《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——热力学基本概念）

化学反应中的能量关系热力学研究能量转换过程中所遵循的规律化学热力学··应用热力学原理，研究化学反应过程中能量变化规律一、热力学基本概念1、体系(system)与环境(surroundings)体系：被研究的对象或空间，又称系统环境：体系以外与其密切相关的部分

化学反应中的能量关系 一、热力学基本概念 1、体系(system)与环境(surroundings) 体系 ：被研究的对象或空间，又称系统。 环境 : 体系以外与其密切相关的部分。 热力学 研究能量转换过程中所遵循的规律 化学热力学 应用热力学原理，研究化学反应过 程中能量变化规律

物质体系环境体系分类：能量物质+能量开体系（opensystem)：能量最常见封闭体系(closed system)：孤立体系（isolated system）Water vapor升HeatHeat-(a)(b)(c)

体系分类： 体系 环境 物质 能量 最常见 敞开体系 (open system): 封闭体系 (closed system): 孤立体系 (isolated system): 物质 + 能量 能量 ？

非聚集2、状态（state)）与状态函数（statefunction）状态状态：体系所有物理化学性质的综合表现状态函数：描述体系状态的物理量(p、V、n、T)（1）特征：a、状态一定，状态函数值一定b、状态函数的变化量只与系统的始态和终态有关，而与变化途径无关理想气体理想气体T-300KT-350K理想气体T-280KAT-350K-300K-50K

2、状态(state)与状态函数(state function) 状态: 体系所有物理化学性质的综合表现 状态函数: 描述体系状态的物理量（p、V、n、T ) （1）特征: a、状态一定，状态函数值一定 b、状态函数的变化量只与系统的始 态和终态有关，而与变化途径无关 理想气体 T=300K 理想气体 理想气体 T=350K T=280K △T=350K-300K=50K 非聚集 状态

C、体系各状态函数间相互联系、相互制约。d、同一状态下状态函数的组合仍为体系的状态函状态函数有特征，状态一定值一定殊途同归变化等，周而复始变化零。（2）分类：按其与体系中物质数量的关系分为两类容量（广度）性质：与物质的量成正比，具有加合性。如：V、m、n等强度性质：与物质的量无关，无加合性。如：温度、蒸气压、粘度、密度等

c、体系各状态函数间相互联系、相互制约。 d、同一状态下状态函数的组合仍为体系的状态函 数，但不同状态下状态函数的组合不能成为状 态函数。 如 ：△T=T2－T1，△T就不是状态函数。 （2）分类：按其与体系中物质数量的关系分为两类。 状态函数有特征，状态一定值一定， 殊途同归变化等，周而复始变化零。 如：V、m、n等 如：温度、蒸气压、粘度、密度等 与物质的量成正比，具有加合性。 与物质的量无关，无加合性。 容量（广度）性质： 强度性质：

3、过程(process)与途径(path）过程：系统状态发生的任何变化等温(isothermal)过程：T,=T,=T外等压(isobar)过程：Pi=P2=P外热力学过程等容(isovolume）过程：Vi=V2绝热（adiabatic)过程：Q=0循环（cyclic）过程BA途径：完成过程的具体步骤

3、过程(process)与途径(path) 过程：系统状态发生的任何变化 等温 (isothermal) 过程：T1= T2 = T外 等压 (isobar) 过程：p1= p2 = p外 等容 (isovolume) 过程： V1= V2 绝热 (adiabatic) 过程：Q = 0 循环 (cyclic) 过程 途径：完成过程的具体步骤 热力学过程 A B

恒温过程298 K, 101.3 kPa298K,506.5kPa途径(II)实恒压过程恒压过程际途径(II)过程(1)375 K, 101.3 kPa375 K, 506.5 kPa恒温过程

298 K，101.3 kPa 298K，506.5 kPa 375 K，101.3 kPa 375 K，506.5 kPa 恒温过程 途径(II) 恒 压 过 程 途 径 恒温过程 (I) 恒 压 过 程 (II) 实 际 过 (I) 程

4 、热(heat)和功(work)环境(1)热差而传递的能量称为热Q0热和功均不是状态体系函数，单位均为JW>O或kJ。W0体系对环境做功（体系失功）：W<0

4 、热(heat)和功(work) （1）热 ( Q ) 体系与环境间因温差而传递的能量称为热 系统吸热 : Q > 0 系统放热: Q 0 体系对环境做功（体系失功）：W < 0 体 系 Q﹥ Q﹤ 热 功 环 境 w﹥ w﹤ 体 系 Q﹥ Q﹤ 热 功 环 境 w﹥ w﹤

功的形式：体积功（W）：体系体积变化反抗外力作用所做的功非体积功W)：体积功外其它功（电功、表面功等）体积功的计算：W=-F外×l=-P外-A.lpex= - P外(V2 - V)AV=-P外·AV一般情况下，气相反应以做体积功为主，氧化还原反应以做电功为主

功的形式： 体积功（We）：体系体积变化反抗外力作用所做的功 非体积功(Wf ):体积功外其它功（电功、表面功等） 一般情况下，气相反应以做体积功为主，氧 化还原反应以做电功为主。 体积功的计算： pex V1 l V2 A W = - F外 l = - p外A  l = - p外(V2 – V1 ) = - p外V

5、热力学能（U)（thermodynamicenergy)（内能）系统内部含有的总能量称为热力学能包括体系内质点的内动能（平动能振动能、转动能）、微粒间相互作用所产生的势能等，但不包括体系整体运动的动能和在外力场中的位能。其绝对值难以确定，只能测定到△U状态函数广度性质

5、热力学能 (U)(thermodynamic energy) 包括体系内质点的内动能（平动能、 振动能、转动能）、微粒间相互作用 所产生的势能等，但不包括体系整体 运动的动能和在外力场中的位能。 其绝对值难以确定，只能测定到 U。 状态函数 系统内部含有的总能量称为热力学能（内能） 广度性质