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第二章 化学反应的基本原理 教学内容 § 2.1 热化学与能量 § 2.2 化学反应进行的方向 § 2.3 化学反应的限度和化学平衡 § 2.4 化学反应速率 § 2.1 热化学与能量 化学反应是反应物分子中旧键的削弱或断裂,产物分子中新键形成的过程。旧键削弱或断裂需要吸收能量。新键形成要释放能量,因而,在化学反应过程中,不仅发生物质的质变,而且总是伴随有能量的吸收和放出。 化学反应过程中可以放热或吸热,这是常见的化学能与热能的变化。化学反应所释放的热量是日常生活和生产所需能量的主要来源之一。 农村能源之一––甲烷的燃烧可释放大量的热: CH4 +2O2 → CO2 + 2H2O(l) △H θ298= -890.45 kJ 麦芽糖氧化可放出人体所需要的大量的热: C12H20O11(s) + 12O2 = 12CO2 + 11H2O △H θ298= -1965 kJ 燃烧石灰石需要给予热能: CaCO3(s) = CaO(s) + CO2 △H θ298= 177.8 kJ 反应的热效应—化学反应中所放出或吸收的热量,又叫反应热。研究化学能与热能转化规律的学科叫做热化学。 § 2.1.1 基本概念和术语 1、体系和环境 体系 被划作研究对象的那部 分物体称为体系。 环境 体系以外的并且与体系有 关系的其他部分称为环境。 按照体系和环境之间的物质及能量的交换关系,可以将体系分为三类: 敞开体系(open system) 封闭体系(closed system) 孤立体系(isolated system) 敞开体系:体系和环境之间既有物质的交换 又有能量的交换。 封闭体系:体系和环境之间没有物质的交换 只有能量的交换。 孤立体系:体系和环境之间既没有物质的交 换又没有能量的交换。 我们主要研究封闭体系。 2 . 状态函数 状态函数:用来描述体系状态的物理量叫做状态函数。 例如,某理想气体是我们研究的体系,其物质的量 n = 1 mol,压强 p = 1.013×105 Pa,体积 V = 22.4 L,温度 T = 273 K,我们说体系处于标准状态。在这里,n,p,V和T就是体系的状态函数,理想气体的标准状态就是由这些状态函数确定下来的体系的一种状态。 状态函数按其性质可分为两类: (1) 广度性质 广度性质的量值与系统中物质的量成正比,具有加和性。这样的状态函数有:体积,质量以及以后要讲到的热力学能、焓、熵等。 (2) 强度性质 强度性质的量值不具有加和性,其值与系统中物质的量多少无关,仅决定于系统本身的特性。这样的状态函数有:温度,压力,密度,摩尔质量等。 状态函数的特点: 1. 体系的状态一定,状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和终 态决定,与体系经过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。 3. 过程与途径 过程:体系从始态到终态,其状态发生变 化的经过称为过程。 途径:完成过程可以采取多种不同的方式。 我们把每种具体的方式,即具体步 骤称为途径。 等温过程:体系在恒温(ΔT=0)条件下发生了 状态变化。 等压过程:体系在恒压(Δp=0)条件下发生了 状态变化。 等容过程:体系在恒容(ΔV=0)条件下发生了 状态变化。 绝热过程:体系与环境之间无热量交换(Q =0)。 系统状态函数的变化值仅决定于系统的始终态,而与变化所经历的不同途径无关。 4. 相 系统中具有的物理性质和化学性质的均匀部分称为相。所谓均匀是指分散度达到分子级或离子级。 气体:单组分、多组分均为一个相。 液体:纯液体:一个相。 溶液:完全互溶,一个相 。如水和
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