 + N2 这就需要了解化学反应的基本规律, 其中最重要的是化学热力学。
*功
系统与环境交换能量的另一种形式—功 ★功分为：体积功 W (W= - PΔ V )； 非体积功 W′。 ★单位：kJ。 ★ W 不是状态函数； ★系统对环境作功: W <0；
★环境对系统作功: W >0。
W和 Q不是体系所储存的能量， 有变化过程, 才有能量，是过程量。
可逆过程 ③
p始=4.0kPa V始=1.00L T=298K I p终=1.0kPa V终=4.00L T=298K II
(1) 一相不一定是一种物质. 例如，气体混合物。 系统只有一相，称为单相系统或均匀系统。 盐水溶液？
(2) 要注意“相”和“态”（聚集态）的区别
含两个相或多于两个相的系统称为 多相系统或不均匀系统。
(3) 同一物质可因聚集态不同而组成多相系统。
练习： 由相的概念可知，由液态物质组成的系统为单相系统（）
若将此定律用于热力学系统中，称为热力学第一定律。
通常表示为：
ΔU=Q+W
在任何过程中，系统热力学能（U）的增加等于
系统从环境吸收的热（Q）与环境对系统所做的功
（W）之和。
状态与状态函数
状态 是指用来描述系统的所有宏观性质的综 合表现。 状态函数: 在热力学中，把用于确定系统状态
的物理量（宏观性质）。如：
状态函数分类：
广度性质：(extensive property) 广度性质的量值与系统中物质的 量成正比，在系统内具有加和性。 如：m、n、V、U、H、S、G 等。
强度性质：（intensive property） 强度性质的量值与系统中物质的 量无关，不具有加和性. 如：T、P ，摩尔体积，密度等
可写为： 0 = -N2 -3H2 +2NH3
即： 对于一般的反应：
N2 +3H2 == 2NH3 aA+bB == gG+dD
其化学反应计量方程为：
0=BBB 其中B的符a、b为负值；g、d为正值
化学反应的能量转化与守恒定律
“在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭， 只能从 一种形式转化为另一种形式。在转化过程中，能量的总值不变”
Zn(s) + 2HCl = ZnCl2 + H2
系统特点：
a) 是宏观的； b) 系统要占有空间； c) 系统是多种多样的，可以是气、液
、固及多个 相 的系统。
环境特点：
a) 系统与环境之间有确切的界面；
b) 这种界面可以是真实的，也可以是虚构的； c) 系统与环境的划分不是固定不变的。
化学反应一般将反应物和产物作为研究系统。