桂林电子科技大学：《无机化学》课程电子教案（PPT教学课件）第五章 化学热力学初步

第五章化学热力学初步 5.1热力学第一定律 ■5.2热化学 ■5.3化学反应方向

第五章 化学热力学初步 ◼ 5.1 热力学第一定律 ◼ 5.2 热化学 ◼ 5.3 化学反应方向

5.1热力学第一定律 体系与环境 环 体系 境 能量交换 物质交换 敞开体系 有 有 封闭体系 有 无 孤立体系 无 无 无机化学

无机化学 5.1 热力学第一定律 体系与环境 能量交换 物质交换 敞开体系 有 有 封闭体系 有 无 孤立体系 无 无 环 体系 境

一、化学热力学的常用术语1 ■状态和状态函数： 状态由一些物理量来确定，如气体的状态由P、V、 T、n等来确定。 决定体系状态的物理量称为状态函数。P、V、T、 n等均是状态函数。 ■途径和过程： 状态发生变化的经过称过程。 完成这个过程的具体步骤称途径。 等温过程：反应前后温度不变（△T=0) 等压过程：反应前后压力不变（△P=0) 等容过程：反应前后体积不变（△V=0) 绝热过程：反应中体系与环境无热量交换（Q=O) 无机化

无机化学 一、化学热力学的常用术语1 ◼ 状态和状态函数： 状态由一些物理量来确定，如气体的状态由P、V、 T、n 等来确定。 决定体系状态的物理量称为 状态函数。 P、V、T、 n 等均是状态函数。 ◼ 途径和过程： 状态发生变化的经过 称过程。 完成这个过程的具体步骤称途径。 等温过程：反应前后温度不变 （ T = 0） 等压过程：反应前后压力不变 （ P = 0） 等容过程：反应前后体积不变 （ V = 0） 绝热过程：反应中体系与环境无热量交换 （ Q = 0）

化学热力学的常用术语2 热和功（没有过程就没有热和功） 体系与环境之间因温度不同而交换或传递的能量称为热 (Q)。 Q>0,体系吸收热量 QO,体系对环境做功 W<O,环境对体系做功 内能：体系内部储存的总能量称为内能(U)。U为状态函 数。体系内能的绝对值至今尚无法知道。 无机化学

无机化学 化学热力学的常用术语2 ◼ 热和功（没有过程就没有热和功） 体系与环境之间因温度不同而交换或传递的能量称为热 （Q)。 Q>0, 体系吸收热量 Q0, 体系对环境做功 W<0, 环境对体系做功 ◼ 内能：体系内部储存的总能量称为内能(U)。U 为状态函 数。体系内能的绝对值至今尚无法知道

二二、热力学第一定律 △U=Q-W(封闭体系) △U:体系内能的改变； Q:体系吸的热： W:体系对环境所做的功，可以是机械功、电功、 体积膨胀功等。 无机化学

无机化学 二、热力学第一定律 U = Q – W (封闭体系） U： 体系内能的改变； Q：体系吸的热； W: 体系对环境所做的功，可以是机械功、电功、 体积膨胀功等

5.2 热化学 反应热的测量 搅拌器 湛度让 加热器 1) 恒压热效应Qp 如图所示的保温杯式量热计可用于测 定中和热、溶解热等溶液反映的热效 应。（大气压下测定） Q放=Q吸 Qp=Q溶液十Q标 设：c为溶液的比热；V为反应后溶液的 总体积；p为溶液的密度；，C叫做量热 计常数，它代表量热计各部件热容量 之总和，即量热计每升高1°C所需的 热量。又设溶液温升为 △t=终-始°C, 保通杯式量热计 则： Qp=cVp△t+CAt 无机化学

无机化学 5.2 热化学 1） 恒压热效应 Qp 如图所示的保温杯式量热计可用于测 定中和热、溶解热等溶液反映的热效 应。(大气压下测定) Q放 = Q吸 Qp = Q溶液+ Q杯 设：c 为溶液的比热；V 为反应后溶液的 总体积；为溶液的密度；C 叫做量热 计常数，它代表量热计各部件热容量 之总和，即量热计每升高1 °C所需的 热量。又设溶液温升为 t = t终 – t始 °C， 则： Qp= c V  t + C t 一、 反应热的测量

2)1 恒容热效应Qy 如图所示的弹式量热计可用于 弹式量热计 测定燃烧热。 Q放=Q吸 Qv=Q水+Q弹 设：水浴中水量为mg)水 的比热是4.18·g 1·9 1, 温升为△t。C,则： Q水=4.18×m×△t Q弹=CX△t C是量热计常数，可由标准物 质（如苯甲酸)进行标定。 绝热外套 钢弹（氧弹） 无机化学

无机化学 2） 恒容热效应 Qv 如图所示的弹式量热计可用于 测定燃烧热。 Q放 = Q吸 Qv = Q水+ Q弹 设：水浴中水量为 m (g), 水 的比热是4.18 J ·g-1 ·°C-1 , 温升为 t °C，则： Q水=4.18 × m × t Q弹= C × t C 是量热计常数，可由标准物 质（如苯甲酸）进行标定。 绝热外套 钢弹（氧弹） 弹式量热计

二、焓(H)与焓变（△H)(Enthalpy) 在恒压条件下，只做体积功时，W=P△V, 则有： AU=Qp-PAV 或 Qp=△U+P△V =(U2U1)+PV2V) =(U2+PV2)-(U1+PV1) 定义：H=U+PV(焓的定义) 得：Qp=H2-H1=△H 即：△H=Qp(在数值上) (封闭体系、等压过程、只做体积功) 无机化学

无机化学 二、 焓(H)与焓变(H) (Enthalpy) ◼ 在恒压条件下，只做体积功时，W = P V， 则有： U = Qp – P V 或 Qp = U + P V = (U2 –U1) + P(V2 –V1) = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) ◼ 定义：H  U + PV （焓的定义） 得：Qp = H2 – H1 = H 即：H = Qp （在数值上） （封闭体系、等压过程、只做体积功）

焓与焓变 ■△H,H为状态函数。 △H反映了化学反应的热效应。 △H为广度量（容量性质），即与物质的量有关系的量。 (强度量：与物质的量无关系的量，无加合性。如温度) ■在恒容条件下，△V=0,体系不做体积功（也不 做其它功)，即W=O, 此时，热力学第一定律可表示为： △U=Qy 在此条件下，体系吸收的热量，只用于改变内能。 无机化学

无机化学 焓与焓变 ◼ H，H 为状态函数。 H 反映了化学反应的热效应。 H 为广度量（容量性质）,即与物质的量有关系的量。 （强度量：与物质的量无关系的量，无加合性。如温度） ◼ 在恒容条件下， V = 0, 体系不做体积功（也不 做其它功）, 即 W = 0， 此时，热力学第一定律可表示为： U = QV 在此条件下，体系吸收的热量，只用于改变内能

三、利用焓变计算内能改变量 ■在101.3kPa和100°C条件下，反应： H2(g)+02(g)=H20(g) 的△H=-241.8kJ/mol,求△U. ■解：△U=△H-P△V 恒温、恒压过程，PAV=△ngRT △ng为产物和反应物气体的量之差。 △U=AH-△ngRT =-241.8-[(1-1.5)×8.31×10-3×373] =-241.8-(-1.50)=-240(kJ/mol) ■可以看出，△n。RT项相对于△H项数值小得多，一般来 说可以用△H来近似估算AU。(Qp≈Qv) 无机化学

无机化学 三、利用焓变计算内能改变量 ◼ 在101.3 kPa 和100 °C 条件下，反应： H2(g) + O2(g) = H2O(g) 的 H = -241.8 kJ/mol， 求U. ◼ 解：U = H – PV 恒温、恒压过程， PV = ng RT ng 为产物和反应物气体的量之差。 U = H – ng RT = -241.8 –[(1 –1.5)×8.31 ×10-3 ×373] = -241.8 – (-1.50) = -240 (kJ/mol) ◼ 可以看出， ng RT项相对于H 项数值小得多，一般来 说可以用H 来近似估算U。（Qp  Qv)