tt第一章化学反应中的能量转化0402选编.ppt

;;§1.1 基本概念;敞开系统：系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 封闭系统：系统与环境之间没有物质交换，只有能量交换 孤立系统：系统与环境之间既无物质交换，也无能量交换。 ;相（phase）：系统中任何具有相同的物理性质和化学性质的部分叫做相。 a. 相与相之间有明确的界面隔开。 b. 在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的。 ; 描写系统所处的状况，即用来描述系统的宏观性质，例如温度、压力、质量、体积、组成、能量和聚集态等，这些性质的总和，就决定了系统的状态。; 状态函数的特点：其量值只取决系统所处的状态,系统的状态一定，状态函数的数值就有一个相应的确定值；当系统的状态被改变时，状态函数的变化只决定于系统的始态和终态，而与变化的途径（过程）无关。 “状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零”;例：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。; 系统的状态函数分为广度性质和强度性质两类： 1）强度性质（intensive property）：不具有加和性，数值取决于系统自身的特性，与系统中物质的量无关，如温度、压力、密度等。;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)是什么性质的物理量。由此可以得出什么结论？;3.过程与途径（process and path） ;4.热和功（heat and work）; 体积功是系统反抗外压力而改变体积时，系统对环境做的功。无论是压缩功还是膨胀功都称体积功。 ;5.热力学能（thermodynamics energy）; 由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定热力学能 U 的绝对数值，但可以求出系统在变化过程中吸收或释放了多少能量，即变化值△U 。;6. 化学计量数; 设化学反应： aA + bB → gD + hE 在各物质的初始量分别为n0(A)、n0(B)、n0(D)、n0(E)，反应进行一段时间后，各物质的量分别是n(A)、n(B)、n(D)、n(E)，则该反应的进度ξ定义为：;t0时 nB/mol 3.0 10.0 0 0 ;故反应进度必须对应具体的反应方程式。;ξ可以是正整数，正分数或零，其单位为 mol。 反应进度ξ是表示反应进行程度的参数。未反应时ξ＝0 mol。 ξ= 1 mol表示从ξ= 0 mol开始到有a mol A和b mol B消耗掉，有d mol D和e mol E生成时的反应进度。反应进度为1的反应也称为摩尔反应。 ;1.2.1.热力学第一定律; 封闭体系中，如果某系统从始态1变化到终态2，从环境吸收了热量q的同时，且环境对其做了功w，见下图：;例1.1 某一热力学能为U1的封闭系统，从环境吸热50 kJ，对环境做功30 kJ。试问 (1) 系统的热力学能变和终态的热力学能U2为多少？(2) 此过程中环境能量又发生了什么变化？ 解：(1) 由题可知：q = +50 kJ，w =–30 kJ 则 ΔU = U2–U1 = q + w = 50 kJ + (–30)kJ = 20 kJ 又 U2 =ΔU + U1 = U1 + 20 kJ (2) 当系统吸收50 kJ时，环境必然放热50 kJ，对环境来讲 q =–50 kJ。另外系统对环境做功30 kJ，对环境来讲w = 30 kJ，于是环境的能量改变为： ΔU = q + w =–50 kJ + 30kJ = -20 kJ ;例1.2 某一定量的理想气体，始态体积为10 dm3、压力为1000 kPa，在恒定温度298 K时，经下列途径膨胀到终态体积为100 dm3，压力100 kPa。计算各途径的体积功（1）外压始终保持100 kPa，由始态膨胀到终态；（2）首先系统在 500 kPa外压下膨胀到20 dm3，然后在外压为100 kPa条件继续膨胀到终态。; 解：(1) w=-p ΔV=-p(V3-V1)=-100 kPa*(100-10) dm3=-9 kJ (2) 根据题意，途径II分两步完成，即： w=w1+w2 所以 w=-p2(V2-V1)-p3(V3-V2) =-500 kPa*(20-10) dm3-100 kPa*(100-20) dm3 =-13 kJ;1.2.2 化学反应热与焓; 恒压反应热qp 恒压过程，不做非体积功时， w体= – p(V2–V1)，由热力学第一定律得 ΔU =qp - p(V2–V1) 移项：