化学反应基本规律
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❖ 化学反应的速率 活化能（Ea）
北方工业大学机电学院
化学反应基本规律—热力学初步
热力学：研究自然界各种形式能量之间的转化规
律，以及能量转化对物质的影响的科学。
热力学
经典热力学 统计热力学
物理热力学
工程热力学
化学热力学
.……
Leabharlann Baidu
化学热力学：用热力学的基本原理研究化学现象 以及与化学有关的物理现象的科学。
规定
吸热使体系能量增加，Q＞0，为正值 放热使体系能量减少，Q＜0，为负值
北方工业大学机电学院
功W（Work）
❖功—体系和环境间除热以外以其它各种形 式传递的能量。单位J 体积功W体和非体积功W΄
❖功不是状态函数 ❖规定：
体系对环境做功，W＜0，为负值 环境对体系做功，W＞0，为正值
北方工业大学机电学院
❖问题：CO不能完全反应，出口总有22-28% CO ❖ 以前认为是CO和铁矿石接触时间不够 ❖ 解决方法：加高炉身，升高炉温 ❖ 结果：出口CO并未见明显减少 ❖ 原因：热力学计算表明，此反应不能进行完全
北方工业大学机电学院
1.1.1 化学热力学的基本概念
1.系统和环境
系统：作为研究对象而有目的地 划分出来的一部分物质及空间
世界由物质组成，化学则是人类用以认识和 改造物质世界的主要方法和手段之一。
它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它 的成就是社会文明的重要标志，化学中存在着化 学变化和物理变化两种变化形式。
北方工业大学机电学院
学了化学能做什么
研究自然界并试图了解它
创造自然界不存在的新物质和完成化
学变化的新途径
材料
热力学第一定律的数学表达
1、热力学第一定律（The first law of thermodynamics）
❖ 状态函数的主要特点： 相互之间具有制约性 系统的状态一定，状态函数 确定 系统状态变化，状态函数的 改变取决于始态和终态，与 途径无关。
北方工业大学机电学院
3.过程和途径
过程：系统的状态发生任何变化 称为过程 途径：实现过程的具体步骤
4. 热力学标准态
气体：pθ=100kPa下，表现出理想气体性质的状态 溶液： pθ=100kPa及b θ=1mol·kg，理想稀溶液 液体和固体：处于标准压力下的纯液体、纯固体
北方工业大学机电学院
研究内容-两个方面
❖以热力学第一定律为基础，研究化学变化 中的能量转换问题，计算化学变化中的热 效应。 C(s)+O2(g)=CO2(g)
❖以热力学第二定律为基础，研究一定条件 化学反应进行的方向和限度。
北方工业大学机电学院
高炉炼铁
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)
(3) 《近代化学导论(上下册)》，申泮文主编，高等教育出版社， 2002.
(4) 《大学化学原理及应用(上下册)》，樊行雪、方国女编，化学工 业出版社，2000.
北方工业大学机电学院
开篇：为什么学化学？
什么是化学？ 学了化学能干什么？ 什么人要学化学？
北方工业大学机电学院
什么是化学
化学是自然科学的一种，在分子、原子层次 上研究物质的组成、性质、结构与变化规律；创 造新物质的科学。
分子的动能，分子间的势能，分子中原子、电子运动的 能量，核内基本粒子间的核能等。
认识不会穷尽，故绝对值不可知，但改变值可知。
❖ 内能的特点：
具有加和性 内能是体系的状态函数 内能的绝对值无法确定
北方工业大学机电学院
热量Q（Heat）
❖热—由于温度不同，体系和环境间传递的 的能量。单位J
热不是状态函数
生物、医学 农业、环境
机械、冶金
化学
……
物理
地质
计算机
北方工业大学机电学院
什么人要学化学
…
北方工业大学机电学院
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
化学反应基本规律
溶液与离子平衡 氧化还原反应电化学
基本理论
物质结构基础
金属元素与金属材料
非金属元素与无机非金属材料
材料化学
北方工业大学机电学院
思考题
❖状态函数都具有加和性
（）
广度性质和强度性质
❖系统的状态发生改变时至少有一个状态函
数发生了改变
（）
❖NaCl是固体，水是液体，因此NaCl溶于水
后形成的系统具有两相
（）
❖将NaCl和KCl混合充分研磨后的系统只有一
个相
（）
北方工业大学机电学院
1.1.2 热力学第一定律
有机高分子化合物及高分子材料
化学与现代科学
北方工业大学机电学院
看到一个化学反应式，我 们最关注的问题是什么？
2CO+O2=2CO2 H2O=H2+O2
北方工业大学机电学院
第一章 化学反应基本规律
主要内容
❖ 化学反应的质量和能量守恒 热力学第一定律 焓（H）
❖ 化学反应的方向和限度 热力学第二定律 熵（S） 化学平衡
大学化学
授课人：焦志伟 电话：13810497765 二实验楼214 jiaozw@ncut.edu.cn
北方工业大学机械与材料工程学院
本课程考察办法
❖笔试：70分 ❖实验：20分
2个实验，每个10分，包括实验预 习报告，实验报告等内容
❖出勤与作业：10分
北方工业大学机电学院
教材
说明：理论课程28学时，实验课4学时。
❖ 第一类永动机的失败
❖ 焦耳热功当量实验的成功
自然界的一切物体都有能量，能量有各种不同的表现形式 ，它可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递 给另一个物体，但在转化和传递的过程中能量的总量保持 不变。
北方工业大学机电学院
内能U（Internal Energy）
体系内部能量的综合。热力学能，单位J
使用教材：曲保中 等，《新大学化学》（第三版）科
学出版社2012。
参考教材：
(1) Chemical Principles, Peter Atkins, Loretta Jones, 2nd Ed., W. H. Freeman and Company, 2001.
(2) 《现代化学基础》，崔爱莉、沈光球等编，第二版，清华大学出 版社，2008.
1. 敞开系统
2. 封闭系统
系统 system
3. 孤立系统
环境：与系统密切相关的其它部分 相：系统中物理性质和化学性质完全相同的部分
北方工业大学机电学院
2. 状态与状态函数
状态：用来表述系统的性质（压力、体积等）的综合
确定系统状态的物理量叫状态函数，如：温度T、压力p、体 积V、质量m、密度ρ等
北方工业大学机电学院
化学反应基本规律—热力学初步
热力学：研究自然界各种形式能量之间的转化规
律，以及能量转化对物质的影响的科学。
热力学
经典热力学 统计热力学
物理热力学
工程热力学
化学热力学
.……
Leabharlann Baidu
化学热力学：用热力学的基本原理研究化学现象 以及与化学有关的物理现象的科学。
规定
吸热使体系能量增加，Q＞0，为正值 放热使体系能量减少，Q＜0，为负值
北方工业大学机电学院
功W（Work）
❖功—体系和环境间除热以外以其它各种形 式传递的能量。单位J 体积功W体和非体积功W΄
❖功不是状态函数 ❖规定：
体系对环境做功，W＜0，为负值 环境对体系做功，W＞0，为正值
北方工业大学机电学院
❖问题：CO不能完全反应，出口总有22-28% CO ❖ 以前认为是CO和铁矿石接触时间不够 ❖ 解决方法：加高炉身，升高炉温 ❖ 结果：出口CO并未见明显减少 ❖ 原因：热力学计算表明，此反应不能进行完全
北方工业大学机电学院
1.1.1 化学热力学的基本概念
1.系统和环境
系统：作为研究对象而有目的地 划分出来的一部分物质及空间
世界由物质组成，化学则是人类用以认识和 改造物质世界的主要方法和手段之一。
它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它 的成就是社会文明的重要标志，化学中存在着化 学变化和物理变化两种变化形式。
北方工业大学机电学院
学了化学能做什么
研究自然界并试图了解它
创造自然界不存在的新物质和完成化
学变化的新途径
材料
热力学第一定律的数学表达
1、热力学第一定律（The first law of thermodynamics）
❖ 状态函数的主要特点： 相互之间具有制约性 系统的状态一定，状态函数 确定 系统状态变化，状态函数的 改变取决于始态和终态，与 途径无关。
北方工业大学机电学院
3.过程和途径
过程：系统的状态发生任何变化 称为过程 途径：实现过程的具体步骤
4. 热力学标准态
气体：pθ=100kPa下，表现出理想气体性质的状态 溶液： pθ=100kPa及b θ=1mol·kg，理想稀溶液 液体和固体：处于标准压力下的纯液体、纯固体
北方工业大学机电学院
研究内容-两个方面
❖以热力学第一定律为基础，研究化学变化 中的能量转换问题，计算化学变化中的热 效应。 C(s)+O2(g)=CO2(g)
❖以热力学第二定律为基础，研究一定条件 化学反应进行的方向和限度。
北方工业大学机电学院
高炉炼铁
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)
(3) 《近代化学导论(上下册)》，申泮文主编，高等教育出版社， 2002.
(4) 《大学化学原理及应用(上下册)》，樊行雪、方国女编，化学工 业出版社，2000.
北方工业大学机电学院
开篇：为什么学化学？
什么是化学？ 学了化学能干什么？ 什么人要学化学？
北方工业大学机电学院
什么是化学
化学是自然科学的一种，在分子、原子层次 上研究物质的组成、性质、结构与变化规律；创 造新物质的科学。
分子的动能，分子间的势能，分子中原子、电子运动的 能量，核内基本粒子间的核能等。
认识不会穷尽，故绝对值不可知，但改变值可知。
❖ 内能的特点：
具有加和性 内能是体系的状态函数 内能的绝对值无法确定
北方工业大学机电学院
热量Q（Heat）
❖热—由于温度不同，体系和环境间传递的 的能量。单位J
热不是状态函数
生物、医学 农业、环境
机械、冶金
化学
……
物理
地质
计算机
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什么人要学化学
…
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课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
化学反应基本规律
溶液与离子平衡 氧化还原反应电化学
基本理论
物质结构基础
金属元素与金属材料
非金属元素与无机非金属材料
材料化学
北方工业大学机电学院
思考题
❖状态函数都具有加和性
（）
广度性质和强度性质
❖系统的状态发生改变时至少有一个状态函
数发生了改变
（）
❖NaCl是固体，水是液体，因此NaCl溶于水
后形成的系统具有两相
（）
❖将NaCl和KCl混合充分研磨后的系统只有一
个相
（）
北方工业大学机电学院
1.1.2 热力学第一定律
有机高分子化合物及高分子材料
化学与现代科学
北方工业大学机电学院
看到一个化学反应式，我 们最关注的问题是什么？
2CO+O2=2CO2 H2O=H2+O2
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第一章 化学反应基本规律
主要内容
❖ 化学反应的质量和能量守恒 热力学第一定律 焓（H）
❖ 化学反应的方向和限度 热力学第二定律 熵（S） 化学平衡
大学化学
授课人：焦志伟 电话：13810497765 二实验楼214 jiaozw@ncut.edu.cn
北方工业大学机械与材料工程学院
本课程考察办法
❖笔试：70分 ❖实验：20分
2个实验，每个10分，包括实验预 习报告，实验报告等内容
❖出勤与作业：10分
北方工业大学机电学院
教材
说明：理论课程28学时，实验课4学时。
❖ 第一类永动机的失败
❖ 焦耳热功当量实验的成功
自然界的一切物体都有能量，能量有各种不同的表现形式 ，它可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递 给另一个物体，但在转化和传递的过程中能量的总量保持 不变。
北方工业大学机电学院
内能U（Internal Energy）
体系内部能量的综合。热力学能，单位J
使用教材：曲保中 等，《新大学化学》（第三版）科
学出版社2012。
参考教材：
(1) Chemical Principles, Peter Atkins, Loretta Jones, 2nd Ed., W. H. Freeman and Company, 2001.
(2) 《现代化学基础》，崔爱莉、沈光球等编，第二版，清华大学出 版社，2008.
1. 敞开系统
2. 封闭系统
系统 system
3. 孤立系统
环境：与系统密切相关的其它部分 相：系统中物理性质和化学性质完全相同的部分
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2. 状态与状态函数
状态：用来表述系统的性质（压力、体积等）的综合
确定系统状态的物理量叫状态函数，如：温度T、压力p、体 积V、质量m、密度ρ等