第2章 热化学 PPT
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第2章 热化学
第二章 热化学
第二章 热化学
(Thermochemistry) §2.1 热力学常用术语
§2.2 热力学第一定律
§2.3 化学反应的热效应
第二章 热化学
研究化学反应必须研究的四个问题
1. 化学反应中能量是如何转化的?
（第二章）
2. 该反应能否自发进行?
（第二章）
3. 实现这种转化需多少时间?
(Stoichiometric Number of Chemical Reaction)
规定： • 对反应物ν为负值νA = -a， νB = -b • 对生成物ν为正值νC = c， νD = d 例如： N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
遵循质量守恒定律 0 = -1N2 - 3H2 + 2NH3
0.0
t=t´：n2(B)/mol 2.0 7.0
2.0
Δn(B)/mol -1.0 -3.0
2.0
第二章 热化学
即消耗了 1.0 mol N2，3.0 mol H2，生成了 2.0 mol NH3，那么反应进度变化等于
第二章 热化学
1. 定义
（1）系统 研究的对象。
（2）环境 系统以外，并与其有关联的部分。
系统和环境之间，一定要有一个边界，这 个边界可以是实实在在的物理界面，也可以是 虚构假想的界面。
如：
第二章 热化学
环境
研究对象：空气
系统
环境
研究对象：H2
系统
第二章 热化学
2. 分类
（1）敞开系统（Open System） 系统和环境之间通过边界既有物质交换又有 以热和功的形式进行的能量交换的系统。
第二章 热化学
液体：根据液体的互溶性，可以是一相、 两相或三相；水溶液：单相。
固体：如果固体之间不形成固体溶液，则 不论固体分散多细，一种固体成为 一相。
第二章 热化学
2.1.5 化学反应计量式和化学计量数
1. 化学反应计量式
(Stoichiometric Equation of Chemical Reaction)
Zn
Zn
敞开系统
封闭系统
孤立系统
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
第二章 热化学
2.1.2 过程与途径 （Process and Path）
1. 定义
（1）过程 系统热力学状态发生变化的经过。
（2）途径 系统状态发生变化时由同一始态到 同一终态所经历的不同方式。
第二章 热化学 2. 过程的分类
（第三章）
4. 在给定条件下有多少反应物能最 大限度地转化为生成物？
（第四章）
第二章 热化学
§2.1 热力学常用术语
(Common Terms of Thermodynamics)
2.1.1 系统与环境（System and Surrounding）
任何物质都是和它周围的物质相联系， 为了研究问题的需要，常把研究的对象人为 地从周围事物中划分出来，被划分出来作为 研究对象的这一部分称为系统，而系统之外 又与系统有关的部分称为环境。
ν(N2) = -1，ν(H2) = -3，ν(NH3) = 2
第二章 热化学
3. 化学反应计量式的表示
（1）根据实验事实，正确写出反应物和产 物的化学式；
（2）反应前后原子的种类和数量保持不变； （3）标明物质的聚集状态。
气 体：g 液 体：l 固 体：s 水溶液：aq
第二章 热化学
2.1.6 反应进度 —— 反应进行的程度
1. 定义 nB nB 0 ν B ξ
nBν BnB0ν ΔnBB
ξ>0 ，单位：mol； nB(ξ)：反应进度为ξ，B物质的物质的量； nB(0)：反应未开始时，B物质的物质的量。
第二章 热化学
2. 反应进度变化
Δ2120ν ΔnBB
有一反应
N2(g) + 3H2(g)→ 2NH3(g)
t=0： n1(B)/mol 3.0 10.0
例如：已知一气体
物质的量 n = 1mol 温度 T = 298.15K 压力 p = 101.325kPa
体积 V = 22.414dm3
状态 函数
密度 ρ= ······
用化学的术语说，该气体处于一定状态。
第二章 热化学 1. 定义
（1）状态 系统物理性质和化学性质的综合表现。
（2）状态函数 规定系统状态的每一物理性质和化学 性质的物理量。
根据质量守恒定律，用规定的化学符 号和化学式表示化学反应的式子。
第二章 热化学
任一反应： aA + bB → cC + dD 遵循质量守恒定律：0 = -aA – bB + cC + dD
或简写 0 νBB
B
其中，B：任一反应物或生成物 νB：反应物或生成物前的系数
第二章 热化学
2. 化学计量数
（2）封闭系统（Closed System） 系统和环境之间通过边界只有能量交换， 而没有物质的交换的系统。
（3）孤立系统（Isolated System） 系统和环境之间即无能量交换又无物质交 换的系统。
第二章 热化学
如：
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
系统Βιβλιοθήκη Baidu
绝热
HCl
HCl
HCl
Zn
第二章 热化学 2. 性质
（1）状态一定，状态函数值一定；
（2）状态函数与过去的状态无关；
（3）状态变化，状态函数值变化，状态 函数值的变更只与始末态有关，而 与变化的途径无关。
第二章 热化学
状态函数性质 H2O（T1=298K） ①
②
H2O（T2=308K）
H2O（T=288K）
① △T1 = T2 - T1 = 308 - 298 = 10 K ② △T2 = ( T2 – T ) + ( T - T1 ) = 10 K
（1）定温过程
T1=T2
（2）定压过程
p1 = p2 = p外
（3）定容过程
V1 = V2
第二章 热化学
不同途径的示意图
298K，101kPa 定温过程
定 压 过 程
373K，101kPa 定温过程
298K，505kPa
定 压 过 程
373K，505kPa
第二章 热化学
2.1.3 状态与状态函数（State and State Function）
第二章 热化学
2.1.4 相（Phase）
1. 定义 系统中物理性质和化学性质完全
相同的部分称为相。 相与相之间有一明显的界限。
第二章 热化学
2. 分类
均相系统（单相系统） （Homogenous System）
非均相系统（多相系统）
（Heterogeneous System）
气体：通常条件下，不论多少种气体混 合在一起，均能无限混合，所以 是单相。
第二章 热化学
第二章 热化学
(Thermochemistry) §2.1 热力学常用术语
§2.2 热力学第一定律
§2.3 化学反应的热效应
第二章 热化学
研究化学反应必须研究的四个问题
1. 化学反应中能量是如何转化的?
（第二章）
2. 该反应能否自发进行?
（第二章）
3. 实现这种转化需多少时间?
(Stoichiometric Number of Chemical Reaction)
规定： • 对反应物ν为负值νA = -a， νB = -b • 对生成物ν为正值νC = c， νD = d 例如： N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
遵循质量守恒定律 0 = -1N2 - 3H2 + 2NH3
0.0
t=t´：n2(B)/mol 2.0 7.0
2.0
Δn(B)/mol -1.0 -3.0
2.0
第二章 热化学
即消耗了 1.0 mol N2，3.0 mol H2，生成了 2.0 mol NH3，那么反应进度变化等于
第二章 热化学
1. 定义
（1）系统 研究的对象。
（2）环境 系统以外，并与其有关联的部分。
系统和环境之间，一定要有一个边界，这 个边界可以是实实在在的物理界面，也可以是 虚构假想的界面。
如：
第二章 热化学
环境
研究对象：空气
系统
环境
研究对象：H2
系统
第二章 热化学
2. 分类
（1）敞开系统（Open System） 系统和环境之间通过边界既有物质交换又有 以热和功的形式进行的能量交换的系统。
第二章 热化学
液体：根据液体的互溶性，可以是一相、 两相或三相；水溶液：单相。
固体：如果固体之间不形成固体溶液，则 不论固体分散多细，一种固体成为 一相。
第二章 热化学
2.1.5 化学反应计量式和化学计量数
1. 化学反应计量式
(Stoichiometric Equation of Chemical Reaction)
Zn
Zn
敞开系统
封闭系统
孤立系统
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
第二章 热化学
2.1.2 过程与途径 （Process and Path）
1. 定义
（1）过程 系统热力学状态发生变化的经过。
（2）途径 系统状态发生变化时由同一始态到 同一终态所经历的不同方式。
第二章 热化学 2. 过程的分类
（第三章）
4. 在给定条件下有多少反应物能最 大限度地转化为生成物？
（第四章）
第二章 热化学
§2.1 热力学常用术语
(Common Terms of Thermodynamics)
2.1.1 系统与环境（System and Surrounding）
任何物质都是和它周围的物质相联系， 为了研究问题的需要，常把研究的对象人为 地从周围事物中划分出来，被划分出来作为 研究对象的这一部分称为系统，而系统之外 又与系统有关的部分称为环境。
ν(N2) = -1，ν(H2) = -3，ν(NH3) = 2
第二章 热化学
3. 化学反应计量式的表示
（1）根据实验事实，正确写出反应物和产 物的化学式；
（2）反应前后原子的种类和数量保持不变； （3）标明物质的聚集状态。
气 体：g 液 体：l 固 体：s 水溶液：aq
第二章 热化学
2.1.6 反应进度 —— 反应进行的程度
1. 定义 nB nB 0 ν B ξ
nBν BnB0ν ΔnBB
ξ>0 ，单位：mol； nB(ξ)：反应进度为ξ，B物质的物质的量； nB(0)：反应未开始时，B物质的物质的量。
第二章 热化学
2. 反应进度变化
Δ2120ν ΔnBB
有一反应
N2(g) + 3H2(g)→ 2NH3(g)
t=0： n1(B)/mol 3.0 10.0
例如：已知一气体
物质的量 n = 1mol 温度 T = 298.15K 压力 p = 101.325kPa
体积 V = 22.414dm3
状态 函数
密度 ρ= ······
用化学的术语说，该气体处于一定状态。
第二章 热化学 1. 定义
（1）状态 系统物理性质和化学性质的综合表现。
（2）状态函数 规定系统状态的每一物理性质和化学 性质的物理量。
根据质量守恒定律，用规定的化学符 号和化学式表示化学反应的式子。
第二章 热化学
任一反应： aA + bB → cC + dD 遵循质量守恒定律：0 = -aA – bB + cC + dD
或简写 0 νBB
B
其中，B：任一反应物或生成物 νB：反应物或生成物前的系数
第二章 热化学
2. 化学计量数
（2）封闭系统（Closed System） 系统和环境之间通过边界只有能量交换， 而没有物质的交换的系统。
（3）孤立系统（Isolated System） 系统和环境之间即无能量交换又无物质交 换的系统。
第二章 热化学
如：
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
系统Βιβλιοθήκη Baidu
绝热
HCl
HCl
HCl
Zn
第二章 热化学 2. 性质
（1）状态一定，状态函数值一定；
（2）状态函数与过去的状态无关；
（3）状态变化，状态函数值变化，状态 函数值的变更只与始末态有关，而 与变化的途径无关。
第二章 热化学
状态函数性质 H2O（T1=298K） ①
②
H2O（T2=308K）
H2O（T=288K）
① △T1 = T2 - T1 = 308 - 298 = 10 K ② △T2 = ( T2 – T ) + ( T - T1 ) = 10 K
（1）定温过程
T1=T2
（2）定压过程
p1 = p2 = p外
（3）定容过程
V1 = V2
第二章 热化学
不同途径的示意图
298K，101kPa 定温过程
定 压 过 程
373K，101kPa 定温过程
298K，505kPa
定 压 过 程
373K，505kPa
第二章 热化学
2.1.3 状态与状态函数（State and State Function）
第二章 热化学
2.1.4 相（Phase）
1. 定义 系统中物理性质和化学性质完全
相同的部分称为相。 相与相之间有一明显的界限。
第二章 热化学
2. 分类
均相系统（单相系统） （Homogenous System）
非均相系统（多相系统）
（Heterogeneous System）
气体：通常条件下，不论多少种气体混 合在一起，均能无限混合，所以 是单相。