第3章 化学热力学基础 大学一年级 无机化学 课件_668

△U = Qp + We
体积由V1变为V2，体系对环境做功 We =－P(V2-V1) 则 △U = QP – P(V2-V1)
U2 - U1 = QP – P(V2-V1)
QP = (U2+P2V2) – (U1+P1V1)
（3-2）
∵ Ｕ、Ｐ、Ｖ都是状态函数. ∴ 它们的代数和Ｕ+ＰＶ也是状态函数.
３、体系能量的常见改变方式 ⑴ 由于温度不同而在体系与环境之间传递的能量－热Ｑ ⑵ 除了热以外各种被传递的能量－功Ｗ : 体积功、电功等
如： 甲
乙
路程不同，热、功不同。
热和功总是与状态的变化途径联系着的。 Ｗ、Ｑ不是状态函数，与变化的途径有关。
假设有一个封闭体系，内能状态为Ｕ1。给这个体系 加热Q，同时环境对体系作功W，结果这个体系过渡到 一个新的内能状态U2：
热力学体系分为三种： 1、敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，
又有能量交换。
2、封闭体系：体系与环境之间没有物质交换， 只有能量交换。
3、孤立体系：体系与环境之间既没有物质交换， 也没有能量交换。
热 水
广口瓶
物质交换 能量交换
广口瓶+塞子 能量交换 only
瓶+塞子+真空套 没有物质交换 没有能量交换
第3章 化学热力学基础
Chemistry-Thermodynamics
物质变化：A + B C + D
化学反应 能量变化 热量的放出 做功与否
热是最常见的能量形式之一；
功也是常见的能量形式之一，·····机械能。 研究热能和机械能之间转化规律的学科—热力学
如: 蒸汽机；电 池。
研究化学反应中的热力学——化学热力学。
例如: 体系运动的动能； 体系在外力场中的势能。
2、热力学体系内部的能量－内能（U）
①体系内物质分子往复运动;②旋转运动之动能; ③体系内各质点互相吸引和排斥的能量; ④分子内的能量; ⑤原子核内的能量.
内能既然是一种能量，它的变化服从能量守恒. 内能是体系自身的性质, 只决定于其现实的状态. 内能是状态函数。绝对值不能确定。U=? 但内能的相对值可以确定。 U2 U1=
例1、如果往能量为U1的体系输入600焦耳的热能， 体系对环境做了450焦耳的功。求体系的能量变化 和终态能量U2。
解：由题意得知： Ｑ = 600J W = －450J
∴△U = Q + W = 600 – 450 = 150J
∵△U = U2 – U1
Ｕ2 = U1 + △U
∴ Ｕ2 = U1 + 150J
敞开体系
（Open system）
封闭体系
（Closed system）
孤立体系
（Isolated system）
二、体系的性质和状态函数
1、体系的宏观性质
常见物理量：体积Ｖ, 压强Ｐ, 温度Ｔ, 密度ρ
等用来描述体系的热力学状态。
当体系处于一定状态时，这些性质都具有一定 的数值。体系的这些性质彼此之间是相互关联的。
Ｕ2= U1 + △U
U是状态函数。殊途同归，值变相等。
态函数 State Function
Q、W 不是态函数, 数值与变化途径有关.
二、焓 (H)
热力学上的功可分为体积功与非体积功两类。
设一封闭体系在变化中只做体积功, 不做非体积功:
则 △U = Q + We
（3-1）
如果体系的变化是恒压过程, 即P2=P1=P外, 则:
令 Ｈ = Ｕ+ PV
（3-3）
Ｈ称之为焓
焓H与V、U一样，也是体系的性质，在一定状态 下每一物质都有其特定的焓。 焓的绝对值不能确定.
恒压条件下，当体系的状态改变时，根据焓的定 义，焓变为：
△H = H2H1=(U2+P2V2)(U1+P1V1) （3-4）
比较(3-4)和(3-2)： QP = (U2+P2V2) – (U1+P1V1) 得：
则根据热力学第一定律：
Ｕ2 = U1 + Q + W
U2 U1 = Q + W
△U = Q + W
（3-1）
体系从初始状态变化到最终状态时，内能的增 量等于体系所吸收的热与环境对体系所做的功之和.
符号规定
△U = Q + W
△U﹥0，表示内能增加。 △U﹤0，表示内能减少。
体系吸热， Q﹥0 体系放热，Q﹤0 环境对体系做功，W﹥0 体系对环境做功， W﹤0 例题。
对于途径①： 殊途同归, 值变相等.
对于途径②：
△P=P2-P1=2-1 = 1atm △V=V2-V1=1-2 = － 1m3
△P=(10-1)+(2-10) = 1atm △V=(0.2-2)+(1-0.2) = －1m3
P、V 是状态函数.
3-2 热力学第一定律
一、能量守恒定律
19世纪中叶，大量的生产实践证明： 1、自然界的一切物质都具有能量，能量有各种 不同的形式，能够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，在转化、传递中 能量的总数量保持不变。
例2、和上题相同的体系。开始于能量状态U1， 设体系输出100J的热能，环境对体系做250J的功. 求体系的能量变化和终态能量U2。
解：由题意得知Ｑ = – 100J ； W = 250J ∴△U = Q + W = – 100 + 250 = 150J
∵ △U = U2 – U1 ∴ Ｕ2 = U1 + 150J
△H = QP
（3-2） （3-5）
对于封闭体系，在恒压和只做体积功条件下 变化时，所吸收的热量全部用来增加体系的焓.
恒压下的热量变化等于焓变。
△H = QP
如反应的△H为正值，表示体系从环境吸收热能：
△H﹥0，吸热反应。
无论273K -加--热- 300K 冷-却--- 373K
都是300K的水！
当体系的状态改变时，状态函数的改变量只取 决于体系的始态和终态, 而与变化的途径无关.
——状态函数的特性. T是状态函数
例：①
Ｐ=1atm V=2m3
②
Байду номын сангаас加压
加压
Ｐ=10atm V=0.2m3
Ｐ=2atm V=1m3
减压
如理想气体: PV = nRT 只需指定其中的几个，其余的就随之而定。 即这些性质只有几个是独立的。
例：液态纯水。 已知P、T V、ρ
2、当体系处于一定状态时，体系的性质只取决于 它现在所处的状态而与其过去的历史无关。 具有这种性质的物理量——状态函数。 如 P、V、T 等 例：一杯水，温度为300K。