火灾化学—第二章.pptVIP

第二章 火灾化学的基础理论 第一节 化学热力学基础 课后思考题 1. 化学热力学的概念？ 2. 什么是热力学第一定律，其公式是什么？ 3. 热力学第二定律的概念？ 4. 焓、熵、Gibbs自由能三者之间的联系与区别？ * ? 化学热力学基础 ? 化学动力学基础 ? 热解过程中的热力学和动力学 ? 基础燃烧理论 ? 爆炸的基本理论 ? 火灾的基础理论 化学反应，要考虑四个方面的问题 ? 判断化学反应能不能自发进行。 ? 反应限度或化学平衡问题。 ? 反应速率如何？ ? 反应的反应历程或反应机理。 热力学 动力学 2.1.1 引言 NO、CO NO和CO是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成无毒的N2和CO2？ 金刚石 石墨 C（石墨） C（金刚石） ？ 化学热力学 用热力学的三个定律来研究物质体系中的化学现象和规律。化学热力学可以解决化学反应中的能量变化的问题，同时可以解决化学反应进行的方向和限度的问题。 化学热力学的作用 （1）预测反应发生的可能性 （2）判断反应进行的方向（判据） （3）判断反应进行的限度（平衡问题） 科学家焦耳 James Prescott Joule（1818～1889） 能量单位“焦耳”则是为了纪念英国物理学家焦耳在热化学方面所作的贡献。 焦耳生于英国曼彻斯特的一个酿酒业主家庭。他是英国著名化学家道尔顿 （J·Dalton）的学生。 1840年，22岁的焦耳就根据电阻丝发热 实验发表了第一篇科学论文即焦尔效应。 1840年到 1878年的近四十年中，焦耳共 做过四百多次热功当量测定实验，最后以 发表《热功当量的新测定》论文而结束对 热功当量的研究。 2.1.2 基本概念 2.1.2.1 体系与环境 ? 体系（system） 指我们研究的对象，它包含一定种类和一定数量的物质。 ? 环境（surrounding） 在体系之外又与体系密切相关的部分，称为环境。 ? 封闭体系（closed system） 体系和环境之间可以有能量交换而没有物质交换。 ? 敞开体系（open system） 体系和环境之间既有能量交换也有物质交换。 ? 孤立体系（isolated system） 体系和环境既没有物质交换也没有能量交换。 2.1.2.2 状态函数 ◆ 用来描述系统状态的物理量（P、T、V…）叫做状态函数 状态函数的特点：状态函数的变化值只决定体系的始态和终态，而与变化的过程无关。 状态函数变化值 终态值 始态值 2.1.3 热力学三大定律 2.1.3.1 热力学第一定律 热 Q（Heat） 由于温度不同，体系与环境间传递的能量。以符号Q表示，单位为J（焦耳）。 若系统吸热，Q取正值，即Q ? 0若系统放热，Q取负值，即Q ? 0 功 W（Work） 体系与环境间除热以外以其它各种形式传递的能量都叫做功，功的单位为J（焦耳）。 若环境向系统做功，功取正值(W ? 0) 若系统向环境做功，功取负值(W ? 0) 热力学能 U（Internal energy） 热力学能又称为内能，它是体系内各种形式的能量的总和，单位为J（焦耳） 。 ◆ 任何系统在一定状态下热力学能是一个定值，换言之，热力学能(U)是状态函数。 ◆热力学能的绝对值难以确定，当状态发生变化时，ΔU的值仅取决于系统的始态和终态，即系统的始态和终态一定，热力学能变化量ΔU一定。 热力学第一定律 “自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化的过程中，不生不灭，能量的总值不变” ----能量守恒定律 封闭系统发生状态变化时，其热力学能的变化等于系统吸收的热量减去体系对环境所做的功。 ◆ 热力学第一定律的数学表达式 始态 U1 终态 U2 体系吸热Q 体积功W ΔU = Q - W （1）焓 设：1）体系的变化过程为等压过程 即 p始 = p终 = p环 2）体系在变化过程中只做体积功， 不做其他形式的功。 W体积＝ P环· △V 由热力学第一定律 ∵ΔU = Qp — w体积 ∴Qp = ΔU + p环· △V 　=（ U2－U1 ）+ p环· （V2－V1） ∵ p1 = p2 = p环 ∴ Qp = （ U2－U1 ）+ （p2V2－p1V1）