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1、第三章第三章 化学热力化学热力学与化学动力学学与化学动力学 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材主要内容主要内容3.1 化学热力学基础化学热力学基础 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡 3.3 化学反应速率化学反应速率 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 1.1.体系与环境体系与环境 体系体系是指我们所研究的对象，它根据研是指我们所研究的对象，它根据研究的需要，从周
2、围的物体中划分出来的那究的需要，从周围的物体中划分出来的那一部分。一部分。 环境环境是指与体系有相互影响、密切联系是指与体系有相互影响、密切联系的有限部分的物质。的有限部分的物质。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 体系可分成三种类型：体系可分成三种类型： 敞开体系敞开体系 封闭体系封闭体系 孤立体系孤立体系医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基
3、础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 2.2.状态与状态函数状态与状态函数 状态状态是体系所有化学性质和物理性质的是体系所有化学性质和物理性质的综合表现。综合表现。 状态由一系列的物理量来表示，用来确状态由一系列的物理量来表示，用来确定体系状态或热力学性质的物理量称为定体系状态或热力学性质的物理量称为状状态函数。态函数。医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 状态函数状
4、态函数特征：特征：（1 1）状态固定时，状态函数）状态固定时，状态函数具有确定值具有确定值; ; （2 2）各个状态函数之间存在一定的）各个状态函数之间存在一定的制约关系制约关系; ;（3 3）状态函数的）状态函数的集合集合( (和、差、积、商和、差、积、商) )也是也是状态函数状态函数。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 3.3.过程过程 体系发生的变化往往受到外部条件的体系发生的变化往往受到外部条件的影响，当体系影响
5、，当体系在一些具体条件下发生某一在一些具体条件下发生某一变化时变化时，就称之为经历了某一过程。，就称之为经历了某一过程。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 过程的过程的分类：分类： （1 1）等温过程：）等温过程：T T 0 0（2 2）恒压过程：）恒压过程：P P 0 0（3 3）恒容过程：）恒容过程：V V 0 0（4 4）绝热过程：）绝热过程：Q Q 0 0 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”
6、规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4. 4. 热、功、热力学能热、功、热力学能( (内能内能) ) （1 1）热热：是系统与环境之间存在温度差异：是系统与环境之间存在温度差异而引起能量传递的一种形式，用符号而引起能量传递的一种形式，用符号Q Q表示。表示。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4. 4.
7、热、功、热力学能热、功、热力学能( (内能内能) ) （2 2）功功：除热以外，系统与环境之间所有：除热以外，系统与环境之间所有其他方式传递或交换的能量统称为功，符其他方式传递或交换的能量统称为功，符号为号为W W。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4. 4. 热、功、热力学能热、功、热力学能( (内能内能) ) 常见的功常见的功 膨胀功膨胀功表面功表面功电功电功机械功机械功 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“
8、十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4. 4. 热、功、热力学能热、功、热力学能( (内能内能) ) （3 3）内能：内能：体系内所有微观粒子所具有的体系内所有微观粒子所具有的各种形式能量的总和称为热力学能或内能，各种形式能量的总和称为热力学能或内能，用符号用符号U U表示。表示。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力
9、学基本概念热力学基本概念 4. 4. 热、功、热力学能热、功、热力学能( (内能内能) ) 内能的内能的特性特性： a a）内能是状态函数）内能是状态函数 b b）内能的绝对值无法测知，只能测量其内能的绝对值无法测知，只能测量其相对改变量：相对改变量：医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律（二）热力学第一定律（二）热力学第一定律 在孤立体系中能量是不会自生自灭的，在孤立体系中能量是不会自生自灭的，它可以变换形式，但总量不变，这就是它可以变换形式，但总量不变，这就
10、是能能量守恒定律，即热力学第一定律量守恒定律，即热力学第一定律。 对于一个封闭体系，热力学能的变化对于一个封闭体系，热力学能的变化（U U）为：）为： U U2 U1 = Q + W 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律（二）热力学第一定律（二）热力学第一定律 当体系只做体积功（膨胀功）时当体系只做体积功（膨胀功）时 U Q + W Q +（-PV） 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力
11、学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 1.1.化学反应的热效应化学反应的热效应 在在不做其他功不做其他功（有用功）条件下，（有用功）条件下，一个化学反应在某一恒定温度下进行反应一个化学反应在某一恒定温度下进行反应时，反应时，反应体系所吸收或放出的热量，称为体系所吸收或放出的热量，称为化学反应的热效应化学反应的热效应，简称反应热。，简称反应热。分为恒分为恒压反应热压反应热Q QP P和恒容反应热和恒容反应热Q QV V两种。两种。 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化
12、学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 如果某一封闭体系发生一过程，只做如果某一封闭体系发生一过程，只做体积功体积功We，不做其他功（，不做其他功（W f =0），那么），那么根据热力学第一定律，体系只做体积功时，根据热力学第一定律，体系只做体积功时，U=Q+W= Q-PV，即：，即： Q =U+PV 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 在恒压（在恒压（P2 = P1）时，）时， QP = (U2 + P2V2) - (U1 +
13、P1V1) 焓焓的定义：的定义：U + PV H 所以：所以： QP =H2 H1=H医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的特性特性： a a）无法测量其绝对值无法测量其绝对值，只能求其变化值，只能求其变化值，是容量性质，是状态函数。是容量性质，是状态函数。医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变
14、焓的焓的特性特性： b）无论是）无论是U还是还是H都都随温度的变化而改随温度的变化而改变变，如：，如： CaCO 3 (s) = CaO(s) + CO 2 (g) （ 298K ） = +178 kJmol -1 （ 1000K ） = +1785 kJmol -1 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的特性特性： c）对于化学反应过程中对于化学反应过程中较小且无相较小且无相变时变时，H随随T变化也不大，变化也不大，H可作常可作常数处理数
15、处理。医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的焓的焓的特性特性特性特性： d）对有对有气体气体参加的反应参加的反应PV =nRT， n是反应方程式中产物气体分子数与反应物是反应方程式中产物气体分子数与反应物气体分子数之差；对于气体分子数之差；对于液相反应和固相反液相反应和固相反应应来说，反应前后体系体积变化可忽略不来说，反应前后体系体积变化可忽略不计，则计，则 PV = 0，U =H。医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规
16、划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 3.恒容反应热恒容反应热 若化学反应在等温、恒容（在密闭容器内）若化学反应在等温、恒容（在密闭容器内）不做非体积功条件下进行，则不做非体积功条件下进行，则 体积功：体积功： W e = PV = 0代入公式代入公式 ： U = Q + W = Q vPV= Q v 医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变一）焓与焓变 4. 4. Q Qp p与与Q Qv v的关系的关系 当反应体系中当反应体系中有气体出现有气体出现，VV值往往较值往往较大，假如把反应体系中气体看作是理想气大，假如把反应体系中气体看作是理想气体，则：体，则： H H=U U +P+PV V =U U +n n (g) (g)RTRT 即：即： QPQV + n(g)RT医药化学医药化学基础基础高职高专高职高专“十一五十一五”规划教材规划教材3.1 3.1 化学热力学基
