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1、工程化学热力学第1页，此课件共87页哦1)1)研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中 所遵循的规律；所遵循的规律；所遵循的规律；所遵循的规律；2)2)研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；3)3)研究化学变化的方向和限度。研究化学变化的方向和限度。研究化学变化的方向和
2、限度。研究化学变化的方向和限度。热力学概论热力学概论热力学概论热力学概论1.1.热力学的研究对象热力学的研究对象热力学的研究对象热力学的研究对象 反应的反应的反应的反应的热效应热效应热效应热效应化学反应时所放出或吸收的热。化学反应时所放出或吸收的热。化学反应时所放出或吸收的热。化学反应时所放出或吸收的热。研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科就称研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科就称研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科就称研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科就称之为之为之为之为化学热力学化学热力学化学热力学化学热力学。第2页，此课件共87页哦2.2.热力
3、学的方法热力学的方法热力学的方法热力学的方法1)1)只考虑变化前后的净结果，不考虑物质微观结构和反应机理。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质微观结构和反应机理。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质微观结构和反应机理。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质微观结构和反应机理。2)2)研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论 具有统计意义。具有统计意义。具有统计意义。具有统计意义。3)3)能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化
4、所能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所 需要的时间。需要的时间。需要的时间。需要的时间。3.3.热力学方法的热力学方法的热力学方法的热力学方法的局限性局限性局限性局限性 不知道反应的机理、速率和微观性质不知道反应的机理、速率和微观性质不知道反应的机理、速率和微观性质不知道反应的机理、速率和微观性质;只讲可能性，不讲现实性。只讲可能性，不讲现实性。只讲可能性，不讲现实性。只讲可能性，不讲现实性。第3页，此课件共87页哦一一一一.基本概念基本概念基本概念基本概念1.1.1.1.S
5、ystemSystem and and surroundingssurroundings 为了研究方便，需要把被为了研究方便，需要把被为了研究方便，需要把被为了研究方便，需要把被研究对象研究对象研究对象研究对象和和和和周围物质周围物质周围物质周围物质分离考虑。分离考虑。分离考虑。分离考虑。系统系统系统系统环境环境环境环境surroundingssurroundingssystemsystemsystemsystem and and surroundingssurroundings 研究对象和周围的物质分离可以是实际的，也可以是想研究对象和周围的物质分离可以是实际的，也可以是想研究对象和周围的物
6、质分离可以是实际的，也可以是想研究对象和周围的物质分离可以是实际的，也可以是想象的。环境是与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的象的。环境是与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的象的。环境是与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的象的。环境是与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分。根据体系与环境的关系，把体系分为三类部分。根据体系与环境的关系，把体系分为三类部分。根据体系与环境的关系，把体系分为三类部分。根据体系与环境的关系，把体系分为三类。第4页，此课件共87页哦a.a.Open systemOpen system：can exchange mass and energycan e
7、xchange mass and energy.surroundingssurroundingsopen systemopen systemexchange massexchange massexchange energyexchange energyno exchange massno exchange masssurroundingssurroundingsexchange energyexchange energyclosed systemclosed systemb.b.Closed systemClosed system：allows the transfer of energyal
8、lows the transfer of energy but notbut not massmass.第5页，此课件共87页哦 c.c.Isolated systemIsolated system：does allow the transfer of neither massdoes allow the transfer of neither mass nor energy nor energy.no exchange massno exchange masssurroundingssurroundingsno exchange energyno exchange energyisolate
9、d systemisolated system第6页，此课件共87页哦孤立体系 敞开体系封闭体系第7页，此课件共87页哦2.2.相：相：相：相：系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀(分散度达分散度达分散度达分散度达 到离子或分子大小的数量级到离子或分子大小的数量级到离子或分子大小的数量级到离子或分子大小的数量级)部分。相与相之间具有明确部分。相与相之间具有明确部分。相与相之间具有明确部分。相与相之间具有明确 的界面。的界面。的界面。的界面。3.3.状态及状态函数状态及状态
10、函数状态及状态函数状态及状态函数(state&state function)(state&state function)StateState：体系物理和化学性质体系物理和化学性质体系物理和化学性质体系物理和化学性质 (extensive and intensive properties)(extensive and intensive properties)的总和。的总和。的总和。的总和。State functionState function：描述体系状态的单个物理量。描述体系状态的单个物理量。描述体系状态的单个物理量。描述体系状态的单个物理量。n n、p p、V V、T T、HH、U U、
11、体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。就如物理学中的势能一样。具有这种特性与变化的途径无关。就如物理学中的势能一样。具有这种特性与变化的途径无关。就如物理学中的势能一样。具有这种特性与变化的途径无关。就如
12、物理学中的势能一样。具有这种特性的物理量称为状态函数。的物理量称为状态函数。的物理量称为状态函数。的物理量称为状态函数。第8页，此课件共87页哦Isothermal processIsothermal process 等温过程；等温过程；等温过程；等温过程；I Isobaric processsobaric process 等压过程；等压过程；等压过程；等压过程；Isochoric processIsochoric process 等容过程；等容过程；等容过程；等容过程；Adiabatic processAdiabatic process 绝热过程。绝热过程。绝热过程。绝热过程。可逆过程可逆过
13、程可逆过程可逆过程(reversible process)reversible process)：一种理想化的一种理想化的一种理想化的一种理想化的过程过程过程过程。沿原过程逆回到原状态时，系统沿原过程逆回到原状态时，系统沿原过程逆回到原状态时，系统沿原过程逆回到原状态时，系统和环境同时完全复原。和环境同时完全复原。和环境同时完全复原。和环境同时完全复原。等温可逆过程等温可逆过程等温可逆过程等温可逆过程 绝热可逆过程绝热可逆过程绝热可逆过程绝热可逆过程 一个过程可以由不同的途径实现，而每一途径经常由几个步一个过程可以由不同的途径实现，而每一途径经常由几个步一个过程可以由不同的途径实现，而每一途径
14、经常由几个步一个过程可以由不同的途径实现，而每一途径经常由几个步骤构成骤构成骤构成骤构成。4.4.过程与可逆过程过程与可逆过程过程与可逆过程过程与可逆过程 过程与途经过程与途经过程与途经过程与途经(process&pathway)(process&pathway)：体系状态发生的任何变体系状态发生的任何变体系状态发生的任何变体系状态发生的任何变化称为过程。实现过程的具体步骤称为途径。化称为过程。实现过程的具体步骤称为途径。化称为过程。实现过程的具体步骤称为途径。化称为过程。实现过程的具体步骤称为途径。第9页，此课件共87页哦可逆过程的特点可逆过程的特点可逆过程的特点可逆过程的特点(1)(1)状
15、态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限 接近于平衡态；接近于平衡态；接近于平衡态；接近于平衡态；(2)(2)过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；(3)(3)体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原态，变化过程中体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原态，变化过程中体系变化
16、一个循环后，体系和环境均恢复原态，变化过程中体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原态，变化过程中 无任何耗散效应；无任何耗散效应；无任何耗散效应；无任何耗散效应；(4)(4)等温可逆过程，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。等温可逆过程，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。等温可逆过程，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。等温可逆过程，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。注意：注意：注意：注意：可逆过程是一种理想的过程，是在系统接近于可逆过程是一种理想的过程，是在系统接近于可逆过程是一种理想的过程，是在系统接近于可逆过程是一种理想的过程，是在系统接近于平衡状态平衡状态平衡状态平
17、衡状态 下发生的无限缓慢的过程，是科学的抽象。下发生的无限缓慢的过程，是科学的抽象。下发生的无限缓慢的过程，是科学的抽象。下发生的无限缓慢的过程，是科学的抽象。实际过程都是不可逆的。但通过可逆过程可以求取状态实际过程都是不可逆的。但通过可逆过程可以求取状态实际过程都是不可逆的。但通过可逆过程可以求取状态实际过程都是不可逆的。但通过可逆过程可以求取状态 函数的变化值，指出过程能进行的限度或用于判断实际函数的变化值，指出过程能进行的限度或用于判断实际函数的变化值，指出过程能进行的限度或用于判断实际函数的变化值，指出过程能进行的限度或用于判断实际 过程完善程度。过程完善程度。过程完善程度。过程完善程
18、度。第10页，此课件共87页哦 当体系的诸性质不随时间而改变，则体系当体系的诸性质不随时间而改变，则体系当体系的诸性质不随时间而改变，则体系当体系的诸性质不随时间而改变，则体系 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡。就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡。就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡。就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡。5.5.热力学平衡状态热力学平衡状态热力学平衡状态热力学平衡状态1)1)热平衡热平衡热平衡热平衡(thermal equilibrium(thermal equilibrium)：体系各部分温度相等。体系各部分温度相等。体系各部分温度相等。体系各部分温度相等。2
19、)2)力学平衡力学平衡力学平衡力学平衡(force force equilibriumequilibrium)：体系各部分压力相等，边界不体系各部分压力相等，边界不体系各部分压力相等，边界不体系各部分压力相等，边界不 再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学 平衡。平衡。平衡。平衡。3)3)相平衡相平衡相平衡相平衡(phase equilibrium(phase equilibrium):):多相共存时，各相的组成和数量多相共存
20、时，各相的组成和数量多相共存时，各相的组成和数量多相共存时，各相的组成和数量 不随时间而改变。不随时间而改变。不随时间而改变。不随时间而改变。4)4)化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡(chemical equilibrium(chemical equilibrium)：反应体系中各物质的数量不反应体系中各物质的数量不反应体系中各物质的数量不反应体系中各物质的数量不 再随时间而改变。再随时间而改变。再随时间而改变。再随时间而改变。第11页，此课件共87页哦 体系与环境间因温差而传递的能量称为热，用符号体系与环境间因温差而传递的能量称为热，用符号体系与环境间因温差而传递的能量称为热，用符号体系与环
21、境间因温差而传递的能量称为热，用符号 q q 表示。表示。表示。表示。q q 0 0，体系吸热；，体系吸热；，体系吸热；，体系吸热；q q 0 0，体系放热。，体系放热。，体系放热。，体系放热。体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功 ，用，用，用，用 符号符号符号符号w w 表示。表示。表示。表示。w w 0 0，环境对体系作功。，环境对体系作功。，环境对体系作功。，环境对体系作功。a.a.功可分为体积功和非体积功两大类。功可分为体积功和非体积功两大
22、类。功可分为体积功和非体积功两大类。功可分为体积功和非体积功两大类。b.q b.q 和和和和 w w 都不是状态函数，其数值与变化途径有关。都不是状态函数，其数值与变化途径有关。都不是状态函数，其数值与变化途径有关。都不是状态函数，其数值与变化途径有关。c.c.只有在体系处于完全可逆状态下，体系对外做功才能达到最只有在体系处于完全可逆状态下，体系对外做功才能达到最只有在体系处于完全可逆状态下，体系对外做功才能达到最只有在体系处于完全可逆状态下，体系对外做功才能达到最 大值。大值。大值。大值。6.6.热和功热和功热和功热和功(Heat&Work)(Heat&Work)第12页，此课件共87页哦通
23、过测量一定组成和质量的某种介质温度的改变，计算求得。通过测量一定组成和质量的某种介质温度的改变，计算求得。通过测量一定组成和质量的某种介质温度的改变，计算求得。通过测量一定组成和质量的某种介质温度的改变，计算求得。q=-q=-c cs smms s(T(T2 2 T T1 1)=-C)=-Cs s T T q q：反应热，负号表示放热；反应热，负号表示放热；反应热，负号表示放热；反应热，负号表示放热；c cs s：介质比热容；：介质比热容；：介质比热容；：介质比热容；mms s：介质质量；：介质质量；：介质质量；：介质质量；C Cs s ：介质热容；：介质热容；：介质热容；：介质热容；T T1
24、 1：始态温度；：始态温度；：始态温度；：始态温度；T T2 2：终态温度：终态温度：终态温度：终态温度 。二二二二.反应热效应的测量反应热效应的测量反应热效应的测量反应热效应的测量 一个反应热效应的获得可通过以下两种方法：一个反应热效应的获得可通过以下两种方法：一个反应热效应的获得可通过以下两种方法：一个反应热效应的获得可通过以下两种方法：a a.实验测量；实验测量；实验测量；实验测量；b b.理论计算。理论计算。理论计算。理论计算。1.1.1.1.热效应的测量热效应的测量热效应的测量热效应的测量第13页，此课件共87页哦 通过测量吸热介质和组件在通过测量吸热介质和组件在通过测量吸热介质和组
25、件在通过测量吸热介质和组件在反应前后的温度变化，计算被燃反应前后的温度变化，计算被燃反应前后的温度变化，计算被燃反应前后的温度变化，计算被燃烧物质的反应热。烧物质的反应热。烧物质的反应热。烧物质的反应热。q=-q(Hq=-q(H2 2O)+qO)+qb b =-C(=-C(HH2 2O O)T+C)T+Cb bTT=-=-C CTT 测量设备：弹式热量计测量设备：弹式热量计测量设备：弹式热量计测量设备：弹式热量计 物质的量不同，反应热不一样，物质的量不同，反应热不一样，物质的量不同，反应热不一样，物质的量不同，反应热不一样，引出摩尔反应热引出摩尔反应热引出摩尔反应热引出摩尔反应热q qmm=q
26、/=q/的概念的概念的概念的概念。第14页，此课件共87页哦2 2.热化学方程热化学方程热化学方程热化学方程：表示化学反应与热效应的关系的方程式。表示化学反应与热效应的关系的方程式。表示化学反应与热效应的关系的方程式。表示化学反应与热效应的关系的方程式。HH2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l),qO(l),qp p=-286 kJ=-286 kJ molmol-1-1 反应的热效应与反应时的温度、压力、反应物、生成物的反应的热效应与反应时的温度、压力、反应物、生成物的反应的热效应与反应时的温度、压力、反应物、生成物的反应的热效应与反应时的温度、压力、反
27、应物、生成物的量以及集聚状态有关。量以及集聚状态有关。量以及集聚状态有关。量以及集聚状态有关。Section Section 1.2 1.2 反应热效应的理论计算反应热效应的理论计算反应热效应的理论计算反应热效应的理论计算二个问题：二个问题：二个问题：二个问题：1.1.弹式热量计测得的反应热是弹式热量计测得的反应热是弹式热量计测得的反应热是弹式热量计测得的反应热是q qv v 而不是而不是而不是而不是q qp p，而许多反，而许多反，而许多反，而许多反 应是在常压应是在常压应是在常压应是在常压(或恒压或恒压或恒压或恒压)下进行的，下进行的，下进行的，下进行的，q qp p 如何求得？如何求得？
28、如何求得？如何求得？2.2.有些反应的反应热难以直接测得有些反应的反应热难以直接测得有些反应的反应热难以直接测得有些反应的反应热难以直接测得，如：，如：，如：，如：C(s)+1/2OC(s)+1/2O2 2(g)=CO(g)(g)=CO(g)，该反应中有部分该反应中有部分该反应中有部分该反应中有部分COCO2 2生成，生成，生成，生成，怎样得到该反应的反应热效应怎样得到该反应的反应热效应怎样得到该反应的反应热效应怎样得到该反应的反应热效应？第15页，此课件共87页哦一一一一.热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律(The First Law of Thermodynamics
29、The First Law of Thermodynamics)J.P.Joule(1818.121889.10)J.L.Meyer(1830-1895)1.1.热功当量热功当量热功当量热功当量 焦耳和迈耶自焦耳和迈耶自焦耳和迈耶自焦耳和迈耶自18401840年起，历经年起，历经年起，历经年起，历经2020多年，用各种实验求证热多年，用各种实验求证热多年，用各种实验求证热多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果一致。即：和功的转换关系，得到的结果一致。即：和功的转换关系，得到的结果一致。即：和功的转换关系，得到的结果一致。即：1cal=4.1840J1cal=4.1840J，这就这就这
30、就这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。第16页，此课件共87页哦2.2.能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律 自然界的一切物自然界的一切物自然界的一切物自然界的一切物质都具有能量，能量质都具有能量，能量质都具有能量，能量质都具有能量，能量有各种不同形式，能有各种不同形式，能有各种不同形式，能有各种不同形式，能够从一种形式转化为够从一种形式转化为够从一种形式转化为够从一种形式转化为另一种形式，但在转另一
31、种形式，但在转另一种形式，但在转另一种形式，但在转化过程中，能量的总化过程中，能量的总化过程中，能量的总化过程中，能量的总值不变值不变值不变值不变。到到到到1850185018501850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。根据这一定律，在任何过程中，体系所吸收的热量与环境根据这一定律，在任何过程中，体系所吸收的热量与环境根据这一定律，在任何过程中，体系所吸收的热量与环境根据这一定律，在任何过程中，体系所吸收的热量与环境对体系所作的
32、功，全部用于体系内能的增加。对体系所作的功，全部用于体系内能的增加。对体系所作的功，全部用于体系内能的增加。对体系所作的功，全部用于体系内能的增加。即：即：即：即：U U=q+wq+w Law of conversation of energy Law of conversation of energy：The total energy of an isolatedThe total energy of an isolated thermodynamic thermodynamic s systemystem is constant.is constant.第17页，此课件共87页哦 第一类永
33、动机第一类永动机第一类永动机第一类永动机(first kind of perpetual motion mechinefirst kind of perpetual motion mechine)一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器。历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以断对外作功的机器。历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以断对外作功的机器。历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以断对外作功的机器。历史上曾一度热衷于制造这
34、种机器，均以失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。EnergyEnergySugarSugarWorkWorkHeatHeat“Combustion“Combustion”by the bodyby the bodymove objectsmove objectsalter temoeraturealter temoerature3.3.热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律(The First Law of ThermodynamicsThe F
35、irst Law of Thermodynamics)是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。第18页，此课件共87页哦4.4.热力学能热力学能热力学能热力学能 U U-系统的内能系统的内能系统的内能系统的内能 Th
36、ermodynamic energyThermodynamic energy(Internal Energy)Internal Energy):the total amount the total amount of energy in a systemof energy in a system.U=Kinetic energy+Potential energyU=Kinetic energy+Potential energy系统的内能是系统状态的函数系统的内能是系统状态的函数系统的内能是系统状态的函数系统的内能是系统状态的函数：U U =f(Tf(T，p p，V V，n n，)分子平动能分子
37、平动能分子平动能分子平动能分子转动能分子转动能分子转动能分子转动能分子振动能分子振动能分子振动能分子振动能分子间势能分子间势能分子间势能分子间势能原子间键能原子间键能原子间键能原子间键能电子运动能电子运动能电子运动能电子运动能核内基本粒核内基本粒核内基本粒核内基本粒子间核能子间核能子间核能子间核能温度温度温度温度压力压力压力压力体积体积体积体积质量质量质量质量组成组成组成组成化学性质化学性质化学性质化学性质功功功功热、热、热、热、功功功功热、热、热、热、第19页，此课件共87页哦内能的变化内能的变化内能的变化内能的变化U:U:热力学能是状态函数，用符号热力学能是状态函数，用符号热力学能是状态函
38、数，用符号热力学能是状态函数，用符号U U表示，绝对值无法测定，只表示，绝对值无法测定，只表示，绝对值无法测定，只表示，绝对值无法测定，只能求出它的变化值。能求出它的变化值。能求出它的变化值。能求出它的变化值。有热的传递有热的传递有热的传递有热的传递 q q有功的传递有功的传递有功的传递有功的传递 w w始态始态始态始态U U1 1终态终态终态终态U U2 2U=UU=U2 2-U-U1 1=q=q()()+w+w()()(只讨论体积功只讨论体积功只讨论体积功只讨论体积功)说明说明说明说明:a.Ua.U是状态函数，但不知其绝对值是状态函数，但不知其绝对值是状态函数，但不知其绝对值是状态函数，但
39、不知其绝对值。b.Ub.U不是状态函数不是状态函数不是状态函数不是状态函数。第20页，此课件共87页哦二二二二 .回答第一个问题回答第一个问题回答第一个问题回答第一个问题-q qp p 与与与与 q qv v 的关系的关系的关系的关系 1.1.反应热效应：反应热效应：反应热效应：反应热效应：当体系发生反应之后，使产物的温度回到反应当体系发生反应之后，使产物的温度回到反应当体系发生反应之后，使产物的温度回到反应当体系发生反应之后，使产物的温度回到反应 前始态时的温度，体系放出或吸收的热量，称前始态时的温度，体系放出或吸收的热量，称前始态时的温度，体系放出或吸收的热量，称前始态时的温度，体系放出或
40、吸收的热量，称 为该反应的为该反应的为该反应的为该反应的热效应热效应热效应热效应。2.2.等容热效应：等容热效应：等容热效应：等容热效应：反应在等容下进行所产生的热效应为反应在等容下进行所产生的热效应为反应在等容下进行所产生的热效应为反应在等容下进行所产生的热效应为q qv v，如果如果如果如果 不作非膨胀功，则不作非膨胀功，则不作非膨胀功，则不作非膨胀功，则q qv v=U U-w w=U U 。3.3.等压热效应：等压热效应：等压热效应：等压热效应：反应在等压下进行所产生的热效应为反应在等压下进行所产生的热效应为反应在等压下进行所产生的热效应为反应在等压下进行所产生的热效应为q qp p，
41、如果如果如果如果 不作非膨胀功，则不作非膨胀功，则不作非膨胀功，则不作非膨胀功，则 q qp p=U U w w=U+pU+p V V =(=(U U2 2-U-U1 1)+p(V)+p(V2 2-V-V1 1)=(U)=(U2 2+p+p2 2V V2 2)-(U)-(U1 1+p+p1 1V V1 1)第21页，此课件共87页哦4.4.等压热效应与焓等压热效应与焓等压热效应与焓等压热效应与焓(Enthalpy)(Enthalpy)为什么要定义焓？为了使用方便，因为在等压、不作非膨为什么要定义焓？为了使用方便，因为在等压、不作非膨为什么要定义焓？为了使用方便，因为在等压、不作非膨为什么要定义
42、焓？为了使用方便，因为在等压、不作非膨胀功的条件下，焓变等于等压热效应胀功的条件下，焓变等于等压热效应胀功的条件下，焓变等于等压热效应胀功的条件下，焓变等于等压热效应q qp p。q qp p容易测定，从而可容易测定，从而可容易测定，从而可容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。求其它热力学函数的变化值。求其它热力学函数的变化值。求其它热力学函数的变化值。焓是状态函数焓是状态函数焓是状态函数焓是状态函数:定义式中焓由状态函数组成。定义式中焓由状态函数组成。定义式中焓由状态函数组成。定义式中焓由状态函数组成。H H=f(Tf(T，p p，V V，n n，)焓不是能量：虽具有能量单位，但不遵守能
43、量守恒定律。焓不是能量：虽具有能量单位，但不遵守能量守恒定律。焓不是能量：虽具有能量单位，但不遵守能量守恒定律。焓不是能量：虽具有能量单位，但不遵守能量守恒定律。q qv v=U;U;q qp p=HH。焓的定义式：焓的定义式：焓的定义式：焓的定义式：H=U+pVH=U+pV第22页，此课件共87页哦反应物反应物反应物反应物(n n1 1 p p1 1 V V1 1 T T )生成物生成物生成物生成物(n n2 2 p p2 2 V V1 1 T T )(1 1 )等压过程等压过程等压过程等压过程(2 2 )等容过程等容过程等容过程等容过程q qv v=r rU U2 2,r rHH2 2 q
44、 qp p=r rHH1 1 (3 3 )r rHH3 3生成物生成物生成物生成物(n n2 2 p p1 1 V V2 2 T T )既恒温又恒压过程的既恒温又恒压过程的既恒温又恒压过程的既恒温又恒压过程的 q qp p 与既恒温又恒容过程的与既恒温又恒容过程的与既恒温又恒容过程的与既恒温又恒容过程的 q qv v 的关系。的关系。的关系。的关系。r rHH1 1=r rHH2 2+r rHH3 3 r rHH1 1=r rU U2 2+(p+(p2 2V V1 1-p-p1 1V V1 1)+)+r rU U3 3+(p+(p1 1V V2 2 p p2 2V V1 1)r rU U3 3
45、(0)0)，假定气体为理想气体。假定气体为理想气体。假定气体为理想气体。假定气体为理想气体。q qp p-q qv v=r rHH1 1-r rU U2 2 =(p =(p1 1V V2 2-p-p1 1V V1 1)=)=nRTnRT当反应进度为当反应进度为当反应进度为当反应进度为1 mol1 mol 时：时：时：时：r rHHmm=r rU Umm+Bg Bg RTRT B B第23页，此课件共87页哦 第一种情况：第一种情况：第一种情况：第一种情况：q qp p=q=qv v (n=On=O)反应中没有气态物质参与或生成；反应中没有气态物质参与或生成；反应中没有气态物质参与或生成；反应中
46、没有气态物质参与或生成；虽然有气体参与反应或生成，但虽然有气体参与反应或生成，但虽然有气体参与反应或生成，但虽然有气体参与反应或生成，但 气体反应物化学计量数之和气体反应物化学计量数之和气体反应物化学计量数之和气体反应物化学计量数之和=气体生成物化学计量数之和。气体生成物化学计量数之和。气体生成物化学计量数之和。气体生成物化学计量数之和。如如如如：C(s)+OC(s)+O2 2(g)(g)=COCO2 2(g)(g)第二种情况：第二种情况：第二种情况：第二种情况：q qp p q qv v ；q qp p-q qv v=nRT nRT 有气体参与反应或生成，且有气体参与反应或生成，且有气体参与
47、反应或生成，且有气体参与反应或生成，且 气体反应物化学计量数之和气体反应物化学计量数之和气体反应物化学计量数之和气体反应物化学计量数之和 气体生成物化学计量数之和。气体生成物化学计量数之和。气体生成物化学计量数之和。气体生成物化学计量数之和。在恒压时，体系的体积会发生变化，体系将向环境或环境向体系做膨在恒压时，体系的体积会发生变化，体系将向环境或环境向体系做膨在恒压时，体系的体积会发生变化，体系将向环境或环境向体系做膨在恒压时，体系的体积会发生变化，体系将向环境或环境向体系做膨胀功或压缩功。胀功或压缩功。胀功或压缩功。胀功或压缩功。如：如：如：如：CO(g)+1/2OCO(g)+1/2O2 2
48、(g)(g)=COCO2 2(g)(g)在恒压时，体系体积缩小，环境向体系做压缩功。在恒压时，体系体积缩小，环境向体系做压缩功。在恒压时，体系体积缩小，环境向体系做压缩功。在恒压时，体系体积缩小，环境向体系做压缩功。第24页，此课件共87页哦总总总总 结结结结Section Section 1 1.1.1 反应热效应的测量反应热效应的测量反应热效应的测量反应热效应的测量一一一一.基本概念基本概念基本概念基本概念二二二二.反应热效应的测量：反应热效应的测量：反应热效应的测量：反应热效应的测量：q q v v=-=-c cs smms s(T(T2 2 T T1 1)=-C)=-Cs s T T
49、热化学方程：热化学方程：热化学方程：热化学方程：H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l),qO(l),qp p=-286 kJ=-286 kJ molmol-1-1q qv v=-q(H=-q(H2 2O)+qO)+qb b =-=-C CTT第25页，此课件共87页哦一一一一.热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律(U U=q+wq+w)热力学能热力学能热力学能热力学能 U U-系统的内能系统的内能系统的内能系统的内能(U U=q+q+w w)化学反应过程化学反应过程化学反应
50、过程化学反应过程(U U=q+wq+w)二二二二.回答第一个问题回答第一个问题回答第一个问题回答第一个问题-q qp p 与与与与 q qv v 的关系的关系的关系的关系q qv v=U U-w w=U Uq qp p=U U w w=U+pU+p V=V=HHH=U+pVH=U+pVq qp p-q qv v=r rHH1 1-r rU U2 2 =(p =(p1 1V V2 2-p-p1 1V V1 1)=)=nRTnRTr rHHmm=r rU Umm+Bg Bg RTRT 第一种情况：第一种情况：第一种情况：第一种情况：q qp p=q=qv v (n=On=O)第二种情况：第二种情况