普通化学第一章化学热力学基础上

化学反应的方向性：
1. 了解自发过程的两个趋势，熵及吉布斯自由能的 物理意义。 2. 能应用吉布斯自由能判断反应的自发方向。 3. 掌握吉布斯-亥姆霍兹方程及化学反应等温方程式 的应用。
2019/1/10
第一章 化学热力学基础（上）
2
教学内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
热力学基础知识 化学反应的热力学能和焓 热化学定律 化学反应的自发性 吉布斯自由能 吉布斯-亥姆霍兹公式的应用 化学反应等温方程式
以下说法是否正确？
温度高的物体热量高；一体系具有较高的 功或热量。
2019/1/10 第一章 化学热力学基础（上） 10
三、 热力学第一定律
体系内部能量的总和称为热力学能 （内能） ， 用符号U来表示。内能包括体系内所有物质分 子的平动能、转动能、振动能、电子运动能、 核能等。U是状态函数。 自然界的一切物质都具有能量，能量有各 种不同形式，而且能够从一种形式转化为另一 种形式，在转化过程中能量的总数值不变。这 就是能量守恒定律，即热力学第一定律。
此式为热力学第一定律的数学表达式
2019/1/10 第一章 化学热力学基础（上） 12
例1-1 某一内能为U的封闭体系，从环境吸收60kJ的热，对 环境做功20kJ。在上述变化过程中，试问：1、体系的内能 变化为多少？2、此过程中环境又发生了什么变化？
U1 （体系）Q=+60 状态1（始）W=-20 U2 状态2（终）
第一章
教学目标:
化学热力学基础
热力学基础知识：
1. 了解状态函数及其特征、功和热的概 念。 2. 理解热力学第一定律和热力学能的 概念，定容热与热力学能变、定压热与焓 变的关系。
2019/1/10 第一章 化学热力学基础（上） 1
热化学：
1. 掌握定容、定压化学反应与化学反应的摩尔热 力学能（变）、摩尔焓（变）的关系。 2. 理解并熟练应用盖斯定律，熟练应用物质的标 准摩尔生成焓计算反应的标准摩尔焓（变）。
2019/1/10
第一章 化学热力学基础（上）
7
（3）过程和途径：
过程：体系状态发生的变化。
途径：完成过程的具体步骤。
始态 A
恒温过程：T1= T2 = T环 恒压过程：P1 = P2 = P环 恒容过程：V1= V2 或 V=0 绝热过程：Q=0 循环过程：
源自文库
B
C 终态
8
2019/1/10
第一章 化学热力学基础（上）
二、 热和功
热（Q）：体系与环境之间由于温度差而引 起的能量传递。
功（W）：除热量以处，其它任何形式的能 量传递。
P外 P外
W= -p外· A· l = -p外· V 式中负号表示系统作功
2019/1/10
l
A A
9
第一章 化学热力学基础（上）
习惯上，体系吸热，Q＞0，体系放热，Q＜ 0；体 系对环境做功，W ＜ 0，环境对体系做功，W ＞0。 热和功是否是状态函数？为什么？ 热和功都是变化过程中交换或传递的能量， 是和变化过程相联系的，它们都不是体系自身 的性质，因此它们都不是状态函数。
在这一章中，我们仅根据普通化学的需要简单 地介绍有关化学热力学的基本原理。先介绍几个重 要的热力学概念。
2019/1/10 第一章 化学热力学基础（上） 4
第一节 热力学基础知识
一、系统的状态函数 （1）系统(体系)和环境：
人们在用观察和实验等方法进行科学研究 时，首先要确定所要研究的对象。热力学中 把被确定的研究对象称为系统（也称作体系 或物系）。它是由大量微观粒子所组成的宏 观系统。系统以外与系统有密切关系的部分 称作环境。（例略）
2019/1/10
第一章 化学热力学基础（上）
11
体系自环境中吸收Q的热 Q W 状态1（始） 体系对环境做了W的功 状态2（终）
U1
U2
根据热力学第一定律：体系终态的内能U2应等于始 态的内能U1加上体系吸收的热量Q，加上体系对环境所 做的功W。 U2 = U1 + Q + W U2 - U1 = Q + W U = Q + W
2019/1/10 第一章 化学热力学基础（上） 13
四、 过程的热
根据热力学第一定律： U = Q + W
当体系只作体积功时：U = Q - p外· V 如果反应在恒容条件下进行，这时的热效应称为恒容热效应， 以QV表示。 所以： U = QV 如果反应在恒压条件下进行，这时的热效应称为恒压热效应， 以Qp表示。 U = Qp + W = Qp - p外· V U2 -U1 = Qp - p外·（V2 -V1 ）= Qp - p2· V2 + p1· V1 Qp = （ U2 + p2· V2 ）- （ U1 + p1· V1 ） H=U+pV 焓 Qp = H2 - H1 = H
2019/1/10 5
第一章 化学热力学基础（上）
敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 体系 封闭体系：体系与环境之间没有物质交换，只有能量交换。 孤立体系：体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换。 真 空 T体系> T环境
2019/1/10
第一章 化学热力学基础（上）
6
（2）状态和状态函数： 体系的各种宏观性质一定，体系就处于一定 的状态。在热力学中把描述体系状态的物理量称 为状态函数。如温度、压力、体积、物质的量等。 体系状态函数的两个明显特征：1.体系的状 态一定，各种状态函数的值就一定。2.体系的状 态发生变化时，体系的状态函数也随之改变，状 态函数的变化值只与体系的始态和终态有关，而 与变化的具体途径无关。
解：1. 由题意知：Q=+60kJ ，W = -20kJ 因此： U体系 = Q - W = + 60 +（-20）= + 40kJ 2. 由题意知：Q=-60kJ ，W = +20kJ 因此： U环境 = Q + W= -60 +（+20）= -40kJ 如果把体系和环境看做一个整体。则U体系+ U环境=0 这是热力学第一定律的另一种表达方式。
2019/1/10
第一章 化学热力学基础（上）
3
当我们研究某个指定的化学反应时，除了反应 速度这个化学动力学的问题外，还需考虑的问题是 在指定条件下该反应能否朝着预定的方向进行？如 果能够进行，反应将进行到什么程度为止？另外， 伴随着反应的进行，将产生多少能量变化？ 前两个问题是反应方向和限度问题，后一个问 题是反应的热效应问题。研究这些问题的理论基础 是热力学。把热力学的基础原理用来研究化学过程 及化学有关的物理现象，就形成了化学热力学。