工科大学化学(高等教育出版社)

第二版

第1、2、3章： 化学反应基本原理 主要内容应用热力学第一定律研究 化学反应热效应的计算问题； 应用热力学第二定律研究化学变 化的方向、限度； 简介化学动力学的一些内容。

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热力学: 研究能量转换过程中所遵循规律的 科学。 化学热力学: 研究化学反应,物理变化(如:相变热,溶解热)过程中能量交换。 热效应 可能性 方向性 限 度 反应机理 反应速率

化学动力学: 研究反应进行的速率和所经过的中间步骤。

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第1章1 基本概念

化学反应热

2 化学反应热的测量

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火(柴)---化学反应热火源：钻木取火，燧石与钢质小刀猛烈相击 第一代火柴：氯酸钾药面+浓硫酸 第二代火柴：白磷+Pb3O4/MnO2 第三代火柴：火柴头(氯酸钾和二氧化锰/三 硫化二锑氯酸钾+火柴皮(红磷)

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1.概念:系 统

敞开系统：能量交换 物质交换 研究对象 封闭系统：能量交换 隔离系统(孤立系统)

环 境

与系统密切相关的其余部分。

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敞开系统

封闭系统

孤立系统

一般研究(讨论)的化学反应指的都是封闭系统；孤立系统 是一种科学的抽象,对于科学研究有重要意义。

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相

具有相同的 物理及化学 性质，均匀 部分(有明 确的界面)

单相系统和多相系统

气相 液相

单相 单相，两相(水与苯), 三相 固溶体，多相

固相

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状态系统物理性质和化学性质的总和。状态 = f ( 温度，压力，体积,密度， 粘度，折光度 ...) H2

P = 101.325kPa T = 300K V = 1dm3

状态函数用以确定体系状态的物理量。 P,T,V

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特性: (1)状态一定，状态函数就有确定值。 (2)状态函数的变化值只与始终态有关， 而与变化的途径无关。

(Ⅰ)

终态

始态

(Ⅱ)

分类

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状态函数的分类广度性质系统的某些性质等于 各部分性质之和(体 积,质量,焓,熵…) 不具有加和性，与系统 的物质的量无关(温度， 密度，压力…)

强度性质

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过程与可逆过程过程 系统状态发生任何变化

热力学可 逆过程

I状态——II状态，可逆 地由II状态——I状态， 对环境产生的影响消失 的理想化过程

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化学计量数 B B=0 B为物质化学式， 为B的化学计量 数 (反应物为负，产物为正)

N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)

1/2N2(g) + 3/2H2 (g) = NH3 (g)

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反应进度dξ= -1(B) dnB Δξ= -1(B) Δ nB 反应前 10 某时刻 8

ξ =[nB(ξ)- nB(0)]/ B

N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)

30 24

0 4

1/2N2(g) + 3/2H2 (g) = NH3 (g)

同一反应,不同写法,反应进度不同

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1.2 化学反应的理论计算1.2.1 热力学第一定律 [即能量守恒定律(第一类永动机)应用在热力学当中]

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内能

系统内部各种能量的总和。

包括组成物质的分子和原子的移动能、转动能、 振动能以及组成原子的电子和核的能量等。 符号 U

单位: J or kJ 性质：状态函数 绝对值无法测量，变化值可测。U1热传递 功传递

U2

状态1

状态2

U = U2 - U1

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热力学第一定律数学表达式

系统从环境吸热，环境对系统作功。

U = q + w

U是系统的内能变；w 是功，(包括体积功与非体积功); q 是热。 系统从环境得到功或热， q、w 为正值； 系统对环境做功或放热， q、w 为负值。 注意: q ,w 都不是状态函数，其值与过程 的具体途径有关。