《无机化学》课程教学资源（课件讲稿）第五章 化学反应的能量和方向（化学反应中的能量关系——热力学第一定律 first law of thermodynamics）

热力学第一定律(first law of thermodynamics)孤立体系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，但总能量不变也可表述为：封闭体系热力学能的变化等于体系吸收的热与从环境所得到的功之和。吸热Q数学表达式：U1得功W封闭U,=U,+Q +W△U=Q+W体系U2- Ui=Q+ W

热力学第一定律（first law of thermodynamics) 孤立体系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，但总能量不变。 也可表述为：封闭体系热力学能的变化等于体 系吸收的热与从环境所得到的功之和。 数学表达式： 吸热 Q 得功 W U2= U1+ Q + W U2 - U1= Q + W . ΔU = Q + W 封闭 体系

「例11某过程中体系从环境吸收热量100J，对环境作体积功20，求过程中体系热力学能和环境热力学能的改变量？解：由热力学第一定律：△U=Q+W由题： Q=100J, W=一20J△U体系=Q+W=100-20= 80 (J)环境热力学能改变量（减少）为一80J

解： 由热力学第一定律： U = Q +W 由题：Q=100J，W=－20J U体系 = Q+ W =100 – 20 = 80（J） 环境热力学能改变量（减少）为－80J [例1]某过程中体系从环境吸收热量100J，对环境作体积 功20J,求过程中体系热力学能和环境热力学能的改变量？

例2|系统在某一状态变化（1)过程中吸收836J热：当系统以(2)过程恢复到原来状态时，放出418J热，对环境做功1.6J求在（1）状态变化过程中环境和系统之间作的功(1)解: △U, = U2- U,= Qi+ W1ⅡAU2 = U1 - U2= Q2+ W2(2)AU,=-△U2: Qi+ W=- (Q2+ W2)Wi= - Q1- Q2- W2= - 836 - (- 418) - (-1.6) = - 416 (J)

[例2]系统在某一状态变化(1)过程中吸收836J热; 当系统以 (2)过程恢复到原来状态时，放出418J热，对环境做功1.6J ，求在(1)状态变化过程中环境和系统之间作的功。 I II （1） （2） 解： ΔU1 = U2 - U1= Q1 + W1 ΔU2 = U1 - U2= Q2+ W2 ΔU1= -ΔU2 ∴ Q1+ W1= - (Q2+ W2 ) W1= - Q1 - Q2 - W2 = - 836 - ( - 418) - ( -1.6) = - 416（J）

[例3|压力101.33KPa，温度1110K时，1molCaCO分解从环境吸热178.3KJ，体积增大0.091m，求1molCaCO，分解后内能的变化？解：0W =-P外△V = -101.33×103×0.091= -9.22×103(J)Q=178.3KJAU=Q+W=178.3 - 9.22=169.1(KJ)

解： W = −P外 V = −101.33103 0.091= −9.2210（3 J） U = Q +W Q=178.3KJ =178.3－9.22=169.1(KJ) [例3]压力101.33KPa，温度1110K时，1molCaCO3分解从 环境吸热178.3KJ，体积增大0.091m3 ，求1mol CaCO3分 解后内能的变化？ ！

三、反应热(heatofchemical reaction)与烩(enthalpy)恒容热等于系统热1、反应热力学能的变化（1）含义：只做体积功(W=0)，反应前后温)司，体系吸收或放出的热称该反应的反应热。（2）分类：恒容反应热(Q)：△V=0, W,=0 , △U=Qv恒压反应热(Q,):P为定值，△U=Q,+We=Q,-p△Q与Q,的关系:Qp=△U +P△V=Q+P△V(3)Qp与Q之差即反应在恒压过程所做的体积功

三、反应热(heat of chemical reaction)与焓(enthalpy) 1、反应热 （1）含义：只做体积功(Wf=0)，反应前后温度相 同 , 体系吸收或放出的热称该反应的反应热。 （2）分类： 恒容反应热 (QV )： 恒压反应热(Qp )： V=0， Wf =0 ， U = QV P为定值，U = Qp + We= Qp – p V 恒容热等于系统热 力学能的变化 （3） QV与Qp的关系： QP = U + PV = QV + PV QP与QV之差即反应在恒压过程所做的体积功

无气体参加的反应W=-P外4V~ 0Qv~ Qp有气体参加的反应Q, = Qv + p外 △V= Q,+ △n(g) RT［例］1mol乙烯在290K完全燃烧，测得恒容反应热为一1390.2KJ/mol，求该反应的恒压反应热？解:C,H(g)+30,(g) →2H,O(I)+2CO,(g)1(2-4)×8.314×290Qp = Qv + △nRT =-1390.2 +1000= -1395.0(KJ / mol)

Qp = QV + p外 V = QV+ n(g) RT W = – p外  V  0 QV  Qp [例] 1mol乙烯在290K完全燃烧，测得恒容反应热为 －1390.2KJ/mol，求该反应的恒压反应热？ 解： 3 ( ) 2 ( ) 2 ( ) C2 H（4 g）+ O2 g → H2 O l + CO2 g 无气体参加的反应 有气体参加的反应 1395.0(KJ / mol) 1000 (2 4) 8.314 290 QP QV nRT 1390.2 = − −   = +  = − +

2. 饸 (H)和焰变(△H)Q,=AU+pAV（1）烩：由恒压反应热得 Q,=U,-U, +p△VQ, = U2- U, +(pV2-pV)Qp = (U, +pV2) - (U, +pV)U、P、V均为状态函数，且为能量定义烩H=U+pV(Enthlpy恰是状态函数，绝对值不可知，广度性质，单位KJ.moL-1

2. 焓 (H) 和焓变 (H) Qp = (U2 + pV2 ) – (U1 + pV1 ) 定义焓 H = U + pV （Enthlpy） Qp = U + pV Qp = U2 – U1 + pV Qp = U2 – U1 + (pV2 – pV1 ) （1）焓：由恒压反应热 焓是状态函数，绝对值不可知， 广度性质，单位KJ.moL-1 得 U、 P、V均为状态函数，且为能量

（2）烩变：△H-△U+△(PV)变与烩一样都是状态函数，只与始终态有关与过程无关。恒压过程：△H=△U+P△V=Qp对理想气体：△H=△U+P△V=△U+△nRT恒容过程星(△V=0): △H=△U=Q

（2）焓变： △H=△U+△(PV) 焓变与焓一样都是状态函数，只与始终态有关， 与过程无关。 恒压过程：△H=△U+P△V＝Qp 对理想气体：△H=△U+P△V=△U+△nRT 恒容过程（ △V ＝0）： △H=△U＝Qv

［例］2.00mol理想气体在350K和152KPa条件下经恒压冷却至体积为35.0L，此过程放出了1260J热，试计算：(1）起始体积(2）乡终态温度(3)体系做功(4)热力学能变化（5）烩变

2.00mol理想气体在350K和152KPa条件下， 经恒压冷却至体积为35.0L，此过程放出了 1260J热，试计算： （1）起始体积 （2）终态温度 （3）体系做功 （4）热力学能变化 （5）焓变 [例]

解：nRT2.00x8.314x350统一国际(1)V=单位制152×103p= 0.0383m2 = 38.3(L)152×103 ×35.0×10-3(2) T, = PV=320KnR2.0x8.314W = -p△V = -152×103 ×(35.0-38.3)×10-3(3)= 502(J)(4) △U =Q+W--1260+502=-758(J)1260J(5) △H =Q,=一

p nRT V 1 （ 1 ） 1 = nR pV 2 T 2 （ ） 2 = （ 3 ） W = − p  V （ 4 ）  U = Q + W H Q J （ 5 ）  = p = −1260 解： 3 152 10 2.00 8.314 350    = 0.0383 38.3 ( ) 3 = m = L 2.0 8.314 152 10 35.0 10 3 3     = − = 320 K 3 3 152 10 (35.0 38.3 ) 10 − = −   −  = 502 ( J ) = −1260 +502 = −758 ( J ) 统一国际 单位制