热力学第一定律 课件(共25张)-《无机化学》同步教学（北京出版社）

第三章化学热力学基础AtomicStructureChapter1化学热力学要解决化学反应中的三个问题：

某混合物能否在一定的条件下发生化学反应？

（化学反应的方向）如果发生化学反应，伴随该反应有多少能量变化？

（化学反应中能量是如何转化）如果化学反应能够进行，在一定条件下达到的平衡状态如何？转化率有多大？

（反应进行的程度）化学热力学的研究对象

热力学:研究物理变化和化学变化中能量转化

和传递的一门科学。

化学热力学:研究化学变化过程中能量相互转

化所遵循规律的科学。

热力学基础主要内容有：热力学第一定律和热力学第二定律

热力学的特点：抽象、推理性强

学习目的

通过学习化学热力学的基本概念、内能、焓、熵、自由能等状态函数的概念及其相互间的关系，热力学第一定律、第二定律的含义，体系中Q、W、△U、△H、△S、△G

的计算及其作为判据的适用条件的有关知识，为后续课程如物理化学、药物化学、药物分析等的学习奠定基础。1.掌握热力学第一定律、第二定律的文字表述及公式表达，掌握△U＝QV、△H＝QP

的成立条件。2.掌握热力学中重要的状态函数的概念、特点，会运用热力学数据计算在标准状态下体系的焓变、熵变、自由能变，能熟练判断化学反应自发进行的方向。3.熟悉热力学基本概念和常用术语。4.熟悉热力学的标准态，热化学方程式，盖斯定律。5.了解可逆过程的定义及特点。知识要求

熟练掌握热力学重要状态函数的特点，掌握运用热力学第一定律、热力学第二定律进行相关计算；学会判断体系反应自发进行的方向和限度。能力要求

一、热力学第一定律

1.基本概念和常用数语

2.热力学第一定律二、化学反应的热效应

1.反应热与焓

2.热化学反应方程式

3.盖斯定律

4.生成焓与燃烧焓三、热力学第二定律

1.自发过程

2.熵与熵变

3.吉布斯自由能与自发过程内容提要第一节热力学第一定律

热力学就是研究物理和化学变化中各种形式能量相互转化规律的一门科学。

它不涉及到物质的微观结构，热力学的研究方法是宏观的方法，是以实验事实为基础，总结研究系统状态变化过程中的功能转化和热力学过程的方向性问题。用热力学的基本理论、原理、规律以及研究方法来研究化学过程及其伴随的能量变化就形成了化学热力学。（一）体系和环境

体系：人为地将被划分出来作为我们研究对象的这一部分物质或空间称为体系。

环境：体系以外的其他部分，与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分则称为环境

例如：研究AgNO3和NaCl在水溶液中的反应，含有这两种物质的水溶液就是体系，而溶液之外的一切东西（如烧杯、玻璃棒、溶液上方的空气等）都是环境。

一、基本概念和常用数语

根据体系与环境之间物质和能量的交换情况，热力学体系可分为以下三类：

体系与环境的划分，是为了研究方便而人为确定的。在上述三种体系中，本章主要学习的是封闭体系。在没有特别说明时，在讨论化学变化时，习惯把化学反应作为封闭体系研究。

敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。

封闭体系：体系与环境之间没有物质交换，只有能量交换

孤立体系：体系与环境之间既没有物质交换，也没有能量交换。体系环境

能量交换物质交换敞开体系有有封闭体系有无

孤立体系无无

体系的性质

用来描述体系状态的宏观物理量称为体系的性质。

如温度、体积、压强以及本章将要学习的内能、焓、熵、自由能等。根据体系的性质与体系物质的量之间的关系，可分为广度性质和强度性质两类。

广度性质：

也叫容量性质，广度性质的数值与体系的物质的量成正比，即具有加和性。（V、m）

强度性质：

其数值取决于体系自身的性质，与体系中物质的量无关，不具有加和性。（T、P）

P1,V1

P2,V2V总=V1+V2

P总≠P1+P2状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零。

1.状态：由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式。

2.状态函数：用来描述体系热力学状态的宏观性质的一系列物理量称作状态函数。

状态函数的特点：状态函数只与体系的始态和终态有关，而与变化的途径无关。（Ⅰ）（Ⅱ）始态终态（二）状态和状态函数

1.过程:体系状态的变化，即体系从一个状态（始态）变成另一个状态（终态）称为过程。

恒温过程：T一定ΔT=0

恒压过程：P一定ΔP=0

恒容过程：V一定ΔV=0绝热过程：体系与环境间无热交换Q=

0（三）过程和途径

2.途径：体系由始态到终态，完成一个变化过程，经历的具体步骤称为途径。

注意：过程和途径是密不可分的两个概念，有过程发生，必然存在途径，过程侧重于始终态的变化，而途径着重于具体方式。

体系由同一始态变到同一终态，可以采取不同的具体步骤。30℃，1atm始态80℃,2atm终态途径Ⅰ30℃，2atm途径Ⅱ恒温过程恒压过程过程与途径的关系

实际上，热力学的实际过程都是十分复杂的，因此，相应的计算也十分困难，但我们在处理时，可以利用状态函数的性质，把复杂过程分解成相应的简单过程去简化计算。如：298K,101.3kPa298K,506.5kPa375K,101.3kPa375K,506.5kPa恒温过程途径Ⅱ实际过程恒温过程恒压过程恒压过程途径Ⅰ途径Ⅱ途径Ⅰ

热：由于体系与环境之间的温度差，而在体系与环境间所传递的能量称为热，用符号Q表示。

功：系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量，统称为功，用符号W表示。功的分类体积功非体积功（四）热和功规定：

体系从环境吸热Q>0

为正值

体系向环境放热Q<0

为负值

体系对环境做功W<0为正值

环境对体系做功W>0为负值热和功的单位为焦（J）或千焦（KJ）。热和功都是体系状态变化过程中与环境交换的能量形式，只有在能量传递过程中才能表现出来，没有过程就没有热和功，因此，热和功不是体系固有的性质，其数值的大小和正负号均与变化的途径有关，因而不是状态函数。体系内部所含有的能量的总和称为热力学能，用符号U表示。它通常是指整个体系内部所有微观形式的动能和势能的总和（不包括体系整体运动的动能和在外力场中的势能），因此也称为内能。

U是状态函数一定状态下体系的U为定值U的绝对值不能测定（五）热力学能

热力学能U自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能量只能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递过程中能量的总值不变。实质为能量守恒。当某体系由状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，在这一过程中体系吸热Q，做功W，体系