第一章化学反应的基本规律

1、第一章 化学反应的基本规律第一节 化学反应中的能量关系 化学反应是反应物分子中旧化学反应是反应物分子中旧键的削弱、断裂和产物分子新键键的削弱、断裂和产物分子新键形成的过程。前者需要吸收能量形成的过程。前者需要吸收能量, , 后者则会释放能量。后者则会释放能量。 因此，化学反应过程往往伴因此，化学反应过程往往伴随有能量的吸收或释放。随有能量的吸收或释放。如：煤燃烧时放热；如：煤燃烧时放热； 碳酸钙分解要吸热；碳酸钙分解要吸热； 原电池反应可产生电能；原电池反应可产生电能； 电解食盐水要消耗电能；电解食盐水要消耗电能； 镁条燃烧时会放出耀眼的光；镁条燃烧时会放出耀眼的光； 叶绿素在光作用下使二氧化

2、碳叶绿素在光作用下使二氧化碳和水转化为糖类和水转化为糖类1-3 体系和环境体系和环境体系体系: 所需研究的那部分物质或空间。所需研究的那部分物质或空间。环境环境: 体系之外与体系有一定联系的体系之外与体系有一定联系的 其它物质或空间。其它物质或空间。体系体系环境环境物质物质能量能量体系体系敞开体系敞开体系封闭体系封闭体系孤立体系孤立体系有质量和能量交换敞开系统只有能量交换封闭系统无质量和能量交换孤立系统三种热力学系统系统可分为下述三类：按系统与环境间物质和 能量的交换烧杯试剂瓶保温杯2 .聚集状态和相 物质在一定的温度和压力条件下所处的相对稳定的状态，称物质的聚集状态聚集状态，简称物态(有气固

3、液) 相相：系统中任何化学组成均匀，物理和化学性质都相同的部分。相与相之间存在明显的界面。 冰（S）、水(l)、水蒸气(g) 三种不同的相有时一物多相,有时多物一相 氯氯化化钠钠水溶液水溶液 （一相（一相 ） 一个相不一定是一种物质 多种气体的混合物是一个相；溶液、固熔体（合金）是一个相。 注意“相”和“态”的区别 互不相溶的液体为不同相，如水和油有明显的界面；不同固体混合得再均匀也处于不同相，（不是分子水平混合）。同一种物质可能有多个相。3 .3 .系统的状态和状态函数系统的状态和状态函数(1)系统的状态：描述这个系统的诸如温度、压力、体积、系统的状态：描述这个系统的诸如温度、压力、体积、质

4、量和组成的性质的综合质量和组成的性质的综合 eg:人的健康状态人的健康状态运动的激烈状态运动的激烈状态(2)状态函数状态函数:用来描述系统的这些个别性质或物理量叫状态函用来描述系统的这些个别性质或物理量叫状态函数数(如如T、P 、 V 、 m 、 等等)对于理想气体：对于理想气体：P V T n （PV=nRT）（取决于（取决于状态本身状态本身，与，与变化过程无关变化过程无关,有时相互有联系有时相互有联系） 特性：变化只与始态与终态有关，而与具体过程无关。 如：T=T2T1, P=P2 P1, S=S2 S1 各状态函数间有时有联系（即互相制约）。 PV=nRT 状态函数间的线性组合也是状态函

5、数。 如：y=PT 2S(3)广度性质与强度性质广度性质:具有加和性,与物质的量成正比.例如:V 、 M 、 Q强度性质:不具有加和性,与物质的量无关.例如:T 、 、 P 、 c(从中任取一微小部分,其性质与该物质的本体性质一样)4.过程与途径(1)过程：体系从一种平衡状态另一种平衡状态变化的经过为过程(2)途径：指完成一个过程所经历的一系列中间步骤例如1mol理想气体，有始态变到终态，可通过下列途径1mol idea gas (恒容升温) 1mol idea gas (300K,100Kpa,15L) (900K,300Kpa,15L) 恒温压缩 恒压升温 1mol idea gas (3

6、00K,300Kpa,5L)（中间态） T=600K, P=200Pa, V=0L5.热和功：热和功：热：系统与环境之间由于存在温差而传递的能量热：系统与环境之间由于存在温差而传递的能量Q 与冷热程度无关与冷热程度无关环境对体系作功：环境对体系作功： V=V2-V1 0 W0 体系能量增加体系能量增加体系对环境作功：体系对环境作功： V=V2-V1 0 W 0 体系能量体系能量减少减少功：系统与环境之间除热以外的其它形式传递的能量功：系统与环境之间除热以外的其它形式传递的能量W 如体积功如体积功 W=P V=P（V2-V1）非体积功：W （如电功 We ）体系（系统）放出能量体系（系统）放出能

7、量 Q 0 能量减少能量减少体系（系统）吸收能量体系（系统）吸收能量 Q 0 能量增加能量增加规定： 体系与环境之间除热之外以其它形式传递的能量 。 lFWex非体积功 功不是状态函数pexV1l体积功：体系对环境做功，W0（得功）功( W ):Vpex12exVVplApexW = -pV + W Q 0，表明系统从环境吸热；Q 0，系统接受环境作功；W 0，系统对环境作出功。因此 热和功都不是系统的状态函数，除状态外还与系统状态变化的具体途径有关。 热和功的性质体 积 功： -pV非体积功： W （如电功 We ） 如理想气体恒温膨胀过程： 从4100kPa,4dm3到1100kPa,16

8、dm3至少可以通过 (a) (b)所述两种不同途径完成。先考察途径(a)，反抗外压p=1100kPa，一次膨胀到16dm3,1100kPa。 Wa=pV=1100kPa(164)dm3 =1200J再考察途径(b)，分两次膨胀。(1) 先反抗外压p1=2100kPa，膨胀到8dm3,2100kPa。W1=p1V=200kPa(8 4)dm3=800J(2)再反抗外压p2=100kPa，膨胀到16dm3,100kPa。W2=p2V=100kPa(168)dm3=800JWb= W1+ W2=800+(800)=1600J 可见，完成同一过程，经过不同途径，功不相同。（ Wa= 1200J ）6.

9、热力学能热力学能U（又称内能（又称内能）系统内部所有各种运动的能量的总和，分子、系统内部所有各种运动的能量的总和，分子、原子的动能、势能以及原子核内部的能量，绝原子的动能、势能以及原子核内部的能量，绝对值无法测出，但变化时的值对值无法测出，但变化时的值U可以测定出可以测定出来，单位（来，单位（J 或或 kJ） 热力学能热力学能 U 是系统的状态函数，是系统的状态函数，只要温度 T、压力 p、体积 V 和物质的量 n 等状态因素被确定时，U 值就被确定。 热和功是不是系统的状态函数？U (Q + W) = 0 或 U = Q WQ ,W前的正负号：以体系为中心，体系得到为正，体系失去为负热力学第一定律热力学第一定律又称能量守恒定律7、 热力学第一定律焦耳等人发现的能量的形式可以相互能量的形式可以相互转转化，但化，但总值总值不不变变状态（I） 状态 （II）Q WU1U2U2-U1= U =Q+W=QW例. 1 某过程中，系统从环境吸收 40 kJ 的热，对环境做功 20 kJ，求该过程中系统