大学化学---刘克松---第一-.ppt

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1、大学化学-刘克松-第一-Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望热力学是研究热、和其它形式能量之间的转换关热力学是研究热、和其它形式能量之间的转换关系，它包含当体系变化时所引起的这些物理量的系，它包含当体系变化时所引起的这些物理量的变化。变化。广义地说，热力学是研究体系宏观性质变化之间广义地说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系。的关系。化学热力学的核心：（化学热力学的核心：（1）利用热力学第一定律来）利用热力学第一定律来计算变化中热效应；（计算变化中热

2、效应；（2）利用热力学第二定律来）利用热力学第二定律来解决变化的方向和限度问题以及相平衡和化学平衡解决变化的方向和限度问题以及相平衡和化学平衡中的有关问题；（中的有关问题；（3）利用热力学第三定律解决有）利用热力学第三定律解决有关化学平衡的计算问题。关化学平衡的计算问题。化学热力学是指把热力学中的基本原理用来研究化化学热力学是指把热力学中的基本原理用来研究化学现象以及和化学有关的物理现象。学现象以及和化学有关的物理现象。热力学第一定律：能量守恒定律，也可以表述为：热力学第一定律：能量守恒定律，也可以表述为：第一类永动机是不可能造成的。反映了能量守恒第一类永动机是不可能造成的。反映了能量守恒和转

3、换时应该遵从的关系。和转换时应该遵从的关系。热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。用熵的概念来表述热温物体而不引起其他变化。用熵的概念来表述热力学第二定律就是：在封闭系统中，热现象宏观力学第二定律就是：在封闭系统中，热现象宏观过程总是向着熵增加的方向进行，当熵到达最大过程总是向着熵增加的方向进行，当熵到达最大值时，系统到达平衡态。第二定律的数学表述是值时，系统到达平衡态。第二定律的数学表述是对过程方向性的简明表述。对过程方向性的简明表述。热力学第三定律：用任何方法都不能使系统到达热力学第三定律：用任何方法都不能使系统到达绝对

4、零度。绝对零度。热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第三定律是热力学的基础，具有普适性。三定律是热力学的基础，具有普适性。1.1 反应热的测量反应热的测量系统：作为研究对象的那一系统：作为研究对象的那一部分物质和空间部分物质和空间。根据系统。根据系统与环境之间有无物质和能量与环境之间有无物质和能量的交换，系统可分为以下三的交换，系统可分为以下三类：敞开系统、封闭系统、类：敞开系统、封闭系统、孤立系统。孤立系统。环境：系统之外，与系统密环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和切联系的其它物质和 空间。空间。1.1.1 几个基本概念几个基本概念1 系

5、统（体系）与环境系统（体系）与环境a.敞开系统（敞开系统（open system）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。敞开系统敞开系统有物质和能量交换有物质和能量交换b.封闭系统（封闭系统（closed system）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换c.孤立系统又称为隔离系统（孤立系统又称为隔离系统（isolated system）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。隔离系统隔离系统无物质和能量交换无物质和能量交

6、换2 相相系统中具有相同的物理和化学性质的均匀部分称为相系统中具有相同的物理和化学性质的均匀部分称为相（所谓均匀是指其分散度达到分子或离子大小的数量级所谓均匀是指其分散度达到分子或离子大小的数量级）。）。系统按照相的组成可分为：系统按照相的组成可分为：单相（均匀）系统单相（均匀）系统多相（不均匀）系统多相（不均匀）系统 相与相之间有明确的界面。相与相之间有明确的界面。思考：思考：1)101.325kPa，273.15K(0 oC)下，下，H2O(l),H2O(g)和和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。同时共存时系统中的相数为多少。2)CaCO3(s)分解为分解为CaO(s)和和CO2(

7、g)并达到平衡的系统并达到平衡的系统中的相数。中的相数。3 状态与状态与状态函数状态函数1)）状态：状态就是系统一切性质的总和。有平衡和非平）状态：状态就是系统一切性质的总和。有平衡和非平衡态之分。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态之分。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或衡态。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。全部变化。2）状态函数）状态函数:用来描述系统状态的物理量。如：温度用来描述系统状态的物理量。如：温度T、压力、压力p、体积、体积V、质量、质量m、热力学内能、热力学内能U、焓、焓H、熵、熵S和和吉布斯函数吉布

8、斯函数G等。等。其中其中T、p、V、m为化学热力学为化学热力学四个可直接测量的基本量。四个可直接测量的基本量。3 状态与状态与状态函数状态函数3）始态：系统发生变化前的状态）始态：系统发生变化前的状态 终态：系统发生变化后的状态终态：系统发生变化后的状态4）状态函数的两个基本特征：）状态函数的两个基本特征：a.系统的状态确定后，它的每一个状态函数都有单系统的状态确定后，它的每一个状态函数都有单一的确定值，而不会有多个不等值（系统的宏观一的确定值，而不会有多个不等值（系统的宏观性质是状态的单值函数）。性质是状态的单值函数）。b.当系统的状态发生变化时，状态函数的变化值当系统的状态发生变化时，状态

9、函数的变化值只与变化过程的始态和终态有关，而与变化途径只与变化过程的始态和终态有关，而与变化途径无关。无关。3 状态与状态与状态函数状态函数以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力状态函数压力p和体积和体积V的变化量与途径无关。的变化量与途径无关。系统压力从系统压力从3p变为变为p4 广度性质和强度性质广度性质和强度性质状态函数按照其性质可分为两类：状态函数按照其性质可分为两类：广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。强度性质：其量值不具有加

10、和性，如温度、压力等。思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？出什么结论？推论：密度推论：密度(质量除以体积的量质量除以体积的量)是什么性质的物理量？是什么性质的物理量？力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。的物理量的商是一个强度性质的物理量。5 过程和途径过程和途径 系统状态发生任何的变化称为过程；系统状态发生任何的变化称为过程；实现一个

11、过程的具体步骤称为途径实现一个过程的具体步骤称为途径。思考：过程与途径的区别。思考：过程与途径的区别。（1）设想如果你要把）设想如果你要把20oC的水烧开，要完成的水烧开，要完成“水烧开水烧开”这个过程，你可以有多种具体的这个过程，你可以有多种具体的“途径途径”：如可以在水：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。（壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。（2）北京到上）北京到上海这个过程可以有什么途径？海这个过程可以有什么途径？5 过程和途径过程和途径一般情况下系统的理想过程分为以下四类：一般情况下系统的理想过程分为以下四类：a.等温过程：系统的状态变化是在等温条件下进行的。等温过程：系统

12、的状态变化是在等温条件下进行的。b.等压过程：系统的状态变化是在等压条件下进行的。等压过程：系统的状态变化是在等压条件下进行的。c.等容过程：系统的状态变化是在等容条件下进行。等容过程：系统的状态变化是在等容条件下进行。d.绝热过程：绝热过程：系统和环境之间没有热量交换系统和环境之间没有热量交换。可逆过程可逆过程：体系经过某一过程，由状态体系经过某一过程，由状态变到状态变到状态之后，若系统沿之后，若系统沿该过程的逆过程回到原来状态时，若原来过程对环境产生该过程的逆过程回到原来状态时，若原来过程对环境产生的一切影响同时被消除（即环境也同时被复原），这种理的一切影响同时被消除（即环境也同时被复原）

13、，这种理想化的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条想化的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。件下进行的过程。可逆过程可逆过程的特点：的特点：（1）可逆过程是以无限小的变化进行的，整个过）可逆过程是以无限小的变化进行的，整个过程是由一连串非常接近于平衡的状态所构成。程是由一连串非常接近于平衡的状态所构成。（2）在反向的过程中，用同样的手续，循着原来）在反向的过程中，用同样的手续，循着原来过程的逆过程，可以使体系和环境都完全恢复到原过程的逆过程，可以使体系和环境都完全恢复到原来的状态。来的状态。（3）可逆过程是一种理想的过程，是一种科学的）可逆过程是一种理想的过程，

14、是一种科学的抽象，客观世界中并不真正存在可逆过程，实际过抽象，客观世界中并不真正存在可逆过程，实际过程只能无限地趋近于它。程只能无限地趋近于它。化学反应：化学反应：6 化学计量数和反应进度化学计量数和反应进度化学计量数：化学式前面的系数。化学计量数：化学式前面的系数。反应物取负值，生成物取正值反应物取负值，生成物取正值 v(N2)=-1,v(H2)=-3,v(NH3)=2.-N2(g)-3H2(g)+2NH3=0化学反应：化学反应：化学计量数化学计量数v(N2)=-1/2,v(H2)=-3/2,v(NH3)=1.-1/2N2(g)-3/2H2(g)+NH3=0化学计量数与化学反应方程式的写法有

15、关！化学计量数与化学反应方程式的写法有关！6 化学计量数和反应进度化学计量数和反应进度 nB：物质：物质B的物质的量，的物质的量，vB为为B的化学计量数。的化学计量数。反应进度反应进度与与反应方程式的写法有关：反应方程式的写法有关：反应方程式写法不同，化学计量数反应方程式写法不同，化学计量数vB就不同，因就不同，因而而反应进度反应进度就不同。就不同。涉及反应进度时，必须指明化学反涉及反应进度时，必须指明化学反应方程式应方程式实例见课本实例见课本P11反应进度反应进度：描述化学反应的程度，：描述化学反应的程度，SI单位为单位为mol 当有当有1 mol N2与与3 mol H2反应生成反应生成2 mol NH3时，称反应进度为时，称反应进度为1 mol。反应进度为反应进度为1 mol是指：有是指：有0.5 mol N2与与1.5 mol H2反应生成反应生成1 mol NH3。化学反应：化学反应：或：或：6 化学计量数和反应进度化学计量数和反应进度 当反应从零开始按计量数完成当反应从零开始按计量数完成1单位反应时，即单位反应时，即反应进度反应进度1 mol，简称为摩尔反应。，简称为摩尔反应。课课 后后 要要 求求复习今天所学内容复习今天所学内容预习预习p12-p24内容内容