大学化学---刘克松---第(1)

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第一章热化学与能源学习要求：了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解定压热效应与反应焓变的关系、定容热效应与热力学能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩尔焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。\n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变化。广义地说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系。化学热力学的核心：（1）利用热力学第一定律来计算变化中热效应；（2）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中的有关问题；（3）利用热力学第三定律解决有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学现象以及和化学有关的物理现象。\n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绝对零度。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。\n1.1反应热的测量系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。根据系统与环境之间有无物质和能量的交换，系统可分为以下三类：敞开系统、封闭系统、孤立系统。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。1.1.1几个基本概念1系统（体系）与环境\na.敞开系统（opensystem）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。敞开系统有物质和能量交换\nb.封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。封闭系统只有能量交换\nc.孤立系统又称为隔离系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。隔离系统无物质和能量交换\n2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）。系统按照相的组成可分为：单相（均匀）系统多相（不均匀）系统相与相之间有明确的界面。思考：1)101.325kPa，273.15K(0oC)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。2)CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数。\n3状态与状态函数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全部变化。2）状态函数:用来描述系统状态的物理量。如：温度T、压力p、体积V、质量m、热力学内能U、焓H、熵S和吉布斯函数G等。其中T、p、V、m为化学热力学四个可直接测量的基本量。\n3状态与状态函数3）始态：系统发生变化前的状态终态：系统发生变化后的状态4）状态函数的两个基本特征：a.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，状态函数的变化值只与变化过程的始态和终态有关，而与变化途径无关。\n3状态与状态函数以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。系统压力从3pº变为pº\n4广度性质和强度性质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。强度性质：其量值不具有加和性，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(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？推论：密度(质量除以体积的量)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的物理量的商是一个强度性质的物理量。\n5过程和途径系统状态发生任何的变化称为过程；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。（1）设想如果你要把20oC的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。（2）北京到上海这个过程可以有什么途径？\n5过程和途径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。b.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。d.绝热过程：系统和环境之间没有热量交换。可逆过程：体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ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的一切影响同时被消除（即环境也同时被复原），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件下进行的过程。\n可逆过程的特点：（1）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。（2）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来的状态。（3）可逆过程是一种理想的过程，是一种科学的抽象，客观世界中并不真正存在可逆过程，实际过程只能无限地趋近于它。\n化学反应：6化学计量数和反应进度化学计量数：化学式前面的系数。反应物取负值，生成物取正值v(N2)=-1,v(H2)=-3,v(NH3)=2.-N2(g)-3H2(g)+2NH3=0化学反应：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关！\n6化学计量数和反应进度nB：物质B的物质的量，vB为B的化学计量数。反应进度ξ与反应方程式的写法有关：反应方程式写法不同，化学计量数vB就不同，因而反应进度ξ就不同。涉及反应进度时，必须指明化学反应方程式实例见课本P11反应进度ξ：描述化学反应的程度，SI单位为mol\n当有1molN2与3molH2反应生成2molNH3时，称反应进度为1mol。反应进度为1mol是指：有0.5molN2与1.5molH2反应生成1molNH3。化学反应：或：6化学计量数和反应进度当反应从零开始按计量数完成1单位反应时，即反应进度ξ＝1mol，简称为摩尔反应。\n课后要求复习今天所学内容预习p12-p24内容