甘肃农业大学 教案 章节 第三章化学热力学基础（第一讲) 教学 1 掌握体系与环境，状态与状态函数，过程与途径及其相关的基本知识。 2 理解状态函数的特征和类型。 目的 3正确理解热和功，体积功的意义及其表示方法。 与要 4准确把握过程量的含义及其与状态函数变化的区别。 求 5通过热力学基本概念的学习，培养学生分析问题解决问题的能力。 3.1热力学基本概念 3.2热化学 教学 3.2.1热力学第一定律 内容 3.2.2化学反应热 1.定容反应热与热力学能 2.定压反应热与焓 重点、 重点：热力学第一定律及其应用、状态函数性质在具体反应过程中的应用 难点 难点：定容反应热与热力学能、定压反应热与焓 分析 教学设计 调控对策 1.介绍化学热力学的主要内容和所解决的三大化学热点问题，引起学生的 学习兴趣： 2.介绍基本术语，解释基本概念： 3.利用能量守恒原理引入热力学第一定律： 举例 4.通过吸热（放热）反应引入反应热的概念： 5.将化学热力学研究中的基本条件引入热力学第一定律，从而顺利引入焓 详细推导并 和焓变，得到焓变与等压热、热力学能变化与等容热的关系： 说明 6,通过焓变与热力学能变关系的讨论，向学生介绍利用化学反应方程式计 算反应过程体积功的方法： 7.课堂中始终强调热力学状态函数△H、△U取决于始终态，而与途径无关： 8.小结，布置作业。 课后补遗 21
甘肃农业大学 教案 21 章 节 第三章 化学热力学基础（第一讲） 教学 目的 与要 求 1 掌握体系与环境，状态与状态函数，过程与途径及其相关的基本知识。 2 理解状态函数的特征和类型。 3 正确理解热和功，体积功的意义及其表示方法。 4 准确把握过程量的含义及其与状态函数变化的区别。 5 通过热力学基本概念的学习，培养学生分析问题解决问题的能力。 教学 内容 3.1 热力学基本概念 3.2 热化学 3.2.1 热力学第一定律 3.2.2 化学反应热 1.定容反应热与热力学能 2.定压反应热与焓 重点、 难点 分析 重点：热力学第一定律及其应用、状态函数性质在具体反应过程中的应用 难点：定容反应热与热力学能、定压反应热与焓 教学设计 调控对策 1.介绍化学热力学的主要内容和所解决的三大化学热点问题，引起学生的 学习兴趣； 2.介绍基本术语，解释基本概念； 3.利用能量守恒原理引入热力学第一定律； 4.通过吸热（放热）反应引入反应热的概念； 5.将化学热力学研究中的基本条件引入热力学第一定律，从而顺利引入焓 和焓变，得到焓变与等压热、热力学能变化与等容热的关系； 6.通过焓变与热力学能变关系的讨论，向学生介绍利用化学反应方程式计 算反应过程体积功的方法； 7.课堂中始终强调热力学状态函数△H、△U 取决于始终态，而与途径无关； 8.小结，布置作业。 举例 详细推导并 说明 课后补遗
甘肃农业大学 教案 教学过程 批注 导入方法(5~8分钟) 自然界的变化有物理变化和化学变化，其总是伴随有能量的变化。将热力学的原理 和方法用来研究化学反应中的能量变化，就是化学热力学。导入后同时介绍热力学研究 问题的特点。然后引起所要讲的第一节内容。 二内容(80分钟) 第三章化学热力学基础 3.1基本概念 一一板书标题 3.1.1系统和环境 (1)系统敞开体系、关闭体系、孤立体系 举例说明 (2)环境 3.1.2状态和状态函数 (1)状态 (2)状态函数 (3)状态函数的特征 一一板书 (4)体系的性质 一一板书 3.1.3过程和途径 2.2.1过程分为：等压过程、等温过程、等容过程、绝热过程、循环过程等。 2.2.2途径 3.1.4功和热 一一板书 3.1功 化学热力学中功分为体积功（膨胀功）和非体积功（非膨胀功）。体积功是体积发生变 一一板书 化所作的功，包括有膨胀和压缩。使用功的概念时需要注意： 一一强调注意 ①是状态函数：②功是过程量，相同的始终态分段越多所作的功也越大：③体系作 事项 功为正，接受功为负：④体积功是指克服的力。 一一举例说明 结论：说明功不是状态函数，与过程有关，过程越细所作的功越大。 一一板书 3.1.5热力学能 一板书 热力学能也叫内能，是体系内各种形式的能量的总和，用符号U表示，具有能量 一一强调注意 单位。体系的内能包括体系中物质的分子平动、转动和振动的能量、分子间相互作用的 一一详略根据 势能、电子运动能和核能等。任何体系在一定状态下内能是一定的，因而内能是状态函 时间来定 数。由于体系内部质点的运动和相互作用异常复杂，体系内能的绝对值尚无法确定，但 这并不影响内能的应用，热力学中往往是通过体系状态变化过程中体系与环境交换的热 和功的量来确定内能的改变量△U来解决实际问题。 注意：热不是状态函数，总是与过程相联系的：体系吸热为正，放热为负。 3.2热化学 3.2.1热力学第一定律 能量守恒定律 “在任何过程中，能量是不会自生自灭的，只能从一种形式转化为另一种形式，在 转换过程中能量的总和不变”。这个规律是人类长期实践经验的总结，称之为能量守恒定 律，能量守恒定律在热力学体系中的应用就叫热力学第一定律。 热力学第一定律的数学式 假设有一封闭体系，从始态（内能为）变化到终态（内能为U2),在状态变化的过 程中，体系从环境吸热为Q,对环境作的功为W,根据能量守恒定律，则应有下列关系： 22
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 22 一 导入方法（5～8 分钟） 自然界的变化有物理变化和化学变化，其总是伴随有能量的变化。将热力学的原理 和方法用来研究化学反应中的能量变化，就是化学热力学。导入后同时介绍热力学研究 问题的特点。然后引起所要讲的第一节内容。 二 内容（80 分钟） 第三章 化学热力学基础 3.1 基本概念 3.1.1 系统和环境 （1）系统 敞开体系、关闭体系、孤立体系 （2） 环境 3.1.2 状态和状态函数 （1）状态 （2）状态函数 （3）状态函数的特征 （4） 体系的性质 3.1.3 过程和途径 2．2．1 过程分为：等压过程、等温过程、等容过程、绝热过程、循环过程等。 2．2．2 途径 3.1.4 功和热 3．1 功 化学热力学中功分为体积功（膨胀功）和非体积功（非膨胀功）。体积功是体积发生变 化所作的功，包括有膨胀和压缩。使用功的概念时需要注意： ① 是状态函数；②功是过程量，相同的始终态分段越多所作的功也越大；③体系作 功为正，接受功为负；④体积功是指克服的力。 结论：说明功不是状态函数，与过程有关，过程越细所作的功越大。 3.1.5 热力学能 热力学能也叫内能，是体系内各种形式的能量的总和，用符号 U 表示，具有能量 单位。体系的内能包括体系中物质的分子平动、转动和振动的能量、分子间相互作用的 势能、电子运动能和核能等。任何体系在一定状态下内能是一定的，因而内能是状态函 数。由于体系内部质点的运动和相互作用异常复杂，体系内能的绝对值尚无法确定，但 这并不影响内能的应用，热力学中往往是通过体系状态变化过程中体系与环境交换的热 和功的量来确定内能的改变量ΔU 来解决实际问题。 注意：热不是状态函数，总是与过程相联系的；体系吸热为正，放热为负。 3.2 热化学 3.2.1 热力学第一定律 能量守恒定律 “在任何过程中，能量是不会自生自灭的，只能从一种形式转化为另一种形式，在 转换过程中能量的总和不变”。这个规律是人类长期实践经验的总结，称之为能量守恒定 律，能量守恒定律在热力学体系中的应用就叫热力学第一定律。 热力学第一定律的数学式 假设有—封闭体系，从始态(内能为 U1)变化到终态(内能为 U2)，在状态变化的过 程中，体系从环境吸热为 Q，对环境作的功为 W，根据能量守恒定律，则应有下列关系： ――板书标题 举例说明 ――板书 ――板书 ――板书 ――板书 ― ― 强调 注 意 事项 ――举例说明 ――板书 ――板书 ――强调注意 ― ― 详略 根 据 时间来定
甘肃农业大学 教案 教学 过程 批注 U2=U+O+W U-U=O+W 在上式中，U2一U等于体系由始态变化到终态时内能的改变值△U。于是有 △U=Q+W 以上为热力学第一定律的数学表达式。 3.2.2化学反应热 定义 3.2.2.1定容反应热与热力学能 在等容过程中， △=0，W=0 Q=△U,Q,为恒容反应热 表示一封闭体系在不做有用功（其它功）的等容过程中，体系所吸收的热在数值上等于 该体系内能的改变量。 3.2.2.2定压反应热与热力学能 封闭体系只作体积功的等压过程，即W=O,p1=p2=Pc, 根据热力学第一定律，则 △U=Q-W=Q-p△V 等压热Qp=△U-p△=(U2-U)一P:(-V1) =(U+p22)-(U+p1) Q表示等压过程所传递的热，叫做等压热效应，下标“p”表示等压过程。八、p、 V都是体系的状态函数，它们的组合(U+V)也一定是体系的状态函数，为此热力学上 将(U+p)定义为一个新的状态函数，称为焓，用H表示。 H=U+pV Qp=h-H=△H 因目前还不能测定出体系内能U的绝对值，所以也不能确定焓的绝对值，焓具有能 量的单位。 当封闭体系在不做其它功的等压过程中，体系所吸收的热在数值上等于该体系焓的改变 量。因此，人们通常用△H表示等压过程的熔化热、气化热、反应热。规定：当化学反 应的△H>O,表示等压条件下体系从环境吸热，此类反应为吸热反应。当化学反应的△ <0,表示等压条件下体系向环境放热，此类反应为放热反应。 3.22.3Q与Qv的关系。如果一化学反应在反应前后物质的量有变化，特别是在有 气体物质参加的情况下，反应热的大小与反应是在等压下进行或是等容下进行有关。 △H=h-H=(U+p22)-(U+p1V1) 在等压下此式可以写成 △H=U2-U,+p(W-V) =△U+p△V 当反应物和产物都处于固态和液态时，反应的△V值很小，p△V≈0，所以 △H≈△U,Qp≈Qv 当反应体系中有气体出现，△V值往往较大，假如把反应体系中气体看作是理想气 体 则 △H=△U+△n(g)RT 23
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 23 U2= U1+ Q+W U2－U1=Q+W 在上式中，U2－U1 等于体系由始态变化到终态时内能的改变值ΔU。于是有 ΔU= Q +W 以上为热力学第一定律的数学表达式。 3.2.2 化学反应热 定义 3.2.2.1 定容反应热与热力学能 在等容过程中， △V=0，W=0 Qv=△U，QV 为恒容反应热 表示一封闭体系在不做有用功（其它功）的等容过程中，体系所吸收的热在数值上等于 该体系内能的改变量。 3.2.2.2 定压反应热与热力学能 封闭体系只作体积功的等压过程，即 Wˊ =0，p 1= p 2= pe， 根据热力学第一定律，则 ΔU= Q－W= Q－peΔV 等压热 QP=ΔU－peΔV=（U2－U1）－ pe（V2－V1） =（U2 + p2 V2）－（U1+ p 1 V1） QP 表示等压过程所传递的热，叫做等压热效应，下标“p”表示等压过程。U、p、 V 都是体系的状态函数，它们的组合（U+pV）也一定是体系的状态函数，为此热力学上 将（U + pV）定义为一个新的状态函数，称为焓，用 H 表示。 H = U+ pV QP = H2－H1=ΔH 因目前还不能测定出体系内能 U 的绝对值，所以也不能确定焓的绝对值，焓具有能 量的单位。 当封闭体系在不做其它功的等压过程中，体系所吸收的热在数值上等于该体系焓的改变 量。因此，人们通常用ΔH 表示等压过程的熔化热、气化热、反应热。规定：当化学反 应的ΔH >0，表示等压条件下体系从环境吸热，此类反应为吸热反应。当化学反应的Δ H<0，表示等压条件下体系向环境放热，此类反应为放热反应。 3.2.2.3 QP 与 QV 的关系。 如果一化学反应在反应前后物质的量有变化，特别是在有 气体物质参加的情况下，反应热的大小与反应是在等压下进行或是等容下进行有关。 ΔH = H2－H1 =（U2 + p2 V2）－（U1 + p 1 V1） 在等压下此式可以写成 U p V H U U p V V = Δ + Δ Δ = + ( ) 2－ 1 2－ 1 当反应物和产物都处于固态和液态时，反应的 V 值很小，p V ≈0，所以 ΔH ≈ΔU ， QP ≈QV 当反应体系中有气体出现，△V 值往往较大，假如把反应体系中气体看作是理想气 体 则 ΔH =ΔU +Δn (g) RT
甘肃农业大学 教案 教学 过程 批注 式中△n(g)是反应前后气体的物质的量之差。一个反应的Qp与Qr的关系可写作 Qp=Qy+△n(g)RT 当反应进度ξ=1mol时，则有 Qp,m=Qy,m+△v(g)RT △Hnm=A,Um+Av(g)RT 三小结 四布置作业 品
甘肃农业大学 教案 教 学 过 程 批 注 24 式中Δn (g)是反应前后气体的物质的量之差。一个反应的 QP 与 QV 的关系可写作 QP＝QV + Δn (g)RT 当反应进度 ξ =1mol 时，则有 QP，m = QV，m + Δν(g) RT rHm = rUm + Δν(g) RT 三 小结 四 布置作业