《無機(jī)與分析化學(xué)》-教案.

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1、·第二章化學(xué)熱力學(xué)初步化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)研究的核心部分是化學(xué)反應(yīng)，而化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行大多伴有能量的變化，包括熱能、電能、光能等。一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生、反應(yīng)的限度如何以及反應(yīng)過程中的能量變化情況，正是化學(xué)熱力學(xué)研究的基本問題。?第一節(jié)熱力學(xué)第一定律1-1基本概念和術(shù)語1.1.??????體系和環(huán)境熱力學(xué)中，把研究的對(duì)象稱為體系，把體系之外而與體系有關(guān)的部分稱為環(huán)境。根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系，可將體系分為三類：敞開體系：體系和環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換。封閉體系：體系和環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換，只有能量交換。孤立體系：體系

2、和環(huán)境之間既沒有物質(zhì)交換，也沒有能量交換。在熱力學(xué)中，我們主要研究封閉體系。2.2.??????狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)由一系列表征體系性質(zhì)的物理量所確定下來的體系的存在形式稱為體系的狀態(tài)。在熱化學(xué)中，系統(tǒng)的狀態(tài)通常是指熱力學(xué)平衡態(tài)。在此狀態(tài)下，系統(tǒng)的所有性質(zhì)均不隨時(shí)間而變化。具體的說，它應(yīng)該同時(shí)滿足以下四個(gè)條件。（1）熱平衡（thermalequilibrium）（2）力平衡（mechanicalequilibruim）（3）相平衡（phaseequilibruim）（4）化學(xué)平衡（chemicalequilibruim）籍以確定體系狀態(tài)的物理量稱為體系的狀態(tài)函數(shù)。

3、狀態(tài)函數(shù)具有如下特點(diǎn)：（1）（1）??????????體系的狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)值就一定；（2）（2）??????????體系的狀態(tài)改變，狀態(tài)函數(shù)值就可能改變。狀態(tài)函數(shù)的變化值只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān)；（3）（3）??????????在循環(huán)過程中，狀態(tài)函數(shù)的變化值為零。根據(jù)體系的性質(zhì)與體系中物理量之間的關(guān)系，可分為廣度性質(zhì)（又稱量度性質(zhì)或廣延性質(zhì)）和強(qiáng)度性質(zhì)：廣度性質(zhì)：數(shù)值上與體系中物質(zhì)的量成正比，即具有加合性。如體積V、質(zhì)量m、物質(zhì)的量n、熱力學(xué)能U、焓H、熵S、自由能G等強(qiáng)度性質(zhì)：數(shù)值上與體系中物質(zhì)的量無關(guān)，即不具有加合性。如溫度T、壓

4、力P、密度、濃度等?！ぁぁ蓚€(gè)量度性質(zhì)相除有時(shí)就轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度性質(zhì)，如m/V=密度、V/n=Vm.將整個(gè)系統(tǒng)任意地劃分成若干部分，如將燒杯中的溶液分成好幾份。狀態(tài)函數(shù)溫度T、壓力P、密度、濃度等在整體和部分中的數(shù)值是相同的，這類狀態(tài)函數(shù)稱為系統(tǒng)的強(qiáng)度性質(zhì)。強(qiáng)度性質(zhì)表現(xiàn)系統(tǒng)“質(zhì)”的特征，不具有加和性。另一些狀態(tài)函數(shù)，如體積V、質(zhì)量m、物質(zhì)的量n等，在整體和部分中的數(shù)值是不相同的，與所含物質(zhì)的多少成正比，這類狀態(tài)函數(shù)稱為系統(tǒng)的廣延性質(zhì)。廣延性質(zhì)表現(xiàn)系統(tǒng)“量”的特征，具有加和性。3.過程和途徑體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，變化的經(jīng)過稱為過程；體系由始態(tài)到終態(tài)，完成一個(gè)變化過程的

5、具體步驟稱為途徑。（1）等溫過程：過程中體系的溫度保持不變，且始終與環(huán)境的溫度相等（2）等壓過程：過程中體系的壓力保持不變，且始終與環(huán)境的壓力相等（3）等容過程：過程中體系的體積始終保持不變（4）絕熱過程：過程中體系與環(huán)境之間沒有熱交換（5）循環(huán)過程：體系經(jīng)一系列變化后又恢復(fù)到起始狀態(tài)的過程4.體積功和p-V圖體積功W=pΔVp-V圖：外壓P對(duì)體系的體積V作圖，得到的曲線叫p-V線（圖）。p-V線下覆蓋的面積可用以表示體積功的數(shù)值。化學(xué)反應(yīng)涉及較廣的是體積功，除體積功以外的其他功統(tǒng)稱為非體積功（如電功、磁功、表面功）。5.熱力學(xué)能（內(nèi)能）內(nèi)能：體系內(nèi)一切能量

6、的總和，又叫做體系的熱力學(xué)能（U）。包括體系內(nèi)各種形式的能量，如分子或原子的位能、振動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)能、平動(dòng)能、電子的動(dòng)能以及核能等。熱力學(xué)能是體系的狀態(tài)函數(shù)、廣延性質(zhì)。1-2熱力學(xué)第一定律1.熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容能量守恒定律：在任何過程中，能量是不會(huì)自生自滅的，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，轉(zhuǎn)化過程中能量的總值不變。熱力學(xué)第一定律：體系從始態(tài)變到終態(tài)，其內(nèi)能的改變量等于體系從環(huán)境吸收的熱量減去體系對(duì)環(huán)境所做的功。熱力學(xué)第一定律表達(dá)式：ΔU=Q-W舉例能量守恒定律應(yīng)用于熱力學(xué)體系就稱為熱力學(xué)第一定律，因此熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)就是能量守恒?！ぁぁ?.功和熱功和熱是

7、體系與環(huán)境之間能量傳遞的兩種不同形式。體系和環(huán)境之間因溫度不同而傳遞的能量形式稱為熱（Q），單位：千焦規(guī)定：體系吸熱,Q>0體系放熱Q<0體系與環(huán)境之間除熱以外的其他能量傳遞形式統(tǒng)稱為功（W），單位：千焦規(guī)定：體系對(duì)環(huán)境做功,W>0環(huán)境對(duì)體系做功,W<0功和熱一樣，不是狀態(tài)函數(shù)，與體系狀態(tài)變化的具體過程有關(guān)。1-3可逆過程可逆過程有下列三個(gè)特征：（1）可逆過程由一系列無限接近平衡的狀態(tài)構(gòu)成；（2）當(dāng)系統(tǒng)從始態(tài)變到終態(tài)，然后循原來途徑反向回到始態(tài)，則系統(tǒng)與環(huán)境完全復(fù)原；（3）可逆過程是一個(gè)極限，任何超越這個(gè)極限的過程均不能實(shí)現(xiàn)?？赡娣绞绞且环N理想方式，但有些實(shí)

8、際過程可以被近似地認(rèn)為是可逆的。例如物質(zhì)的相變過程。