第二章化学反应的能量和方向 教学要点: 1.了解U、H、S、G四个热力学函数的意义及相互关系。 2.理解系统、环境、状态、状态函数、定容热、定压热 等概念, 3.理解热力学第一定律和盖斯定律,掌握有关的计算。 4.掌握有关热力学函数的计算,根据热力学函数进行反 应自发性的判断。 5.掌握吉布斯一亥姆霍兹方程及其应用
教学要点： 第二章 化学反应的能量和方向 1.了解 U、H、S、G 四个热力学函数的意义及相互关系。 2.理解系统、环境、状态、状态函数、定容热、定压热 等概念。 3.理解热力学第一定律和盖斯定律，掌握有关的计算。 5.掌握吉布斯一亥姆霍兹方程及其应用。 4. 掌握有关热力学函数的计算，根据热力学函数进行反 应自发性的判断
化学热力学: 应用热力学的基本原理研究化学反应的能量转化规律 主要解决化学反应中的三个问题: ①化学反应中能量的转化 ②化学反应的方向性 ③反应进行的程度
化学热力学： 应用热力学的基本原理研究化学反应的能量转化规律。 主要解决化学反应中的三个问题： ① 化学反应中能量的转化 ② 化学反应的方向性 ③ 反应进行的程度
§2-1热力学基础知识 系统与环境 系统:被人为地划分出来作为研究对象的那部分物质或空 间称为系统(或体系) 环境:系统之外但又与系统有关系的部分叫做环境。 按照系统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: (1)敞开系统既有能量交换,又有物质交换; (2)封闭系统有能量交换,无物质交换: (3)孤立系统既无物质交换,又无能量交换
§2-1 热力学基础知识 一、系统与环境 系统:被人为地划分出来作为研究对象的那部分物质或空 间称为系统(或体系)。 环境:系统之外但又与系统有关系的部分叫做环境。 按照系统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： （1） 敞开系统 既有能量交换，又有物质交换； （2） 封闭系统 有能量交换，无物质交换； （ 3）孤立系统 既无物质交换，又无能量交换
状态和状态函数 状态由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的 体系的一种存在形式,称为体系的状态。 状态函数确定体系状态的物理量,称为状态函数 例如某理想气体体系 n=2mol,p=1.013×105Pa,V=44.8dm3,T=273K 这就是一种状态。是由n、p、V、T所确定下来的体系的 种存在形式。 因而n、p、V、T都是体系的状态函数
二、状态和状态函数 状态 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的 体系的一种存在形式，称为体系的状态。 状态函数 确定体系状态的物理量，称为状态函数。 例如某理想气体体系 n = 2 mol， p = 1.013 10 5 Pa， V = 44.8 dm 3 ，T = 273 K 这就是一种状态。是由 n、p、V、T 所确定下来的体系的一 种存在形式 。 因而 n、p、V、T 都是体系的状态函数
状态与状态函数的关系: 状态一定,则体系的状态函数一定。体系的一个或 几个状态函数发生了变化,则体系的状态发生变化 状态函数的特性: 状态函数的改变量只取决于体系的始态与终态,而与 变化途径无关 例如,温度的改变量用△T表示,则△T=T终一T始
状态一定，则体系的状态函数一定。体系的一个或 几个状态函数发生了变化，则体系的状态发生变化。 状态与状态函数的关系： 状态函数的改变量只取决于体系的始态与终态,而与 变化途径无关。 状态函数的特性: 例如，温度的改变量用 T 表示，则 T = T终 － T始
三、过程和途径 过程体系的状态发生变化,从始态到终态,则称体 系经历了一个热力学过程,简称过程 若体系在恒温条件下发生了状态变化,我们说体系的 变化为“恒温过程”;同样理解“恒压过程”,“恒容 过程”。若体系变化时与环境之间无热量交换,则称之 为“绝热过程”。 途径状态变化所经历的具体步骤称为途径
三、过程和途径 过程 体系的状态发生变化，从始态到终态，则称体 系经历了一个热力学过程，简称过程。 若体系在恒温条件下发生了状态变化，我们说体系的 变化为 “恒温过程”；同样理解 “恒压过程”，“恒容 过程”。若体系变化时与环境之间无热量交换，则称之 为“绝热过程 ”。 途径 状态变化所经历的具体步骤称为途径
四、热和功 热(Q) 体系与环境之间由于存在温差而传递的能量.热不是状态函数 体系吸热:Q>0 SURROUNDINGS 体系放热:Q0 q0 <0 p(V1-V2) Work Peax△D 体积功以外的所有其它形式的功
体系与环境之间由于存在温差而传递的能量. 热不是状态函数 体系吸热: Q >0 体系放热: Q 0 体积功： ( ) p V p V V p A l W F l ex ex ex ex = − = − − = − = − 1 2 非体积功:体积功以外的所有其它形式的功 功 ( W )
五、热力学能 热力学能(U):体系内所有微观粒子的全部能量之和,旧称内能,U是 状态函数,热力学能变化只与始态、终态有关,与变化途径无关 至今尚无法直接测定,只能测定到△U 热力学第一定律 热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律 x
热力学能 (U): 体系内所有微观粒子的全部能量之和，旧称内能， U是 状态函数，热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关. 至今尚无法直接测定，只能测定到 U. U 2 −U1 = U 五、 热力学能 U = Q +W 对于封闭体系热力学第一定律为： U2 =U1 + Q +W U 2 −U1 = Q + W 2 Q U1 ⎯⎯⎯→U 吸 热 得功W 热力学第一定律 热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律
六、过程的热 1.定容热 对于只作体积功的定容过程,AV=0,故W=-p△V=0 则有 △U=Q、+W=Q 即 △U=Q 可见,对于只作体积功的定容过程,定容热等于系统内能的改变 当△U>0时,Q>0,是吸热反应, AU<0时,Q<0,是放热反应
六、过程的热 1. 定容热 对于只作体积功的定容过程, V = 0 ， 故 W = - p V = 0 则有 U = Qv + W = Qv 即 U = Qv 可见，对于只作体积功的定容过程, 定容热等于系统内能的改变。 当 U > 0 时，Qv > 0，是吸热反应， U < 0 时，Qv < 0，是放热反应
2.定压热 对于只作体积功的定压过程,△p=0, 则有 AU=Q+W=Qp- pAV=Q-A(pv) 所以 Q=AU+△(pV) QD=(U2-U1)+(p2V2-p1V1) =(U2+p2V2)-(U1+p1V1) 则 p=△(U+pV) U,p,V都是状态函数,所以U+pV也是一个状态函数
2. 定压热 对于只作体积功的定压过程, p = 0， 则有 U = Qp + W = Qp－ p V = Qp － ( pV ) 所以 Qp = U + ( pV ) Qp = ( U2 －U1 ) + ( p2V2 － p1V1 ) = ( U2 + p2V2 ) － ( U1 + p1V1 ) 则 Qp = ( U + pV ) U，p，V 都是状态函数，所以 U + pV 也是一个状态函数