3 化学反应中的能量变化（课件）- 《无机化学》同步教学（清华大学版）

第3章 化学反应的能量变化 本章主要内容 3.1 基本概念和术语 3.2 热力学能和热力学第一定律 3.4 化学反应的反应热 3.5 化学反应热的理论计算 系统 系统以外与系统有关的部分 注意 系统与环境之间要有边界 （体系） —— 研究的对象 环境 —— （具体或假想） 如： Zn(s) + H2SO4(稀) = ZnSO4 + H2(g) 反应容器 密闭： 非密闭： 边界是具体的 边界是假想的 系统 环境 + 宇宙 3.1.1 系统、环境和过程 3.1 基本概念和术语 逸出液面 扩散到空气中 系统 敞开系统： 封闭系统： （密闭系统） 孤立系统： 系统 系统 系统 环境 环境 环境 无E交换 有E交换 有E交换 有M交换 无M交换 无M交换 例： （隔离系统） 敞开系统 封闭系统 孤立系统 热水 过程 系统发 生的一 切变化 恒温过程： T(始) = T(终) = T(环) 恒压过程： p(始) = p(终) = p(环) 恒容过程： dV(系)=0 循环过程： 系统各种性质的变化均为零 绝热过程：  T=0的过程  p=0的过程  V=0的过程 经过变化又回到始态， 系统与环境无热量交换的过程 完成某一过程的具体步骤 途径—— 3.1.2 系统的状态和状态函数 状态： 状态函数： 例：100 kPa，60℃的水： 系统的物理性质和化学性质的综合表现 宏观物理量 系统此时处于60℃ T、p、V、 U、H、S、G 特征 ①状态一定，值一定； ②状态改变， 值改变； 变化值取决于始、终态， 与途径无关。 ③循环过程，变化值为零。 （表示系统当时所处状态） 描述或规定系统状态的这些性质或宏 观物理量 3.1.3 广度性质和强度性质 与物质的量有关的性质 与物质的量无关的性质 广度性质(容量性质)： 强度性质 ： 两个广度性质之比 一个强度性质 n V = c(B) 具有加和性； V、n、U 不具有加和性； T、P、c(B) 3.1.4 热和功 规定： 系统吸热 系统放热 以温差传递的能量 热—— 环境 系统 系统 环境 除热以外，系统与环境间以其他形式 传递的能量 规定： 系统 环境 功（W＞0） 功（W＜0） 功—— （W） （ ） ＞0 ＜0 热力学中： 功 （用W′表示） CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g) 系统对环境做了体积功，W＜0 体积功 （膨胀功）： W = - p·  V 非体积功 （有用功）： 如电功、表面功 ②单位：焦（J）或千焦（kJ） 注意 ① 、W 不是状态函数，与过程有关 100kPa、指定温度： 标准状态与标准状况的区别 273.15K g 溶液为理想溶液，且c = 1mol·dm-3 ； 液体、固体为稳定的纯物质。 指定温度 g、l、s 联系： 气体为理想气体， 分压p = 100kPa ； 压力均为p 注意 3.1.5 标准状态“ ” 3.1.6 化学计量数和反应进度 — 物质B的化学计量数 用通式表示： 整理： 0 = gG + dD – aA – cC B — 反应物和生成物 反应物（-） 生成物（+） 1.化学反应计量式和化学计量数 aA + cC = gG + dD 单位是mol 2. 反应进度 当Bi的物质的量从反应进度为0时的nB(0)变为反应进度为 时的nB( )时，反应进度的定义为： 的数值可以是正整数、正分数、也可以是零 同一化学反应， 与化学反应的书写形式有关 与选用何种物质的量的变化进行计算没有关系 终态n / mol 1 2 4 例如： N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 始态n / mol 3 8 0 反应的始终态不变，则： 反应进度必须对应于 具体的化学反应计量式 3.2 热力学能和热力学第一定律 热力学能是系统内部能量的总和，又称内能， 用符号U表示。 ◆ U包括系统内部各种物质分子的平动能、转动能、振动能、电子运动和原子核内的能量以及系统内部分子与分子间的相互作用的位能等。 ◆不包括系统整体运动时的动能和系统整体处于 外力场中具有的势能 ◆ U是状态函数， (决定始、终态， 与途径无关) U =U2 – U1 注意 ◆恒容条件、 只做体积功： U = V=0， 热力学第一定律表达式： 热力学第一定律： 能量守恒定律 物理意义： 过程中内能的增量(变化)等于系统所吸收的热量 与环境对系统所做功的代数和 孤立系统的内能无变化 吸收的热等于系统内能的增