大学普通化学-课件.ppt

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1、第一章普通化学（第六版）普通化学（第六版）浙江大学浙江大学 李金灵 电话：信箱：第一章绪 论化学已成为高科技发展的强大支柱，化学已渗入社会、技术和科学的各个领域。第一章数学数学物理物理化学是自然科学基础课属于自然科学属于自然科学基础课基础课，是培，是培养大学生的养大学生的基基本素质课程本素质课程。化学化学第一章绪绪 论论定义：定义：化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学科学 化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物

2、大分子，到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的大分子，到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，聚集态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。徐光宪徐光宪 化学的成就是社会文明的重要标志！化学的成就是社会文明的重要标志！第一章无机化学无机化学：是研究元素、单质和无机化合物的来源、是研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用的一门化学分支。制备、结构、性质、变化和应用的一门化学分支。有机化学有机化学：碳化合物的化学，是研究有机化合物的结碳化合物的化学，是研究有机化

3、合物的结构，性质、制备的学科。构，性质、制备的学科。分析化学分析化学：研究物质的组成、含量、结构和形态等化研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门学科。学信息的分析方法及理论的一门学科。化学的分支学科化学的分支学科第一章物理化学物理化学：在物理和化学两大学科基础上发展起来的。在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理它以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理论成就与实验技术，探索、归纳和研究化学的基本规律和论成就与实验技术，探索、归纳和研究化学的基本规律和理论，构成化学科学的理论基础。物理化学的水平在相当理论，构成化

4、学科学的理论基础。物理化学的水平在相当大程度上反映了化学发展的深度。大程度上反映了化学发展的深度。高分子化学高分子化学：研究高分子化合物的合成、化学反应、研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。合性学科。若干新分支：环境化学、核化学等等若干新分支：环境化学、核化学等等化学是一门既古老又年轻的科学化学是一门既古老又年轻的科学!第一章化学与其它学科的渗透与交叉 化化 学学物理学物理学 数数 学学 地地 学学材料科学材料科学生命科学生命科学工程科学工程科学 天天 文文 学学计算与信息科学计算与信息

5、科学第一章 化学发展史化学发展史 四次革命四次革命绪绪 论论第一章波义耳波义耳1661年发表了年发表了“怀疑派化学家怀疑派化学家”(The Sceptical Chymist)，指出，指出:“化学不是为了炼金，也不是为了治化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学立的科学”。波义耳极为崇尚实验，指出，。波义耳极为崇尚实验，指出，“空谈毫空谈毫无用途，一切来自实验无用途，一切来自实验”。他把严密的实验方法引入。他把严密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。化学研究，使化学成为一门实验科学。恩格斯的评

6、价：恩格斯的评价：“把化学确立为科学把化学确立为科学”被誉为被誉为 “化学之父化学之父”（墓碑语）。（墓碑语）。绪绪 论论第一章 法国化学家拉瓦锡法国化学家拉瓦锡1783年出版名著年出版名著“关于燃素的回顾关于燃素的回顾”，提出燃烧的氧化学说。，提出燃烧的氧化学说。拉瓦锡拉瓦锡1789年出版了年出版了“初等化学概论初等化学概论”，首次给元素下，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：了一个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能元素是用任何方法都不能再分解的简单物质再分解的简单物质”。以科学元素说取代了传统思辨的。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判旧元素

7、论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的统治化学界近百年的“燃素说燃素说”为标志，发动了第二次为标志，发动了第二次化学革命，被誉为化学革命，被誉为“化学中的牛顿化学中的牛顿”。绪绪 论论第一章英国化学家道尔顿创立英国化学家道尔顿创立科学原子论科学原子论(化学原子论化学原子论)，揭示了各种，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。代化学史上的第三次化学革命。1803

8、年，道尔顿提出了原子学说：年，道尔顿提出了原子学说：元素是由非常微小的、看元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是形状）是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单的数目是形状）是元素

9、最基本的特征；不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和质量等于其组合原子质量的和。绪绪 论论第一章 1930年，美国化学家鲍林（年，美国化学家鲍林（L.Pauling，1901-1994）和德国物理学家（和德国物理学家（19001976）把量子力学处理氢分）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（VBT）。）。阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形

10、成的由于原子轨道重叠方式不同而形成的键和键和键这两键这两种基本共价键类型。种基本共价键类型。绪绪 论论第一章2.化学的地位和作用v 化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一v 化学继续推动材料科学发展化学继续推动材料科学发展v 化学是提高人类生存质量和生存安全的有效化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障保障v 化学在能源和资源的合理开发和高效安全利化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用用中起关键作用v 化学是生命科学的重要支柱化学是生命科学的重要支柱绪绪 论论第一章化学是社会需要的中心科学化学是社会需要的中心科学 化化 学学住住行行材料材料

11、环境保护环境保护国防国防医药卫生医药卫生能源能源衣衣食食资源利用资源利用冶金冶金农业农业建材建材汽车汽车第一章化学在生活中的应用化学在生活中的应用-环境化学环境化学印染工厂废水处理印染工厂废水处理工厂烟囱废气处理工厂烟囱废气处理绪绪 论论第一章化学在生活中的应用药物化学化学在生活中的应用药物化学n抗甲流药物抗甲流药物-达菲达菲n瑞士罗氏公司生产瑞士罗氏公司生产n抗癌药物紫杉醇抗癌药物紫杉醇n对晚期癌症、肺癌对晚期癌症、肺癌等有十分显著的疗等有十分显著的疗效效 n抗骨质疏松药物抗骨质疏松药物活性维生素活性维生素D D3 3绪绪 论论第一章化学在生活中的应用石油化学、化学在生活中的应用石油化学、胶

12、体化学、高分子化学胶体化学、高分子化学n三次采油技术聚合物驱、表面活性剂驱等三次采油技术聚合物驱、表面活性剂驱等n一次采油一次采油 10%10%n二次采油二次采油-注水注注水注气等气等-25-40%-25-40%n三次采油三次采油绪绪 论论第一章化学在生活中的应用能源化学在生活中的应用能源有机薄膜太阳能电池模块有机化学、高分子化学、有机薄膜太阳能电池模块有机化学、高分子化学、光化学光化学多学科有机结合交叉多学科有机结合交叉绪绪 论论第一章化学在生活中的应用工程塑料高分子化学在生活中的应用工程塑料高分子绪绪 论论第一章普通化学的教学目标普通化学是一门普通化学是一门现代化学导论课程现代化学导论课程

13、。通过化学反应基本规律和物质结构理论的学通过化学反应基本规律和物质结构理论的学习，能习，能运用化学的理论、观点、方法运用化学的理论、观点、方法审视公审视公众关注的环境污染、能源危机、新兴材料、众关注的环境污染、能源危机、新兴材料、生命科学、健康与营养等社会热点话题，了生命科学、健康与营养等社会热点话题，了解化学对人类社会的作用和贡献。解化学对人类社会的作用和贡献。把把化学的理论、方法与工程技术的观点化学的理论、方法与工程技术的观点结合结合起来，用化学的观点分析、认识工程技术中起来，用化学的观点分析、认识工程技术中的化学问题。的化学问题。第一章普通化学的教学内容理论化学理论化学：包括化学热力学、

14、化学动力学和：包括化学热力学、化学动力学和物质结构基础。物质结构基础。基础知识和应用化学基础知识和应用化学：包括单质和化合物的：包括单质和化合物的知识，化学与能源、环境、材料等。知识，化学与能源、环境、材料等。实验化学实验化学：主要是性质或理论的验证，重要：主要是性质或理论的验证，重要数据的测定，并训练实验基本操作和仪器的数据的测定，并训练实验基本操作和仪器的使用等。使用等。第一章教材内容安排普通化学普通化学化学反应基本化学反应基本原理及反应原理及反应物质结构理论物质结构理论及物质性质及物质性质热化学热化学化学反应基本原理化学反应基本原理水化学水化学电化学电化学物质结构基础物质结构基础元素化学

15、与无机材料元素化学与无机材料高分子化合物与材料高分子化合物与材料生命物质与人体健康生命物质与人体健康第一章第一章第一章 化学热与能源化学热与能源 化化学学反反应应时时，伴伴随随有有能能量量的的变变化化，其其形形式式虽虽有有多多种种但但通通常常多多以以热热的的形形式放出或吸收。式放出或吸收。第一章化学热力学基础化学热力学基础本章学习要求：本章学习要求：了解定容热效应了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉的测量原理。熟悉qv的实验的实验 计算计算 方法。方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效

16、应与热律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。第一章目录1.1 反应热的测量反应热的测量1.2 反应热的理论计算反应热的理论计算1.3 常见能源及其有效与清洁利用常见能源及其有效与清洁利用1.4 清洁能源与可持续发展清洁能源与可持续发展选读材料选读材料 核能核能.核燃料和核能的来源核燃料和核能的来源.核电的优势与发展趋势核电的优势与发展趋势本章小结本章小结第一章1.1 化学热力学基本概念化学热力学基本概

17、念系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。1.1.1 1.1.1 几个基本概念几个基本概念1.1.系统与环境系统与环境这种规定是人为的，这种规定是人为的，是为了研究的方便是为了研究的方便系统与环境之间有时有明显的界面，如包括细胞壁在内的细胞系统与环境之间有时有明显的界面，如包括细胞壁在内的细胞是一个系统，它用细胞壁与环境隔开；有的则没有明显的界面，是一个系统，它用细胞壁与环境隔开；有的则没有明显的界面，如研究的对象是一块雨云，它与环境的界限就很模糊；如研究的对象

18、是一块雨云，它与环境的界限就很模糊；如烧杯里装着水溶液，水溶液里发生一个放热反应，可以只划如烧杯里装着水溶液，水溶液里发生一个放热反应，可以只划定水溶液为系统，也可以把水溶液上方的气体也包括在内，甚定水溶液为系统，也可以把水溶液上方的气体也包括在内，甚至把烧杯壁也算作系统的一部分，这要根据研究需要而定。至把烧杯壁也算作系统的一部分，这要根据研究需要而定。第一章敞开系统敞开系统有物质和能量交换有物质和能量交换封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换1.1.1 1.1.1 几个基本概念几个基本概念1.1.系统与环境系统与环境图图1.1 1.1 系统的分类系统的分类隔离系统隔离系统无物质和能量交换无

19、物质和能量交换第一章2.2.相相系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。根据相的概念，系统可分为：根据相的概念，系统可分为：单相（均匀）系统单相（均匀）系统多相（不均匀）系统多相（不均匀）系统 相与相之间有明确的界面。相与相之间有明确的界面。思考：思考：1)101.325kPa，273.15K(0C)下，下，H2O(l),H2O(g)和和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。同时共存时系统中的相数为多少。答：在此条件下，存在答：在此条件下，存在3相（气、液、固各一相）相（气、液、固各一相）第一章1.1.系统中若只有一种液体，无

20、论这种液体是纯物质系统中若只有一种液体，无论这种液体是纯物质 还是（真）溶液，总是一个相；还是（真）溶液，总是一个相；2.2.若系统里有两种液体，如乙醚和水，中间以液若系统里有两种液体，如乙醚和水，中间以液 液界面隔开，为两相系统；不相溶的油和水在一液界面隔开，为两相系统；不相溶的油和水在一 起是两相系统，即使激烈震荡后油和水形成乳浊起是两相系统，即使激烈震荡后油和水形成乳浊 液，也是两相；液，也是两相；3.3.不同固体的混合物，是多相系统。不同固体的混合物，是多相系统。第一章需要注意的是，需要注意的是，相与态是两个不同的概念，相与态是两个不同的概念，“态态”是指是指物质宏观的聚集状态，物质的

21、态一般分为气态、液态、和物质宏观的聚集状态，物质的态一般分为气态、液态、和固态。对固态。对“相相”来说，通常任何气体均能无限混合，因此来说，通常任何气体均能无限混合，因此系统无论有多少种气体都只为一个气相，汽油和水虽同为系统无论有多少种气体都只为一个气相，汽油和水虽同为液态，但不能互溶而分层，因此为两相系统。液态，但不能互溶而分层，因此为两相系统。第一章3.3.状态与状态函数状态与状态函数定义：状态就是系统一切性质的总和，是系统所有宏观性质的定义：状态就是系统一切性质的总和，是系统所有宏观性质的综合表现。有平衡态和非平衡态之分。综合表现。有平衡态和非平衡态之分。如系统的宏观性质都处于定值，则系

22、统为平衡态。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。当系统的温度、压力、体积、物态、物质的量、相、各种能量当系统的温度、压力、体积、物态、物质的量、相、各种能量等等一定时，就说系统处于一个状态。（无机化学，高教出版等等一定时，就说系统处于一个状态。（无机化学，高教出版社，第四版）社，第四版）第一章状态函数状态函数用于表示系统性质的物理量称状态函数，如气体的压力用于表示系统性质的物理量称状态函数，如气体的压力p、体积体积V、温度、温度T 等，是由物质系统的状态决定的物理量。等，是由物质系统

23、的状态决定的物理量。物体或物质系统由一个状态（始态）变成另一个物体或物质系统由一个状态（始态）变成另一个状态（终态），它的各种状态函数（设符号位状态（终态），它的各种状态函数（设符号位X）的变化量（的变化量（X）就一定是：）就一定是：X=X终态终态-X始态始态第一章状态函数的特点：状态函数的特点：状态确定，状态函数有唯一确定值状态确定，状态函数有唯一确定值状态函数的改变值只与过程的始、终态有关，而与途径无关。状态函数的改变值只与过程的始、终态有关，而与途径无关。体系完成循环过程：状态函数的变化值为零体系完成循环过程：状态函数的变化值为零n体系的状态函数是相互关联的体系的状态函数是相互关联的 如

24、：如：理想气体状态方程理想气体状态方程:pV=nRT p,V,n,T 四个状态函数，确定四个状态函数，确定任意三个，即可知道第四个，体任意三个，即可知道第四个，体系的状态就确定了。系的状态就确定了。T=T终终-T始始=373-298=75 KP=P终终-P始始=500-100=400 kPa第一章广度性质和强度性质广度性质和强度性质状态函数可分为两类：状态函数可分为两类：广度性质：广度性质：又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、焓、熵等。正比，如体积、质量、焓、熵等。广度性质具有加和性。广度性质具有加和性。强度性质：强度性质：它

25、的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，无关，不具有加和性不具有加和性，如温度、压力，如温度、压力(压强压强)、粘度、密度等。、粘度、密度等。整个系统的强度性质的数值与各个部分该强度性质的数值相整个系统的强度性质的数值与各个部分该强度性质的数值相同。同。以理想气体状态方程为例以理想气体状态方程为例,pV=nRT 为例，为例，p、T是强度性质，而是强度性质，而n、V 是广度性质。是广度性质。p-Pa,V-m3,n-mol,T-K,R=8.314 Jmol-1 K-1第一章思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强思考：力和面积是什么性质的物理

26、量？它们的商即压强(热热力学中称为压力力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？结论？推论：摩尔体积推论：摩尔体积(体积除以物质的量体积除以物质的量)是什么性质的物理量？是什么性质的物理量？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。强度性质举例强度性质举例p,V,T,np左左=p右右=pT左左=T右右=Tn左左+n右右=nV左左+V右右=V第一章4.过程与途径过程与途径 系统状态发生任何的变化称为过程；系统状态

27、发生任何的变化称为过程；可逆过程可逆过程体系经过某一过程，由状态体系经过某一过程，由状态变到状态变到状态之后，如果通过之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。实现一个过程的具体步骤称途径。实现一个过程的具体步骤称途径。思考：过程与途径的区别。思考：过程与途径的区别。设想如果你要把设想如果你要把200C的水烧开，要完成的水烧开，要完成“水烧开水烧开”这个过这个过程，你可以有多种具体的程，你可以有多种具体的“途径途径”：如可以在水

28、壶中常压：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。第一章5.化学计量数化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，通式为：通式为：B 称为称为B 的化学计量数。符号规定：的化学计量数。符号规定：反应物：反应物：B为负；产物：为负；产物：B为正。为正。例例1.1 应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反应应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式：计量方程式：N2+3H2=2NH3解：用化学反应通式表示为：解：用化学反应通式表示为：0=-N2-3H2+2N

29、H3第一章化学计量数只表示当按计量反应式反应时各化学计量数只表示当按计量反应式反应时各物质转化的比例数，并不是反应过程中各相物质转化的比例数，并不是反应过程中各相应物质实际转化的量，为了描述化学反应实应物质实际转化的量，为了描述化学反应实际进行的程度，需要引入反应进度的概念。际进行的程度，需要引入反应进度的概念。第一章6.6.反应进度反应进度 的定义：的定义：反应系统中任何一种反应物反应系统中任何一种反应物或产物在反应过程中物质的量的变化量与该物质的化或产物在反应过程中物质的量的变化量与该物质的化学计量数的商为该反应的反应进度学计量数的商为该反应的反应进度n nB B 为物质为物质B B的物质

30、的量，的物质的量，d d n nB B表示微小的变化量。或定义表示微小的变化量。或定义第一章思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应：答：有关。如对于反应：0=N2 3H2+2NH3，当有，当有1mol NH3生成时，反应进度为生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成若将反应写成则反应进度为则反应进度为1 mol。化学计量数是指反应方程式中各物质的配比数，反应进度是反化学计量数是指反应方程式中各物质的配比数，反应进度是反应的速率的表示。反应物或者生成物的反应速率出一该物质的应的速率的表示。反应物或者生成物的反应速率出一该物

31、质的化学计量数就是反应进度。化学计量数就是反应进度。第一章1.1.2 反应热的测量反应热的测量反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学规定：热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正系统放热为负，系统吸热为正。例如：在例如：在298.15 K下按方程式下按方程式H2(g)+O2(g)=H2O(g)发生发生1 mol 反应，总共放出多少热量？反应，总共放出多少热量？无法回答。无法回答。1.没有给定从始态反应物和终态生成物两个状态的温度，体积和压力等状态函没有给定从始态反应物和终态生成物两个状态的温度，体积和压力等状态函数；数；2.如果给定终态温度

32、仍为如果给定终态温度仍为298.15K，即发生等温过程，还不能回答，还要看系统，即发生等温过程，还不能回答，还要看系统的体积或压力是否改变；的体积或压力是否改变；3.如果再给定始态与终态系统的体积不变，即反应在一个刚性器壁的容器里进如果再给定始态与终态系统的体积不变，即反应在一个刚性器壁的容器里进行，即发生行，即发生等温等容过程等温等容过程，我们才能进行实际测定和理论计算我们才能进行实际测定和理论计算。第一章图图1.3 1.3 弹式量热计弹式量热计弹式量热计是一个封闭系统，当用电热丝弹式量热计是一个封闭系统，当用电热丝触发反应发生（电热丝供给的能量因相比触发反应发生（电热丝供给的能量因相比与发

33、生的化学反应的能量变化太小，可以与发生的化学反应的能量变化太小，可以忽略不计），系统的温度迅速升高，设量忽略不计），系统的温度迅速升高，设量热计是刚性壁，容积一定，系统与环境之热计是刚性壁，容积一定，系统与环境之间没有发生功交换，若系统温度恢复到间没有发生功交换，若系统温度恢复到298.15K，在，在等温等容等温等容下化学内能就完全下化学内能就完全以热的形式传递给环境，即以热的形式传递给环境，即：U=qv第一章弹式量热计所吸收的热包括两部分：弹式量热计所吸收的热包括两部分：一部分是被加入的水所一部分是被加入的水所吸收的，另一部分是钢弹及内部物质和金属容器所吸收的吸收的，另一部分是钢弹及内部物质

34、和金属容器所吸收的，可按下式计算：可按下式计算：q(H2O)=c(H2O)m(H2O)T =C(H2O)TCb表示钢弹组件的热容，表示钢弹组件的热容，qb=CbTqV=-q(H2O)+qb =-C(H2O)T+CbT第一章 U=qv 1.下标下标“V”表明这种热效应是在系统发生等容过程表明这种热效应是在系统发生等容过程 时测定的，这种热效应成为时测定的，这种热效应成为等容热效应。等容热效应。2.式子表明当化学反应在等温等容下发生，系统与式子表明当化学反应在等温等容下发生，系统与 环境没有功交换，反应热效应等于反应前后系统环境没有功交换，反应热效应等于反应前后系统 的热力学能的变化量。的热力学能

35、的变化量。H2(g)+O2(g)=H2O(g)r rUmUm(298.15 K)=-240.580KJmol-1第一章摩尔反应热指当反应进度为摩尔反应热指当反应进度为1 mol时系统放出或吸收的热量。时系统放出或吸收的热量。rUm(298.15 K)下标下标“r r”是反应（是反应（reactionreaction）的意思，）的意思，“m”是发生是发生1 mol 反应（反应（molar reaction）的意思）的意思上标上标“”表明是在表明是在热热力学力学标标准准态态（thermodynamic standard state）下）下进进行的行的括弧内括弧内给给出了出了这这个等温个等温过过程的

36、程的稳稳定，因而符号的全名是：定，因而符号的全名是：标标准准摩摩尔尔反反应热应热力学能力学能变变H2(g)+O2(g)=H2O(g)r rUmUm(298.15 K)=-240.580KJmol-1第一章1.反应热的实验测量方法反应热的实验测量方法设有设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温水浴的温度从恒温水浴的温度从T1上升到上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的，弹式量热计与恒温水浴的热容为热容为Cs(JK-1)，比热容为比热容为cs(JK-1kg-1)，则：，则：由于完全反应，由于完全反应，=n因此摩尔反应热：因此摩尔反应热：思考：反

37、应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？量的反应热是定容反应热还是定压反应热？答：定容反应热答：定容反应热第一章例例1.1 联氨燃烧反应：联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)已知：已知：解解：燃烧：燃烧0.5g联氨放热为联氨放热为第一章2.热化学方程式热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其标准写法

38、是：标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开间用分号或逗号隔开。例如：。例如：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明若不注明T,p,皆指在皆指在T=298.15 K，p=100kPa下。下。第一章 反应热与反应式的化学计量数有关；反应热与反应式的化学计量数有关；一般标注的是等压热效应一般标注的是等压热效应qp。思考思考：qp与与qv相同吗？相同吗？。不相同不相同 标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态；标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态；书写

39、热化学方程式时应注意：书写热化学方程式时应注意：第一章1.2 反应热的理论计算 H2(g)+O2(g)=H2O(g)1.若这个反应不是在等温等容条件下进行，而是在等温若这个反应不是在等温等容条件下进行，而是在等温等压条件下发生的。等压条件下发生的。2.若反应发生时没有做其它功，反应大的热效应是？若反应发生时没有做其它功，反应大的热效应是？等压热效应，等压热效应，qpqp是否可以像是否可以像qv一样等于热力学能的变化量？一样等于热力学能的变化量？第一章1.2.1 1.2.1 热力学第一定律热力学第一定律封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热q，从

40、环从环境得功境得功w，则系统热力学能的增加，则系统热力学能的增加U(U2 U1)为：为：U=q+w热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。其中，热力学能从前称为内能。其中，热力学能从前称为内能。能量既不能无缘无故的产生，也不会无缘无故的消失，只会能量既不能无缘无故的产生，也不会无缘无故的消失，只会从一种形式转变为另一种形式从一种形式转变为另一种形式-热力学第一定律热力学第一定律第一章1.热力学能热力学能热力学能：系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子热力学能：系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及电子

41、运动和核运动。的平动、转动、振动以及电子运动和核运动。思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？能相同吗？答：相同。答：相同。内能的特征：内能的特征：状态函数状态函数 无绝对数值无绝对数值 广度性质广度性质由于分子内部运动的相互作用十分复杂，由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法因此目前尚无法测定内能的绝对数值。测定内能的绝对数值。第一章 热和功热和功-系统状态变化时与环境进行能量转换或传递的两种系统

42、状态变化时与环境进行能量转换或传递的两种不同形式，都与变化的途径有关不同形式，都与变化的途径有关2.热热热：在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差热：在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差而交换的能量称为热。而交换的能量称为热。热的符号规定：热的符号规定：系统吸热为正，系统放热为负。系统吸热为正，系统放热为负。热量热量q不是状态函数不是状态函数第一章在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以外的方式交换在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。的能量都称为功。功的符号规定：功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一）（注意功符号的规定尚不统一）系统得功

43、为正，系统作功为负。系统得功为正，系统作功为负。由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体体。所有其它的功统称为非体积功所有其它的功统称为非体积功w。功不是状态函数功不是状态函数w=w体体+w 机械功机械功:W=Fl，电功，电功:W=QV体积功体积功：W=-（p外外V），），3.3.功与体积功功与体积功第一章思考：思考：1mol理想气体，密闭在理想气体，密闭在1)气球中，气球中，2)钢瓶中；将理钢瓶中；将理想气体的温度提高想气体的温度提高20C时，是否做了体积功？时，是否做了体积功？答：答：1)做体积功，做体积功，2)未做体积功。未做体

44、积功。第一章热热无序能；功无序能；功有序能；能的品位不同。有序能；能的品位不同。一封闭系统，热力学能一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热，从环境吸收热q，得功，得功w，变到，变到状态状态2,热力学能热力学能U2，则有：，则有：U1U2q 0w 0U=q+w第一章4.体积功体积功w体体的计算的计算等外压过程中，体积功等外压过程中，体积功w体体=p 外外(V2 V1)=p外外V pp外外=F/Al p外外=F/A，l=V/A2，因此，体积功因此，体积功w体体=F l =(p外 A)(V/A)=p外 V 图1.4 体积功示意图第一章5.理想气体的体积功理想气体的体积功理想气体的定义：理想气体的定义

45、：气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为0的气态的气态系统被称为理想气体。系统被称为理想气体。理想气体的状态方程：理想气体的状态方程：例例1.2 1 mol理想气体从始态理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。膨胀到平衡，求系统所做的功。解：终态平衡时的体积为：解：终态平衡时的体积为：负值表示系统对外做功。负值表示系统对外做功。第一章1.2.2 化学反应的反应热与焓化学反应的反应热与焓通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出

46、的热量叫做放出的热量叫做反应热反应热。根据反应条件的不同，反应热又可分为：根据反应条件的不同，反应热又可分为：定容反应热定容反应热恒容过程，体积功恒容过程，体积功w体体=0，不做非体积功，不做非体积功 w=0时，所以，时，所以，w=w体体+w=0，qV=U 定压反应热定压反应热第一章 定压反应热定压反应热H2(g)+O2(g)=H2O(g)反应前后分子的总量发生了变化，系统内气体的分子总数减少反应前后分子的总量发生了变化，系统内气体的分子总数减少了，了，当反应后恢复到反应前的温度，系统的压力不能再维持原当反应后恢复到反应前的温度，系统的压力不能再维持原先的数值。先的数值。为了达到反应前的压力，

47、必须减小系统的体积。为了达到反应前的压力，必须减小系统的体积。那么，恒压过程，不做非体积功时，那么，恒压过程，不做非体积功时，w体体=p(V2V1)系统接收的这份功的能量到哪去了呢？系统接收的这份功的能量到哪去了呢？并且要求反应前后温度不变，不可能转变为系统内水分子的内能，并且要求反应前后温度不变，不可能转变为系统内水分子的内能，所以反应后系统温度要恢复到反应前的温度，所以反应后系统温度要恢复到反应前的温度，这份能量只能以热这份能量只能以热的形式向环境释放！的形式向环境释放！第一章恒压过程，不做非体积功时恒压过程，不做非体积功时U=q+W qp=U-W =U+p V 化学反应的等压热效应：化学

48、反应的等压热效应：qp =U+p V =U+RTvB(g)第一章1.1.焓焓 qP=U+p(V2 V1)=(U2-U1)+p(V2 V1)=(U2+p 2V2)(U1+p 1V1)公式公式qp=H 的意义：的意义：1）等压热效应即为焓的增量，故）等压热效应即为焓的增量，故qP也只决定于始终态，而与也只决定于始终态，而与途径无关。途径无关。2）可以通过）可以通过H的计算求出的的计算求出的qP值值。令令 H=U+p V则则qp=H2 H1=HH 称为焓，是一个重要的热力学函数。称为焓，是一个重要的热力学函数。思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？答

49、：是状态函数，但不能知道它的绝对数值。答：是状态函数，但不能知道它的绝对数值。第一章2.定容反应热与定压反应热的关系定容反应热与定压反应热的关系已知已知定容反应热：定容反应热：qV=U；定压反应热：定压反应热：qp=Up+p(V2 V1)等温过程，等温过程，Up UV，则：，则：qp qV=n2(g)RT n1(g)RT=n(g)RT对于理想气体反应，有：对于理想气体反应，有：对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。H

50、U=qp qV=p(V2 V1)思考：若反应思考：若反应 C(石墨石墨)+O2(g)CO2(g)的的qp,m为为393.5kJmol 1，则该反应的，则该反应的qV,m 为多少？为多少？答：该反应的答：该反应的n(g)=0，qV=qp 第一章3.3.盖斯定律盖斯定律 化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。与变化的途径无关。始态始态C(C(石墨石墨)+)+O O2 2(g)(g)终态终态COCO2 2(g)(g)中间态中间态CO(g)+CO(g)+O O2 2(g)(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。