物理化学第一章化学热力学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 化学热力学基础,第一节 热力学第一定律,第一章 化学热力学基础第一节 热力学第一定律,一、热力学基本概念,二、理想气体状态方程,三、热力学第一定律,第一节 热力学第一定律,一、热力学基本概念第一节 热力学第一定律,1.,系统和环境,2.,状态和状态函数,3.,过程和途径,一、热力学基本概念,1. 系统和环境一、热力学基本概念,1.,系统和环境,系统（,System,）,在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种,被划定的研究对象称为体系,，亦称为,物系或体系,。,环境（,surroundings,）,系统以外并与系统又相互作用的部分称为环境。,1. 系统和环境系统（System） 在科学研究时必须先,物理化学第一章化学热力学课件,系统和环境的关系：,1.,系统和环境,（1）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,。,系统和环境的关系：1. 系统和环境（1）敞开系统（open,系统和环境的关系：,1.,系统和环境,（,2,）封闭系统（,closed system）,系统与环境之间无,物质交换,，但有,能量交换,。,系统和环境的关系：1. 系统和环境（2）封闭系统（close,系统和环境的关系：,1.,系统和环境,（,3,）孤立系统（,isolated system）,系统与环境之间无,物质交换,，又无,能量交换,。,系统和环境的关系：1. 系统和环境（3）孤立系统（ isol,物理化学第一章化学热力学课件,（,1,）状态：,系统的状态是系统的各种物理性质和化学性质的综合表现。,（,2,）状态函数：,系统状态的性质。,状态函数的变化仅取决于系统的始态和终态，与所经历的过程无关。,2.,状态和状态函数,（1）状态：2. 状态和状态函数,简单,热力学系统,一般具有以下状态函数,：,简单热力学系统一般具有以下状态函数：,P V =n R T,P,：压强（,Pa,）,V,：体积（,m,3,）,n,：物质的量（,mol,）,R,：热力学常数,T,：温度（,K,）,理想气体状态方程,P V =n R T理想气体状态方程,3.,过程和途径,（,1,）过程：系统从某一状态变为另一状态称为系统经历了热力学过程，简称为过程。,等温过程：,T,不变,等压过程：,P,不变,等容过程：,V,不变,（,2,）途径：由同一始态到同一终态的不同方式称不同途径。（殊,途,同归）,3. 过程和途径（1）过程：系统从某一状态变为另一状态称为系,U = Q + W,其中：,U,：内能（,J,）,Q,：热（,J,）,W,：功（,J,）,三、热力学第一定律,能量守恒,U = Q + W三、热力学第一定律 能,1.,内能,内能定义：系统内部的能量。,符号：,U,内能的变化：,U = U,B,-U,A,内能是状态函数：,任意系统在状态一定时，系统内部的能量是定值。,1. 内能内能定义：系统内部的能量。,热和功是系统和环境间能量传递的形式：,2.,热和功,热（,Q,）：系统与环境的温度不同而在系统环境之间所传递的能量。,功（,W,）：除热以外，其他一切被传递的能量。,热和功是系统和环境间能量传递的形式：2. 热和功热（Q）：系,热力学规定：,系统吸热,:,Q,0;,系统放热,:,Q,0,。,系统对环境做功：,W 0,热和,功都不是状态函数,，,U,是状态函数。,热力学规定：,物理化学第一章化学热力学课件,练习,1.,某系统对环境做了,10540J,的功，同时吸收了,27110J,的热，问系统的内能变化了多少？,2.,某系统从环境中接受了,160J,的功，内能增加了,200J,，问系统将吸收或是放出多少热？,练习1. 某系统对环境做了10540J的功，同时吸收了271,有一封闭系统从状态1变化经,a,到状态2，又从状态2经过,b,回到状态1，如果已知1-a-2过程吸收热量为10kJ；2-b-1过程放出热量9kJ，并且环境对系统所做功为8kJ，那么1-a-2过程的做功为( )。,A8kJ,B7kJ,C9kJ,D6kJ,有一封闭系统从状态1变化经a到状态2，又从状态2经过b回到状,对一定质量的理想气体，下列四种状态变化中，哪些是可能实现的（）,A.,增大压强时，温度增大，体积减小,B.,升高温度时，压强增大，体积减小,C.,降低温度时，压强增大，体积不变,D.,降低温度时，压强减小，体积增大,对一定质量的理想气体，下列四种状态变化中，哪些是可能实现的（,恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时内能将,( ),，压强将（ ）,(A),降低,(B),增加,(C),不变,(D),增加、减少不能确定,B,B,恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时内能将 ( ) ，,第一章 化学热力学基础,第二节 焓、熵、,G,第一章 化学热力学基础第二节 焓、熵、G,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,鸡腿堡,441,千卡,墨西哥鸡肉卷,1,个：,600,千卡,34,克脂肪,香辣鸡翅膀,6,个：,471,千卡,33,克脂肪,上校鸡块,3,个：,340,千卡,16,克脂肪,薯条,(,小,),：,205,千卡,苹果派：,260,千卡,奶昔：,360,千卡,9,克脂肪,蛋塔：,290,千卡,13,克脂肪,鸡腿堡 441千卡,每日所需基本热量,每日所需基本热量,一、焓,反应热,一、焓反应热,Q,p,=,H,式的物理意义是：,在等温、等压、不做其他功条件下，一封闭系统所吸收的热，全部用来增加系统的焓。,或说，,等压热效应与反应的焓,变,数值,相等,。,Q,p,不是状态函数,，而,H,是状态函数的变化,，,只有在,等温、等压、不做其他功的条件,下，,二者才相等,。,通常用,H,代表,Q,p,（恒压反应热）。,Qp = H 式的物理意义是：,反应热：,在等温非体积功为零的条件下，封闭系统中发生某化学反应，系统与环境之间所交换的热量称为该化学反应的热效应，亦称为反应热。,热化学方程式：,表示化学反应及其反应热关系的化学反应方程式 。,r,H,m,y,：,称为反应的标准摩尔焓变,(,等压反应热）,r,：化学反应（,reaction,）,m,：反应进度（,1,摩尔反应）,y,：标准状态,2H,2,(g) + O,2,= 2H,2,O(g),r,H,m,，,298,= - 483.6 kJ,mol,-1,y,反应热：在等温非体积功为零的条件下，封闭系统中发生某化学,s,：固态、,l,：液态、,g,：气态、,aq,：水溶液,书写热化学方程式的注意问题：,（,1,）应注明反应时的温度和压力条件。,（,2,）聚集状态不同时，,r,H,m,不同。,y,2H,2,(g) + O,2,= 2H,2,O(g),r,H,m,，,298,= - 483.6 kJ,mol,-1,y,2H,2,(g) + O,2,= 2H,2,O(l),r,H,m,，,298,= - 571.66 kJ,mol,-1,y,s：固态、l：液态、g：气态、aq：水溶液书写热化学方程式的,反应热的计算,:,等容反应热：,Q,V,=,r,U,等压反应热：,Q,p,=,r,H,反应热的计算:等容反应热：Q V = r U 等压反应热,始态（反应物）,终态（产物）,中间态,反应热的计算,1:,始态（反应物）终态（产物）中间态反应热的计算1:,r,H,m,=,f,H,m,（,产物,）,-,f,H,m,（,反应物,）,f,H,m,：,在标准状态下，由,稳定单质,生成,1mol,物质,B,时的焓变称为物质,B,的,标准摩尔生成焓,，简称为标准生成焓，,记为,f,H,m,。,反应热的计算,2:,y,y,r Hm = f Hm （产物）- f Hm （反应物,y,y,y,y,y,y,yyyyyy,c,H,m,：,1mol,标准态的某物质,B,完全燃烧（完全氧化）生成标准态的,指定稳定产物,时的等压热效应称为该物质,B,的,标准摩尔燃烧热，,用,c,H,m,表示，,单位：,kJ/mol,，,c,：表示燃烧。,指定稳定产物：,C,CO,2,(g,），,H ,H,2,O(,l,),，,S SO,2,(g,），,N N,2,（,g,），,X HX,（,g,）,反应热的计算,3:,反应热的计算3:,例：醋酸杆菌把乙醇先氧化成乙醛，然后再氧化成乙酸，试计算,298K,和标准压力下分步氧化的反应热。已知,298K,时下列各物质的,c,H,m,( kJ,mol,-1,）为：,C,2,H,5,OH (l) CH,3,CHO (g) CH,3,COOH (l),-1 366.75 -1 192.4 -871.5,解：,C,2,H,5,OH (l) + O,2,(g) = CH,3,CHO (g) +H,2,O (l),CH,3,CHO (g) + O,2,(g) = CH,3,COOH (l),y,例：醋酸杆菌把乙醇先氧化成乙醛，然后再氧化成乙酸，试计算,物理化学第一章化学热力学课件,二、熵,体系在一定条件下都具有一定的混乱度，热力学用“熵”来代表体系的,混乱度（无序度）,，其符号为,S,，单位：,J,K,-1,。,系统的混乱度愈大，有序性越低，熵愈大。,熵是状态函数,，,广度性质,。,熵的变化只与始态、终态有关，而与途径无关。,1.,熵,(entropy),二、熵体系在一定条件下都具有一定的混乱度，热力学用“熵”来代,影响系统熵值的主要因素有,S,(,混合物,),S,(,纯净物,),同一物质：,S,(,高温,),S,(,低温,),，,S,(,低压,),S,(,高压,),，,S,(g),S,(l),S,(s),。,相同条件下的不同物质：,分子结构越复杂，熵值越大。,影响系统熵值的主要因素有S (混合物) S (纯净物),例 利用,298K,时的标准摩尔熵，计算下列反应在,298 K,时的标准摩尔熵变。,C,6,H,12,O,6,(s) + 6O,2,(g) 6CO,2,(g) + 6H,2,O (l),解：,r,S,m,= 6,S,m,(CO,2,，,g) +6,S,m,(H,2,O,，,l),-,S,m,(C,6,H,12,O,6,，,s)-6,S,m,(O,2,，,g),= (6213.6 + 670.0-212.1-6205.2) JK,-1,mol,-1,= 258.3 JK,-1,mol,-1,归纳：反应前后气体的物质的量不变，但由固体变为液体，所以熵值增加,。,例 利用298K时的标准摩尔熵，计算下列反应在298 K,r,G,m,T,= ,r,H,m,T,-,T,r,S,m,T,三、,G,反应方向,三、G反应方向,吉布斯能减少原理：,自发变化总是朝吉布斯能减少的方向进行。,等温等压，且非体积功为零的条件下，化学反应方向的判据为：,G,0,，,正向,反应自发进行；,G = 0,，化学反应达到,平衡,；,G,0,，,逆向,反应自发进行。,三、,G,反应方向,吉布斯能减少原理：三、G反应方向,自发过程：在一定条件下不需外力作用而能自动进行的过程，称为自发过程。,自发过程的特点：,1.,单向性 一切自发变化都有一定的变化方向，且不会自动逆向进行。（,G,减少）,2.,具有做功的能力。,3.,自发过程总是趋向平衡状态，有一定限度。,自发过程,自发过程：在一定条件下不需外力作用而能自动进行的过程，称为自,热力学第二定律：,自发过程总是单方向地向平衡状态进行，在进行过程中可以做功，平衡状态就是该条件下自发过程的极限。,热力学第三定律：,温度为,0 K,时，任何纯物质的完整晶体的熵值为,0,。,熵增加原理：,孤立系统中，化学反应方向为熵增加的方向。,热力学第二定律：,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,理解系统和环境的概念,掌握三种系统的特点,理解状态函数的特性，掌握常见的状态函数,热和功正负号的辨别,理想气体状态方程的应用,理解热力学第一定律，应用,U=Q+W,第一章考点梳理,理解系统和环境的概念第一章考点梳理,掌握计算,H,的,3,种方法,理解熵的概念，推断熵值的大小变化,掌握吉布斯自由能,G,的计算及其意义,第一章考点梳理,掌握计算H的3种方法第一章考点梳理,一封闭系统从,A,状态出发，经一循环过程后又回到,A,状态，则下列何者为零（ ）,A. Q B. W C. Q+W D. Q-W,系统的始、终态确定后，与过程进行的具体途径无关的值是（ ）,A. Q B. W C. Q+W D. Q-W,系统经一等压过程从环境吸热，则（ ）,A. Q,0 B.,H,0,C.,U,0 D. A,B,都对,练习,C,C,A,一封闭系统从A状态出发，经一循环过程后又回到A状态，则下列何,熵是混乱度,(,热力学微观状态数或热力学几率,),的量度，下列结论中不正确的是：,(A),同一种物质的,S(g)S(l)S(s),；,(B),同种物质温度越高熵值越大 ；,(C),分子内含原子数越多熵值越大 ；,(D) 0K,时任何纯物质的熵值都等于零 。,熵是混乱度(热力学微观状态数或热力学几率)的量度，下列结论中,有一个化学反应，在低温下可自发进行，随温度的升高，自发倾向降低，,这反应是：,(A) ,S, 0,，,H, 0,；,(B) ,S, 0,，,H, 0,；,(C) ,S, 0,；,(D) ,S, 0,，,H, 0,。,有一个化学反应，在低温下可自发进行，随温度的升高，自发倾向降,状态函数改变后，状态一定改变。（ ）,状态改变后，状态函数一定都改变。（ ）,系统的温度越高，向外传递的热量越多。（ ）,一个绝热的刚性容器一定是个孤立系统。（ ）,系统向外放热，则其热力学能必定减少。（ ）,孤立系统内发生的一切变化过程，其,U,必定为零。（ ）,系统经一循环过程对环境做,1kJ,的功，它必然从环境吸热,1kJ,。（ ）,夏天打开室内正在运行中的电冰箱门，若紧闭门窗（设门窗墙壁均不传热），可使室内温度降低。（ ）,状态函数改变后，状态一定改变。（ ）,若环境对系统做功,160kJ,，热力学能增加了,200kJ,，则系统吸收或是放出了多少热量？,如果某系统在膨胀过程中对环境做了,100kJ,的功，同时系统吸收了,260kJ,的热，则系统热力学能变化为多少？,热力学第一定律应用：,若环境对系统做功160kJ，热力学能增加了200kJ，则系统,发射火箭时利用,N,2,H,4,(,肼,),为燃料，,NO,2,作氧化剂,两者反应生成,N,2,(g),、,H,2,O (g),。已知,:,N,2,(g) +2O,2,(g)=2NO,2,(g),H,1,=67.2kJ/mol,N,2,H,4,(g)+O,2,(g)=N,2,(g)+2H,2,O(g),H,2,=-534kJ/mol,求：,(1),肼和二氧化氮反应的热化学方程式：,(2),此反应为什么适用于火箭推进？,H,计算方法一：,发射火箭时利用N2H4(肼)为燃料，NO2作氧化剂,两者反应,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,物理化学第一章化学热力学课件,