第二章 热化学

（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 实实在在的物理界面，也可以是 实实在在的 虚构假想的界面。 虚构假想的
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如：
环境
研究对象：空气
系统
环境
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研究对象：H2
系统
例如：已知一气体 物质的量 n = 1 mol 温度 T = 298.15 K 压力 p = 101.325 kPa 体积 V = 22.414 dm3 密度 ρ= ······
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状态 函数
用化学的术语说，该气体处于一定状态。 9
第二章
热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
1. 定义
定 压 过 程
定温过程
298 K，505 kPa ，
定 压 过 程
373 K，101 kPa ，
定温过程
373 K，505 kPa ，
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热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
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。
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状态函数性质 H2O（T1 = 298 K） （ ） ② H2O（T = 288 K） （ ） ① △T1 = T2 - T1 = 308 - 298 = 10 K
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①
H2O（T2 = 308 K） （ ）
② △T2 = ( T2 – T ) + ( T - T1 ) = 10 K
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§2.1 热力学的术语和基本概念
2. 分类
按照体系和环境之间的物质及能量的交
换关系，可以将系统分为三类： ： 物质交换 敞开体系 (open system) 封闭体系 (closed system) 孤立体系 （isolated system）
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能量交换 有 有 无
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水溶液：aq
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§2.1 热力学的术语和基本概念
4. 反应进度 —— 反应进行的程度
（1） 定义 ）
nB (ξ ) = nB (0 ) + B ξ ν
ξ=
nB (ξ ) − nB (0 )
ν B
=
∆nB
ν B
ξ>0 ，单位：mol； nB(ξ)：反应进度为ξ时B物质的物质的量；
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§2.1 热力学的术语和基本概念
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。
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§2.1 热力学的术语和基本概念
2.1.5 化学反应计量式和反应进度
1. 化学反应计量式
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 研究的对象人为 研究的对象 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 系统，而系统之外 系统 又与系统有关的部分称为环境 环境。 环境
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§2.1 热力学的术语和基本概念
1. 定义
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∆nB =ν B
时的反应称作 1 mol
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热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
（4）优越性 ）
N2 + 3H2 →2NH3
1 2
Q = -92.22 kJ Q = -46.11 kJ
N2 +
3 2
H2 → NH3
1 mol反应 表示消耗 1 mol N2，3 mol H2， 生成 2 mol NH3。 1 mol反应 表示消耗 0.5 mol N2，1.5 mol H2，生成 1 mol NH3。
3. 规定
Q>0
Q：kJ 或 J ： 吸热 热 放热 Q<0
W：kJ 或 J ： W>0
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得功
功
失功
W<0
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例：圆筒内装有理想气体，其截面积为 A， 圆筒内装有理想气体， ， 圆桶上有活塞， 圆桶上有活塞，外压为 p，有一热源使气体膨胀， ，有一热源使气体膨胀， 把活塞推出∆L，问系统对外作功多少？ 把活塞推出 ，问系统对外作功多少？
＼广度（容量）性质：与“物质的量” 广度（容量）性质： 广度
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§2.1 热力学的术语和基本概念
小结：常见的状态函数
฀ ฀ 广度性质： V、n、U、H、S、G…… 强度性质： p、T、ρ（密度）、电 导率、粘度……
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§2.1 热力学的术语和基本概念
2.1.3 过程与途径 （Process and Path） ）
第二章 热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念 §2.2 热力学第一定律 §2.3 化学反应的反应热 §2.4 Hess定律 定律
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§2.5 反应热的求算
1
研究化学反应必须研究的 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 化学反应中能量是如何转化的? 2. 该反应能否自发进行? 该反应能否自发进行 3. 实现这种转化需多少时间 实现这种转化需多少时间? 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？ 大限度地转化为生成物？
2010-12-6 B
n (0)：反应未开始时B物质的物质的量。
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§2.1 热力学的术语和基本概念
（2） 反应进度变化 ）
∆ ξ = ξ 2 − ξ1 = ξ 2 − 0 = ξ =
有一反应
∆ nB
νB
0.0 2.0 2.0
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N2(g) + 3H2(g)→ 2NH3(g) 10.0 7.0 -3.0
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V2 n2 T2
VT nT TT
“体积”属广度性质；（具加和性） 广度性质；（具加和性） 广度性质；（具加和性 “物质的量” 也是广度性质。 广度性质。 广度性质 “温度”是强度性质。 强度性质。 强度性质
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但：T1 = T2 = TT
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§2.1 热力学的术语和基本概念
− 1.0 ∆ξ (N 2 ) = = 1.0 mol −1
− 3.0 ∆ξ (H 2 ) = = 1.0 mol −3
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Байду номын сангаас
∆nB
ν B
2.0 ∆ξ (NH 3 ) = = 1.0 mol 2
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§2.1 热力学的术语和基本概念
（3） 1 mol 反应 ）
当反应进度（变化）等于 1 mol 时的 反应称作 1 mol 反应。 或 反应。 或各反应物按化学计量数数值进行了 一次反应，称作 1 mol反应。
例2：密度ρ 277 K，1 mol H2O（l）密度ρ= 1 g·cm-3 277 K，5 mol H2O（l）密度ρ= 1 g·cm-3 可见， ρ与“物质的量”无关，是“强度性 质”。 ⁄强度性质：与“物质的量” 无关 ， 强度性质： 强度性质 状态函数 不具加和性 有关，具加和性 具加和性
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t=0： n1(B)/mol 3.0 t=t´：n2(B)/mol 2.0 ∆n(B)/mol
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-1.0
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§2.1 热力学的术语和基本概念
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
∆ξ = ξ 2 − ξ1 = ξ 2 − 0 = ξ =
有 无 无
如：
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
系统
绝热
HCl Zn
HCl Zn
HCl Zn
敞开系统
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封闭系统
孤立系统
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•热力学上研究的，多是封闭体系。 热力学上研究的，多是封闭体系。 热力学上研究的 封闭体系
第二章
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§2.1 热力学的术语和基本概念
2.1.2 状态与状态函数（State and State Function） ）
过程：系统从一个状态（始态）变成另一个状态 （终态），就发生了一个过程。 “过程”的分类： 1. 可分为等温过程、等压过程、等容过程、绝热 过程、循环过程…… 2. 还分为自发过程和非自发过程。 途径：系统状态变化所经历的具体步骤。
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不同途径的示意图
298 K，101 kPa ，
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第二章 热化学
§2.2 热力学第一定律
解：
- W = F × ∆L F ，所以 F = pA 因为 p = A
1. 定义
（1）热（Q） ） ） 系统与环境之间由于温差而传递的 能量。 （2）功（W） ） ） 除热以外，其它一切能量的传递形式。 功的类型很多， 功的类型很多，本章只考虑体积功
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第二章 热化学
§2.2 热力学第一定律
2. 性质
当系统的始态、终态确定后，热和功的数值 还会随途径的改变而改变，均不是状态函数。
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ν(N2) = -1，ν(H2) = -3，ν(NH3) = 2
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§2.1 热力学的术语和基本概念
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 ）根据实验事实， 物的化学式； 物的化学式； （2）反应前后原子的种类和数量保持不变； ）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。 ）标明物质的聚集状态。 气 体：g 液 体：l 固 体：s
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§2.1 热力学的术语和基本概念
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。
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0 = ∑ BB ν
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
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§2.1 热力学的术语和基本概念
2. 化学计量数
(Stoichiometric Number of Chemical Reaction)
规定： 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： 例如： N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 遵循质量守恒定律 0 = -1N2 - 3H2 + 2NH3
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离开化学方程式谈反应进度是毫无意义的 29
§2.2 热力学第一定律
(First Law of Thermodynamics)
2.2.1 热和功 2.2.2 热力学能 2.2.3 热力学第一定律
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第二章 热化学
§2.2 热力学第一定律
2.2.1 热和功（Heat and Work） ）
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§2.1 热力学的术语和基本概念
2.1.1 系统与环境 2.1.2 状态与状态函数 2.1.3 过程与途径 2.1.4 相 2.1.5 化学反应计量式和反应进度 化学反应计量式和反应进度
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第二章
热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
2.1.1 系统与环境（System and Surrounding） ）
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第二章
热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
广度（容量） 广度（容量）性质和强度性质
例1：气体体积 pV = nRT (理想气体，恒定T、p) 22.4 dm3 O2(g) + 44.8 dm3 O2(g) → 67.2 dm3 O2(g) V1 n1 T1 VT = ∑ Vi nT = ∑ ni
（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。
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热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
2. 性质
；（单值性 （1）状态一定，状态函数值一定；（单值性） ）状态一定，状态函数值一定；（单值性） （2）状态函数与过去的状态无关； ）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 ）状态变化，状态函数值变化， 变更只与始末态有关， 函数值的变更只与始末态有关 函数值的变更只与始末态有关，而 与变化的途径无关。 与变化的途径无关。
(Stoichiometric Equation of Chemical Reaction)
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。
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第二章
热化学
§2.1 热力学的术语和基本概念
任一反应： aA + bB → cC + dD 遵循质量守恒定律：0 = -aA – bB + cC + dD 或简写