基础化学第4章教学课件.ppt
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1、基础化学第4章教学课件基础化学 第4章 化学热力学基础4.3热力学第二定律4.1化学热力学的基本概念4.2热力学第一定律和化学反应热效应4.4吉布斯函数 4.1 化学热力学的基本概念 系统和环境系统和环境 4.1.1(1)封闭系统(2)敞开系统(3)隔离系统 4.1 化学热力学的基本概念思 考 题 4-1 密闭容器中的化学反应系统属于何种类型的系统?为什么?容量性质、强度性质容量性质、强度性质 4.1.24.1 化学热力学的基本概念容量性质强度性质 凡其量值的大小与系统中所含物质的量有关的性质叫作容量性质,又称广度性质。容量性质具有加和性,如体积是容量性质。凡其量值的大小与系统中所含物质的量无
2、关的性质叫作强度性质。强度性质不具有加和性,如温度是强度性质,因为温度的高低与系统所含物质的量没有关系。状态和状态函数状态和状态函数 4.1.3 (1)系统状态的微小变化所引起状态函数X的变化用全微分dX表示。(2)系统状态函数的变化值只取决于系统的始态和末态,与变化的具体途径无关,如系统由始态1变化到末态2所引起压力的变化 p=p2-p1。214.1 化学热力学的基本概念 热力学平衡态热力学平衡态 4.1.44.1 化学热力学的基本概念(1)系统内部处于热平衡,即系统有单一的温度。(2)系统内部处于力平衡,即系统有单一的压力。(3)系统内部处于相平衡,即系统内宏观上没有任何一种物质从一个相转
3、移到另一个相。(4)系统内部处于化学平衡,即宏观上系统内的化学反应已经停止。过程和途径过程和途径 4.1.5 当系统的状态确定之后,系统的性质就不再随时间的变化而改变。系统的性质只要有一个在随着时间的变化而发生改变,就叫作发生着“过程”。过程前的状态称为始态,过程后的状态称为终态。系统由始态到终态所经历的过程总和被称为途径。热力学对状态与过程的描述常用方块图法。方块表示状态,箭头表示过程。图4-1 水的加热过程示意图4.1 化学热力学的基本概念 热、功和可逆过程热、功和可逆过程 4.1.6热热1.4.1 化学热力学的基本概念 系统与环境之间交换的能量有两种形式,即热和功。系统与环境之间由于温度
4、的存在而引起能量的传递,这种能量传递的形式称为热,以热的形式传递能量带有一定的方向性,即热能自动地从高温物体传递到低温物体。热不是状态函数,不具有全微分性质。功功2.功是系统与环境之间的另一种能量传递形式。功的符号是W,单位为J。化学热力学中涉及的功可以分为两类:体积功和非体积功。体积功如图4-2所示 一般来说,只要系统中有气相存在,系统的体积发生明显的变化时才计算体积功。功不是状态函数,同一始、末态,若途径不同时,功的值也不同图4-2 体积功示意图4.1 化学热力学的基本概念 可逆过程可逆过程3.(1)状态变化时体系内外的强度性质只相差一个无穷小量,系统与环境始终无限接近于平衡态。(2)过程
5、中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达。(3)若变化按原过程的逆方向进行,系统和环境均可恢复原状,而且不留痕迹,变化过程中无任何耗散效应。(4)可逆过程中,系统对环境做最大功,环境对系统做最小功。4.1 化学热力学的基本概念 热力学能热力学能 4.1.74.1 化学热力学的基本概念 系统内所有微观粒子的全部能量之和即为系统的热力学能,用符号U表示,单位为J或kJ。热力学能是状态函数。热力学能的绝对值无法确定,但可以计算其变化量。(1)根据实验事实,正确写出反应物和产物的化学式。(2)反应前后原子的种类和数量保持不变,即满足原子守恒;如果是离子方程式,还要满足电荷守恒。(3)要标明物质的聚
6、集状态,g表示气态,l表示液态,s表示固态,aq表示水溶液只有在不会引起误解或混淆的情况下才可以省略。化学反应计量式和反应进度化学反应计量式和反应进度 4.1.8化学计量数及化学反应计量式化学计量数及化学反应计量式1.4.1 化学热力学的基本概念 反应进度反应进度2.为了表示物质变化的进程,引入了反应进度的概念。对于反应0=BB,反应进度的定义式为 式中 nB反应组分B的物质的量,mol;BB物质在该化学反应方程式中的化学计量数,量纲为1;反应进度,mol。B4.1 化学热力学的基本概念 4.2 热力学第一定律和化学反应热效应 热力学第一定律热力学第一定律 4.2.1 能量守恒与转化定律应用于
7、热力学领域内就称为热力学第一定律,即在任何过程中能量既不能创造,也不能消失,能量只能从一种形式转化为另一种形式,而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。例4-1 某系统由始态1变至终态2共吸热300kJ,对外做功100kJ,试计算该系统热力学能的变化量U。解:根据题意可得Q=300kJ,W=100kJ。由热力学第一定律U=Q-W可得 U=Q-W=300100=200kJ4.2 热力学第一定律和化学反应热效应 化学反应热效应化学反应热效应 4.2.2焓及焓变焓及焓变1.4.2 热力学第一定律和化学反应热效应 在一定条件下(通常是指系统处于恒容或恒压状态且不做非体积功),化学反应过程中吸收或
8、放出的热量称为反应的热效应,也称反应热。根据化学反应过程的条件的不同,反应热可分为恒容反应热和恒压反应热。4.2 热力学第一定律和化学反应热效应思 考 题 4-2 内能的变化量U与恒容热效应,焓变H与恒压热效应之间有什么样的关系?热容热容2.(1 1)恒容)恒容摩尔热容摩尔热容(2 2)恒压)恒压摩尔热容摩尔热容4.2 热力学第一定律和化学反应热效应 4.2 热力学第一定律和化学反应热效应思 考 题4-3 在下列反应或过程中,Qp与QV有区别吗?NH4HS(s)273.15 K NH3(g)+H2S(g)H2(g)+Cl2(g)273.15 K 2HCl(g)CO2(g)195.15 K CO
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