第四章 化学反应的基本原理(一).ppt

《工程化学》 化学反应的基本原理 化学化工学院 *关于******的汇报材料 西南石油大学化学化工学院（SCCE.SWPU） 第四章 化学反应的基本原理 本章内容 §4.1 化学反应的质能守恒 §4.2 化学反应的方向 §4.3 化学反应的限度——化学平衡 §4.4 化学反应速率 §4.1 化学反应的质能守恒 一、基本概念 为了更好的学习化学热力学的基本原理，必须要先掌握一些基本概念，即状态和状态函数、过程和途径、热力学能的概念以及系统与环境进行能量交换的两种形式——热和功。 1、状态与状态函数 要研究系统中物质和能量的变化，首先要确定系统的状态；系统的状态是由系统的一系列宏观可测性质来决定的。例如要确定二氧化碳气体的状态，通常可用压力P、体积V、温度T和物质的量n来描述，当这些性质都有确定的值时二氧化碳气体的状态也就确定了。所谓系统的状态就是指系统一切性质的总和。当系统的性质确定，其状态也就确定了；反过来，当系统的状态确定，其性质就有确定的值。 如果系统的一个或几个性质发生了变化，系统的状态也就随之发生变化。反过来，如果系统处于两种不同的状态，则其性质必有所不同。这些用于描述系统具体性质的物理量叫做状态函数，如压力P、体积V、温度T和物质的量n等都是状态函数。 （1） 状态函数的性质 A 系统的状态一定，状态函数就是确定的值。系统的一个或几个状态函数发生变化，系统的状态也随之改变。 B 当系统的状态发生变化时，状态函数的改变量只决定于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。 C 系统的各个状态函数之间通常是相互关联、相互制约的。例如，对于气体来说，如果知道了它的压力、体积、温度、物质的量这四个状态函数中的任意三个，就能用理想气体的状态方程式确定第四个状态函数。 （2） 状态函数的分类 根据状态函数的特性，可以将状态函数分为两类： A 广度函数：此类状态函数的数值与系统中物质的数量成正比，因而这类状态函数具有加和性。如体积、质量、内能、焓、熵等。 B 强度函数：此类状态函数的数值不随系统中物质的总量而改变，只与系统的自身特性有关，因而没有加和性。如温度、密度、浓度等等。 一、基本概念 2、过程与途径 一、基本概念 当系统的状态发生变化时，从一种状态过渡到另一种状态称之为过程；完成这个过程所经历的具体步骤称为途径。在化学热力学中通常会遇到以下四个过程： 恒压过程：系统在状态变化过程中压力始终保持不变的过程。如在敞开容器中进行的化学反应可视为恒压过程，在这个过程中系统承受的压力始终为大气压。 恒容过程：系统在状态变化过程中体积始终保持不变的过程。如在密闭容器中进行的反应即为恒容过程。 恒温过程：系统在状态变化过程中温度始终保持不变的过程。 绝热过程：系统在状态变化过程中，系统与环境间没有热量的传递。 系统发生状态变化时，通常变化前的状态叫始态，变化后的状态称为终态；系统由始态变化到终态可采用不同的途径，不论哪种途径，只要始态和终态相同，系统的状态函数的变化量都相同。 T1=25℃ 始态 终态 T2=45℃ P1V1T1 P1V2T2 P3、V1、T2 恒压升温 恒容升温 恒温膨胀 一、基本概念 3、内能（U） 一个系统所具有的能量主要包括三部分，即： E = T + V + U 这里E就是系统所具有的全部能量，T为系统做整体运动所具有的动能，V为系统处于外力场(如电场、磁场、重力场等)中的势能，U就是我们要重点介绍的内能。 内能是系统内部一切能量的总和，用符号U表示。系统的内能包括系统内部各种物质的分子平动能、分子间势能、分子内部的转动能和振动能、电子运动能和核能等。内能具有以下三个特征： A 内能是状态函数。它具有状态函数的特征，当系统处于一定的状态时，内能具有一定的值；当系统状态发生变化时，其内能也必然发生改变；内能的改变量只取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。 B 内能具有加和性。在一定条件下，系统的内能和系统中物质的量成正比。 C 内能的绝对值不知道。由于系统内部物质结构的复杂性和物质运动形式的多样性，我们无法知道一个系统内能的绝对数值是多少。尽管内能的绝对值不知道，但系统发生状态变化时，内能的改变量(ΔU)则可以从过程中系统与环境所交换的能量(热和功)来确定。在化学热力学中，对一个化学变化来说，只要知道内能的改变量就够了，无需追究它的绝对值，所以内能有时也称为热力学能。 一、基本概念 4、热（Q）和功（W） 在状态变化过程中，系统与环境之间要发