第一第一章章 物质及其变化的一些基本定律物质及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 【本章要求】 1、掌握理想气体状态方程和分压定律的应用和计算 2、掌握能量守恒定律的热力学表达式，理解状态函 数、内能、热、功等基本概念；掌握焓和焓变的 概念及标准焓变的计算 3、了解反应速率的概念及表示方法；掌握质量作用 定律及基元反应、非基元反应、反应级数等基本 概念；理解碰撞理论的基本观点及活化能的概念 ；熟悉阿仑尼乌斯公式，明确温度与反应速率的 关系 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry §1-1 §1-1 理想气体理想气体状态方程和分压定律状态方程和分压定律 §1-2 §1-2 能量和能量和能量守恒定律能量守恒定律 §1-3 §1-3 焓焓、焓变和盖斯定律、焓变和盖斯定律 §1-4 §1-4 化学反应化学反应速率和质量作用定律速率和质量作用定律 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry §1-1 理想气体状态方程和分压定律 一、理想气体状态方程 (ideal gas equation of state) 一定量理想气体处于一定状态时，表述其 状态的各个物理量之间有如下关系： (Ideal gas equation of state and Law of partial pressure) 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry ③ 应用：对于一定状态下的气体，已知其中几个 物理量，可以求未知量：p、V、n、T。
② 适用条件： ① 注意单位：p－Pa、V－m3、T－K、n－mol→ 要点要点：： 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry ④ 公式变换： 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 二、分压定律 如果几种理想气体混合在一起，相互之间 不发生化学反应，那么每种气体的分压和混合 气体的总压之间，遵循道尔顿分压定律： 即：混合气体的总压力等于混合气体中各 组分的分压之和 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry ★注意： 1、分压的概念 组分气体对容器所施加的压力，叫做该 组分气体的分压力，简称分压分压力等于 在同温度下组分气体单独占有与混合气体相 同体积时所产生的压力 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry ①两个容器中 O2 对器壁产生的压力是否相同？ 答：是 ②两个容器的器壁承受的压力是否相同？ 答：否。
③ 答：是 ∵pV=nRT，而V、T、n均相同 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 变换： 即：组分气体的分压等于总压与该组分气体 的摩尔分数的乘积 2、每种组分气体仍然遵守理想气体状态方程 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry §1-2 能量和能量守恒定律 化学热力学(thermodynamics )是研究化学 反应和相变化过程中能量转化规律的科学，它从 能量变化角度出发，讨论化学反应能否发生如 果能，反应进行的程度如何；在反应进行过程中 ，能量的变化值是多少 (Energy and Law of conservation of energy) 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 一、体系和环境(system and surrounding) 体系体系是所要研究的对象；体系以外与体系有密 切联系的其它物质或空间，叫做环境环境 体系 环境 【例如】研究HCl+NaOH溶液的反应 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 二、内能、热和功 （一）状态函数(function of state) 状态函数就是描述体系状态的函数。
状态函数就是描述体系状态的函数 要描述一个体系，就必须确定它的温度、体要描述一个体系，就必须确定它的温度、体 积、压力、密度、组成等一系列性质这些性质积、压力、密度、组成等一系列性质这些性质 的总和，就确定了体系的状态的总和，就确定了体系的状态 所以通常说的所以通常说的体系的状态就是体系性质的综体系的状态就是体系性质的综 合表现合表现这些反映体系宏观性质的物理量就是状反映体系宏观性质的物理量就是状 态函数态函数 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 状态和状态函数 理想气体理想气体 n=1 mol p=1.01325×105 Pa V =22.4 L T=273.15 K l n、 p、 V、T 是体系的状态函数 l 状态一定，状态函数的值也一定 l 状态变化，状态函数的值也变化 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 一杯水： ΔT＝80℃－20℃＝60℃ 状态函数的特点状态函数的特点：状态函数的变化值只决定 于体系的始态和终态，与变化的途径无关。
异途同归，异途同归， 值变相等；值变相等； 周而复始，周而复始， 其值不变其值不变 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry （二）内能、热和功 内能是体系内部的能量，一般包括：分子 （或原子）动能、势能、电子运动动能、原子 核能几部分 内能也是状态函数其绝对值无法测定， 但是当体系从一种状态变化到另一种状态时， 内能的变化值可以测定： ΔU 1、内能( internal energy ) 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 2、热和功(heat and work) 热——体系和环境之间由于温度差而传递 的能量，以“Q”表示 热力学中规定：体系吸热Q为正值，体系 放热Q为负值 功——除热以外，其它形式传递的能量， 以“W”表示由于体积变化而与环境交换的 功称为体积功 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 除体积功以外的其他功统称为非体积功，如 电功、表面功等。
通常，体积功又称为“无用功 ”，非体积功又称为“有用功”热力学中规定 ：体系对环境做功，W为正值；环境对体系做功 ，W为负值 ★注意：热和功是与过程有密切联系，热和功不是 状态函数，是过程函数 W=p·(V2 - V1 )= p·ΔV（p为恒外压） 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry “在任何过程中，能量都不会自生自灭，它只能从 一种形式转化为另一种形式，而能量的总值不变 + +Q Q + +WW 始态终态 U1 U2 封闭体系封闭体系 U U2 2 - - U U 1 1 = = Q Q - - WW 则： U U = = Q Q - - WW 根据能量守恒定律：U U 2 2 = = U U1 1 + + Q Q - - WW （三）热力学第一定律（三）热力学第一定律 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry ★注意 ①“Δ”＝终态 - 始态 （物理量的变化值） ② 体系（反应）吸热，Q为“+ +”；体系（反 应）放热， Q为“- -”。
体系对环境做功， W为“+ +”；环境对体系做功，W为“- -” ΔU = Q - W 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 一个化学反应过程，放出热量50.0 kJ ，对 外做功35.5 kJ，求其内能变化？ 解：解： Q = - 50.0 kJ，W= 35.5 kJ = - 50.0 - 35.5 = - 85.5 kJ （降低） 【例1-1】 U U = = Q Q - - WW 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 例2.（1）已知1g 纯水在101.3KPa下，温度由287.7K 变为288.7K，吸热2.0927J，得功2.0928J，求其内 能的变化2）若在绝热的条件下，使1g纯水发 生与（1）相同的变化，需要对它做多少功？ 解:（1）Q=2.0927J，W=-2.0928J ∴ΔU=Q-W=2.0927-(-2.0928)=4.1855J (2) Q=0, 因为体系的初终状态与（1）相同，故ΔU也与 （1）相同。
即： ΔU=4.1855J ∴W= Q-ΔU=0-4.1855=-4.1855J 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 此例题表明：虽然（1）和（2）的始态 和终态相同，但是Q与W因为过程的不同而 有显著差异，显示它们都不是状态函数，而 是过程函数也就是过程变量的数值不仅取 决于体系的初始状态，还决定于具体过程 显然，这与状态函数的特征是不同的 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry （四）恒容反应热和恒压反应热 反应热(Q)：当生成物和反应物的温度相 同，且反应过程中只做体积功时，化学反应中 所吸收或放出的热量称为化学反应的热效应， 通称反应热反应热 化学反应过程，一般都是在恒容或恒压两 种条件下进行，所以反应热也分为：恒容反应 热 （ Qv ）和恒压反应热（ Qp ） 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 恒压反应： 恒容反应： 即：恒容反应热等于体系的内能变化 第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry 定义： 则： H 是热力学中一个新的重要状态函数：焓 H H = = U U + + pVpV Q Q p p = H = H 2 2 - - H H1 1 = =Δ ΔH H 即：恒压反应热等于体系的焓变化。
第一第一章章 物质物质及其变化的一些基本定律及其变化的一些基本定律 大 学 化 学 College Chemistry §1-3 焓、焓变和盖斯定律 一、焓与焓变 ②恒压反应热在数值上等于体系的焓变： Qp=ΔH ①H（焓）(enthalpy )与内能一样，也是反映 体系状态的状态函数，它代表体系。