同济大学普通化学教学课件 第一章（第一节）.ppt

1 第一节基本概念 2 1 一些基本术语 一 体系 环境体系 划分出来的被研究的物质系统 对象 环境 除体系以外的其他所有部分 例如 溶液反应 海洋 地球 3 体系的划分 根据体系与环境间的关系可将体系分为三大类 分类物质交换能量交换敞开体系有有封闭体系无有孤立体系无无 4 敞开体系封闭体系孤立体系 5 二 体系的性质在热力学体系中 温度 压力 体积 密度等宏观性质称作体系的热力学性质 thermodynamicpropertyofsystem 简称为体系的性质 按其特征可将体系的性质分为两种类型 1 广度性质 extensiveproperty 量值与体系中物质的数量成正比 所以又称容量性质 比如物质的体积 质量 热容量以及随后将介绍的热力学能和焓等都是广度性质 广度性质具有加和性 2 强度性质 intensiveproperty 量值取决于体系的自身特性 与体系中物质的数量无关 不具有加和性 比如温度 压力 浓度 密度 粘度等即都是体系的强度性质 6 三 状态与状态函数状态 体系的基本性质的集合状态函数 表征和确定体系状态的宏观性质 例如 温度 压力 体积 密度 能量 形态等 还有后面将要介绍的热力学函数 U H G S等 状态函数的特点 状态一定值一定 殊途同归变化等 周而复始变化零 并非所有的状态函数都是独立的 有些是相互关联 相互制约的 例如 P V T n四个只有三个是独立的 7 四 过程与途径过程 体系从始态到终态变化的经过 途径 完成这一变化经过的具体步骤 路线 过程可分为 恒温过程 恒压过程 恒容过程 绝热过程等 8 101 325kPa278K 80kPa278K 80kPa328K 101 328kPa328K 101 325kPa298K 101 325kPa278K 恒压过程 恒温 恒压 恒压 恒压 恒压 恒温 9 五 热和功当体系的状态发生变化时 体系与环境之间必然伴随着能量的交换 其交换形式可概括为 热 和 功 两种 体系与环境之间因温度的不同而交换或传递的能量称为热 heat 热的常用符号为Q 除了热以外的一切交换或传递的能量都称为功 work 功的常用符号为W 热和功的单位都采用J或kJ 10 注意它们的正负号 通常是站在体系的立场来规定的 体系从环境吸热 获得能量 Q为正值 体系向环境放热 损失能量 Q为负值 环境对体系作功 获得能量 W为正值 体系对环境作功 损失能量 W为负值 对于功 W 的正负符号规定 有的书刊与此相反 11 功有不同的形式 热力学中涉及最多的功是体系因体积变化而与环境交换的体积功 亦称膨胀功 用We表示 体积功以外的其它功 如电功 表面功等 都称为非体积功 亦称非膨胀功 或有用功 用W 表示 热和功不是状态函数 体系只有在状态发生变化时才能与环境发生能量交换 所以热和功不是体系的状态函数 体系发生变化时吸收 或放出 多少热 得到 或给出 多少功 其数量不仅与变化的始终状态有关 还与变化所经历的途径有关 对于相同的始态与相同的终态间的同一变化过程 若经历的途径不同 热和功的值就不同 因此 在计算某一变化过程中体系放出或得到的功或热时 不能仅看过程的始终状态 而必须根据变化所经历的途径来进行 这一点与状态函数明显不同 12 六 相与界面体系中物理性质和化学性质完全相同的部分称为相 phase 将相与相分隔开来的部分称为相界面 简称为界面 interface 相与相之间在指定的条件下具有明确的界面 在界面两边体系的性质会有突跃变化 处于界面上的原子或分子的受力情况与相内部的不同 往往存在剩余引力 具有界面能 一般来说 体系中存在的界面越多 能量就会越高 体系也会越不稳定 铁粉和硫磺粉 汽 水 冰 油 水 汽 13 对于相这个概念 要注意如下几点 1 不论有多少种气体组分都只有一个相 即气相 这种只有一个相的体系称为单相体系或均匀体系 2 除固溶体 固体溶液 外 每一种固态物质即为一个相 体系中有多少种固态物质即有多少相 含有两个或多个相的体系称为多相体系或非均匀体系 3 液态物质视其互溶程度通常可以是一相 例如水与酒精的混合物 两相 例如水和油的混合物 甚至三相共存 例如水 油和汞的混合物 4 单相体系中不一定只有一种组分物质 例如气体混合物即由多种物质所组成 同一种物质也可因聚集状态的不同而形成多相体系 例如水 水蒸气和冰三相共存 聚集状态相同的物质在一起也不一定就是单相体系 例如油水分层的液态体系有两相 14 七 理想气体状态方程与分压定律1 理想气体状态方程理想气体的温度 T 压力 p 体积 V 和物质的量 n 之间 具有如下的方程式关系 pV nRT在SI制中 p的单位是Pa V的单位是m T的单位是K n的单位是mol 摩尔气体常数R的单位及数值为 15 2 理想气体分子的特征严格遵守理想气体状态方程的气体称为理想气体 理想气体分子间的作用力忽略不计 理想气体分子本身占有的体积忽略不计 严格意义上的理想气体实际上是不存在的 但对实际气体来说 只要温度不是太低 压力不是太高 都可以近似用理想气体状态方程作有关p V T n的计算 16 3 气体的分压定律 什么叫分压力pi 某一组分气体对器壁产生的 施加的 压力叫该组分气体的分压力pi 等于该气体单独占有该容器时产生的压力 17 分压力与总压力的关系假如容器中有A B C 等多种气体 则 P pA pB pC pI nRT V 总压力等于分压力之和 pA xAP pB xBP pi xiP 其中 xi ni n总称作摩尔分数 18 2 化学热力学概论 1 什么是化学热力学2 热力学方法的特点3 研究化学热力学的意义 19 1 什么是化学热力学 热力学 是研究热和其他形式能量间的转换规律的科学 化学热力学 运用热力学的基本原理来研究化学现象以及与化学反应有关的物理现象的一门科学 包括化学变化与能量传递 能量交换间的关系 化学变化发生的方向等 20 2 热力学方法的特点是实验结果的归纳和演绎 不考虑证实 是宏观的性