第五章 化学热力学基础PPT课件
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焓： HUpV
焓变：QpH2H1H
吸热H 反 0,应 放热H 反 0应 16
2. 热化学方程式
表示化学反应及其反应热关系的化学 反应方程式
2H 2gO 2g2H 2O g
rH m298.15K 483.64kJm ol-1
r H m 称为反应的标准摩尔焓变。
标准状态：
气体
T、 pp10k0Pa
3
5.1.1系统和环境 系统：被研究对象。 环境：系统外与其密切相关的部分。 敞开系统:与环境有物质交换也有能量交换。 封闭系统:与环境有能量交换无物质交换。 隔离系统:与环境无物质、能量交换。
4
敞开系统
封闭系统
隔离系统
5
5.1.2 状态和状态函数
状态:体系的物理性质和化学性质的综合表现
状态函数:描述系统性质的物理量(如p,V,T)。
于恒压反应热Qp 。
该装置主要用于测定燃烧热。 20
5.2.5 Hess定律
1. 标准摩尔生成焓
在标准状态下,由参考状态单质生成单位 物质B的量的标准摩尔焓变,称为物质B的标准摩 尔生成焓。
f Hm(B,相态 ,T) 单位k是 Jmo-1l
H2g1 2O2gH2Og fHmH2Og,2, 9.18K 524.81k2Jm-o1 l
液体、固体 T, p下,纯物质
溶质、溶液B b Bb 1 mo kl g 11 7
2H 2gO 2g2H 2O g
rH m298.15K 483.64kJm ol-1
聚集状态不同时， r H m 不同。
2H 2gO 2g2H 2O (l)
rH m298.15K571.66kJm ol-1
化学计量数不同时， r H m 不同。
pex
p ex V
l
非体积功
功不是状态函数
12
5.2.2 热力学能
热力学能（U）:系统内所有微观粒子的全部
能量之和，也称内能。
U是状态函数
U2U1U
热力学能变化只与始态、终态有关， 与变化途径无关。
13
5.2.3 热力学第一定律 热力学定律的实质是能量守恒与转化定律。
U1 得吸 功 W热 Q U2
H2g1 2O2gH2Og rHຫໍສະໝຸດ Baidu298.15K241.82kJmol-1
18
正确写出热化学方程式必须注意以下 几点：
o 必须注明化学反应计量式中各物质的 聚集状态 o 反应方程式必须配平 o 必须注明反应温度
19
两种实验室常用量热计
简易量热计
弹式量热计
测量中和热、溶解热及其
它溶液反应的热效应，属 此法测定的是恒容热效应Qv，
7
5.1.4 相 系统中物理性质和化学性质完全相同 的任何均匀部分。 均相系统(或单相系统) 非均相系统(或多相系统)
8
5.2 热力学第一定律
热和功 热力学能 热力学第一定律 焓变和热化学方程式 Hess定律
9
5.2.1 热和功
热（Q）：系统与环境之间由于存在温差
而传递的能量。 热不是状态函数。
第五章 化学热力学基础
5.1 热力学术语及基本概念 5.2 热力学第一定律 5.3 自发变化和熵 5.4 吉布斯自由能及其应用
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2
5.1 热力学的术语和基本概念 系统和环境 状态和状态函数 过程、途径和可逆过程 相 化学反应计量式和反应进度
系统吸热: Q >0； 系统放热: Q <0。
10
功(W )：系统与环境之间除热之外以
其它形式传递的能量。
系统对环境做功，W<0 环境对系统做功，W>0
11
体积功：由于系统体积 变化而与环境交换的功， 称为体积功。
W F ex l
p ex A l
p ex V 1 V 2
V1
25
结论 aA+bB→yY+zZ
rH m (T ) B Δ fH m (B ,相 ,T )
26
5.3 自发变化和熵
自发变化 焓和自发变化 混乱度、熵和微观态数 热力学第三定律和标准熵 化学反应熵变和热力学第二定律
27
自发变化
• 水从高处流向低处； • 热从高温物体传向低温物体； • 铁在潮湿的空气中锈蚀； • 锌置换硫酸铜溶液反应： Zn(s)+Cu2+(aq) Zn2+(aq)+Cu(s)
rHm(2)
途径2
rH m ( 1 ) rH m (2 ) rH m ( 3 )
r H m ( 3 Δ r H m ) ( 1 Δ r H m ) ( 2 ) 1.5 1 k m 3 0 J
24
解法二： C (O s2()g )C2(O g r)Hm(1)
)CO 1 2O 2 ((g g ) C )2 (O )g rHm(2) C( s1 2)O2(g ) CO(rg Hm)(3)
rH m (1)39 .53 k1Jmo 1 l 2.CO(1 2O g2)(g)C2O (g)
rH m (2)28 .92 k8Jmo 1 l
计算298.15K下,CO的标准摩尔生成焓。
23
解:利用Hess定律
C(s)O2(g) rHm(3)
途径1
1 2O2(g)C(O g)
r Hm (1)
CO2g
特点:(1)状态一定,状态函数一定。 (2)状态变化,状态函数也随之而变, 且状态函数的变化值只与始态、 终态有关,而与变化途径无关。
6
5.1.3 过程、途径和可逆过程 定温过程：T1T2 Tex 定压过程：p1p2 pex 定容过程：V1 V2
可逆过程：系统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，无限接近平衡态。
U2U 1QW
U2 U1 QW
对于封闭系统热力学第一定律为：
UQW
14
5.2.4 焓变和热化学方程式 1.焓和焓变
对于封闭系统，在定容过程中，
V=0，W=0
QV U
QV为定容反应热。
15
在定压过程中：
U Qp pexV
U2 U1 Qp pex V2 V1 U2 U1 Qp p2V2 p1V1 Qp (U2 p2V2 ) U1 p1V1
fHm(参考态单 ,T)质 0
21
2. Hess定律 始态 r H m
终态
r H m,1
r H m,2
中间态
rHmrHm,1ΔrHm,2
或 rHmΔrHmi)(
化学反应不管是一步完成还是分几步完成， 其反应热总是相同的。
22
例:已知298.15K下,反应
1 .C (O s2()g)C2(O )g
焓变：QpH2H1H
吸热H 反 0,应 放热H 反 0应 16
2. 热化学方程式
表示化学反应及其反应热关系的化学 反应方程式
2H 2gO 2g2H 2O g
rH m298.15K 483.64kJm ol-1
r H m 称为反应的标准摩尔焓变。
标准状态：
气体
T、 pp10k0Pa
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5.1.1系统和环境 系统：被研究对象。 环境：系统外与其密切相关的部分。 敞开系统:与环境有物质交换也有能量交换。 封闭系统:与环境有能量交换无物质交换。 隔离系统:与环境无物质、能量交换。
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敞开系统
封闭系统
隔离系统
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5.1.2 状态和状态函数
状态:体系的物理性质和化学性质的综合表现
状态函数:描述系统性质的物理量(如p,V,T)。
于恒压反应热Qp 。
该装置主要用于测定燃烧热。 20
5.2.5 Hess定律
1. 标准摩尔生成焓
在标准状态下,由参考状态单质生成单位 物质B的量的标准摩尔焓变,称为物质B的标准摩 尔生成焓。
f Hm(B,相态 ,T) 单位k是 Jmo-1l
H2g1 2O2gH2Og fHmH2Og,2, 9.18K 524.81k2Jm-o1 l
液体、固体 T, p下,纯物质
溶质、溶液B b Bb 1 mo kl g 11 7
2H 2gO 2g2H 2O g
rH m298.15K 483.64kJm ol-1
聚集状态不同时， r H m 不同。
2H 2gO 2g2H 2O (l)
rH m298.15K571.66kJm ol-1
化学计量数不同时， r H m 不同。
pex
p ex V
l
非体积功
功不是状态函数
12
5.2.2 热力学能
热力学能（U）:系统内所有微观粒子的全部
能量之和，也称内能。
U是状态函数
U2U1U
热力学能变化只与始态、终态有关， 与变化途径无关。
13
5.2.3 热力学第一定律 热力学定律的实质是能量守恒与转化定律。
U1 得吸 功 W热 Q U2
H2g1 2O2gH2Og rHຫໍສະໝຸດ Baidu298.15K241.82kJmol-1
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正确写出热化学方程式必须注意以下 几点：
o 必须注明化学反应计量式中各物质的 聚集状态 o 反应方程式必须配平 o 必须注明反应温度
19
两种实验室常用量热计
简易量热计
弹式量热计
测量中和热、溶解热及其
它溶液反应的热效应，属 此法测定的是恒容热效应Qv，
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5.1.4 相 系统中物理性质和化学性质完全相同 的任何均匀部分。 均相系统(或单相系统) 非均相系统(或多相系统)
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5.2 热力学第一定律
热和功 热力学能 热力学第一定律 焓变和热化学方程式 Hess定律
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5.2.1 热和功
热（Q）：系统与环境之间由于存在温差
而传递的能量。 热不是状态函数。
第五章 化学热力学基础
5.1 热力学术语及基本概念 5.2 热力学第一定律 5.3 自发变化和熵 5.4 吉布斯自由能及其应用
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5.1 热力学的术语和基本概念 系统和环境 状态和状态函数 过程、途径和可逆过程 相 化学反应计量式和反应进度
系统吸热: Q >0； 系统放热: Q <0。
10
功(W )：系统与环境之间除热之外以
其它形式传递的能量。
系统对环境做功，W<0 环境对系统做功，W>0
11
体积功：由于系统体积 变化而与环境交换的功， 称为体积功。
W F ex l
p ex A l
p ex V 1 V 2
V1
25
结论 aA+bB→yY+zZ
rH m (T ) B Δ fH m (B ,相 ,T )
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5.3 自发变化和熵
自发变化 焓和自发变化 混乱度、熵和微观态数 热力学第三定律和标准熵 化学反应熵变和热力学第二定律
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自发变化
• 水从高处流向低处； • 热从高温物体传向低温物体； • 铁在潮湿的空气中锈蚀； • 锌置换硫酸铜溶液反应： Zn(s)+Cu2+(aq) Zn2+(aq)+Cu(s)
rHm(2)
途径2
rH m ( 1 ) rH m (2 ) rH m ( 3 )
r H m ( 3 Δ r H m ) ( 1 Δ r H m ) ( 2 ) 1.5 1 k m 3 0 J
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解法二： C (O s2()g )C2(O g r)Hm(1)
)CO 1 2O 2 ((g g ) C )2 (O )g rHm(2) C( s1 2)O2(g ) CO(rg Hm)(3)
rH m (1)39 .53 k1Jmo 1 l 2.CO(1 2O g2)(g)C2O (g)
rH m (2)28 .92 k8Jmo 1 l
计算298.15K下,CO的标准摩尔生成焓。
23
解:利用Hess定律
C(s)O2(g) rHm(3)
途径1
1 2O2(g)C(O g)
r Hm (1)
CO2g
特点:(1)状态一定,状态函数一定。 (2)状态变化,状态函数也随之而变, 且状态函数的变化值只与始态、 终态有关,而与变化途径无关。
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5.1.3 过程、途径和可逆过程 定温过程：T1T2 Tex 定压过程：p1p2 pex 定容过程：V1 V2
可逆过程：系统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，无限接近平衡态。
U2U 1QW
U2 U1 QW
对于封闭系统热力学第一定律为：
UQW
14
5.2.4 焓变和热化学方程式 1.焓和焓变
对于封闭系统，在定容过程中，
V=0，W=0
QV U
QV为定容反应热。
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在定压过程中：
U Qp pexV
U2 U1 Qp pex V2 V1 U2 U1 Qp p2V2 p1V1 Qp (U2 p2V2 ) U1 p1V1
fHm(参考态单 ,T)质 0
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2. Hess定律 始态 r H m
终态
r H m,1
r H m,2
中间态
rHmrHm,1ΔrHm,2
或 rHmΔrHmi)(
化学反应不管是一步完成还是分几步完成， 其反应热总是相同的。
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例:已知298.15K下,反应
1 .C (O s2()g)C2(O )g