1、第二章第二章 化学反应的能量与方向化学反应的能量与方向2.1 化学反应中的质量关系和能化学反应中的质量关系和能量关系量关系2.2 化学反应的焓变化学反应的焓变2.3 熵与熵变熵与熵变2.4 Gibbs函数与反应的方向函数与反应的方向2.1 化学反应中的质量关系与能化学反应中的质量关系与能量关系量关系2.1.1 化学反应计量式化学反应计量式2.1.2 反应进度反应进度 2.1.3 热力学常用术语和基本概念热力学常用术语和基本概念2.1.4 热力学第一定律热力学第一定律 2.1.5 化学反应热化学反应热 2.1.6 热化学方程式热化学方程式 gNH2gH3gN3222.1.1 化学反应计量式化学反
2、应计量式BBB 0 ZYBAzyba物质B的化学计量数，是量纲一的量。BA=a，B=b，Y=y，Z=z。ZYBA0zyba(N2)=1，(H2)=3，(NH3)=2BBBBB)0()(ntnn2.1.2 反应进度反应进度 BBB 0 对于化学反应：B1Bddn定义：式中：nBB的物质的量；反应进度，单位：mol。gNH2gH3gN322t0时 nB/mol 5.0 12.0 0 0 t1时 nB/mol 4.0 9.0 2.0 t2时 nB/mol 3.0 6.0 4.0 1 2 mol0.11mol)0.50.4(NN2211nmol0.22mol0.12mol)00.2(NHNH3311n
3、mol0.13mol)0.120.9(HH2211n反应进度必须对应具体的反应方程式。gNHgH23gN21322mol0.22/1mol)0.50.4(22NN1n时1tt 4.0 9.0 2.0 (mol)5.0 12.0 0 (mol)0t1.系统和环境2.1.3 热力学常用术语和基本概念热力学常用术语和基本概念系统：被研究对象。环境：系统外与其密切相关的部分。隔离系统：与环境无物质、能量交换。敞开系统：与环境有物质交换也有能量交换。封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。2.状态和状态函数状态：系统的宏观性质的综合表现。状态函数：描述系统状态的物理量(p,V,T)。特点：状态一定,状态函
4、数一定。当系统状态发生变化时，状态函数 的变化值只与始态、终态有关，而 与变化途径无关。3.过程和途径 过程：系统从始态到终态发生的一系列变化。恒温过程：始态、终态温度相等，并且过程中始终保持这个温度。T1=T2恒压过程：始态、终态压力相等，并且过程中始终保持这个压力。p1=p2恒容过程：始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积。V1=V21.热和功 系统与环境之间由于存在温差而传递的能量。单位：J。(1)热(Q)热不是状态函数。规定：系统吸热：Q 0；系统放热：Q 0。2.1.4 热力学第一定律热力学第一定律 系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。分类：体积功，非体积功系统对环境
5、做功，W0（得功）(2)功(W )规定：功不是状态函数lFWexpexV1l恒压过程体积功的计算：Vpex12exVVplApexlFWexpexV1l体积功的计算：Vpex12exVVplApex2.热力学能热力学能(U)：系统内所有微观粒子的全部 能量之和，也称内能。U是状态函数。UUU12 热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。3.热力学第一定律WQU 对于封闭系统热力学第一定律的数学表达是为：热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。U1 U2QWU2=U1+Q+WU2-U1=Q+W1.恒容反应热 封闭系统，在恒容过程中系统和环境之间交换的热量为恒容反应热。QV表示。因为：V
6、=0，所以：体积功W=0 若系统不做非体积功，则：QV=即，在恒容且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统热力学能的增加。2.1.5 化学反应热化学反应热2.恒压反应热与焓变 封闭系统，在恒压过程中系统和环境之间交换的热量为恒压反应热。用Qp表示。若系统不做非体积功，则：VpQUpex111222)(VpUVpUQp112212VpVpQUUp12ex12VVpQUUp0,0HH放热反应吸热反应令：U+pV=H 焓，状态函数 H=H2 H1 焓变 则：Qp=H即，在恒压且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统焓的增加。恒压条件下，化学反应：BBB 0 进行1mol反
7、应进度时，反应的焓变反应的摩尔焓变，记作：rHm。HHmrUUmr同理，恒容条件下：3.rUm和rHm WQU对于无气体参加的反应，W=pex V=0VpHUex恒温、恒压非体积功为零：UH 有气体参加的反应：W=-pex V=-pex(V2-V1)=-(n2-n1)RT=-nRTU=H-nRT当反应进度为1mol时，W=pex VB(g)Bmrmr-RTHU通常认为：rUmrHm 相对很小，由于B(g)B RT标准状态：表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓变)关系的化学反应方程式。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)气体：T，p=p =100kPa液、固体：T，p 下，纯物质溶液：溶质B，bB=b =1molkg-1cB=c =1molL-12.1.6 热化学方程式热化学方程式(298.15K)=483.64kJmol-1rHm称为反应的标准摩尔焓变。rHm2H2(g)+O2(g)2H2O(g)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H2(g)+O2(g)H2O(g)21(298.15K)=483.64kJmol-1rHm 聚集状态不同时，不同。rHm(298.15K)=571.66kJmol-1rHm 化学计量式不同时，不同。rHm(298.15K)=241.82kJmol-1rHm
