物理化学第二章3-1省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

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K,单原子理气：,H,2,=nC,P.m,(T,2,-T,1,),第6页,n mol,理想气体,T,1,273K,P,1,1000KPa,V,1,10dm,3,n mol,理想气体,P,2,100KPa,T,2,？,V,2,？,(2),绝热可逆,Q,2,=0,W,2,=U,2,=nC,V.m,(T,2,-T,1,),T,2,108.7 K,H,2,=nC,P.m,(T,2,-T,1,),第7页,n mol,理想气体,T,1,273K,P,1,1000KPa,V,1,10dm,3,n mol,理想气体,P,2,100KPa,T,2,？,V,2,？,(3),绝热恒外压,(3),绝热恒外压,Q,3,=0,W,3,=U,3,=nC,V.m,(T,2,-T,1,),关键求,T,2,理气、绝热、不可逆：,H,3,=nC,P.m,(T,2,-T,1,),W,3,P,外,(V,2,V,1,),P,2,(V,2,V,1,),nRT,2,+nRT,1,nC,V.m,(T,2,-T,1,),T,2,=174.7K,第8页,n mol,理想气体,T,1,273K,P,1,1000KPa,V,1,10dm,3,n mol,理想气体,P,2,100KPa,T,2,？,V,2,？,(3),绝热恒外压,Q,3,=0,H,3,=nC,P.m,(T,2,-T,1,),9010 J,W3,U3=nC,V.m,(T,2,-T,1,),5406 J,第9页,n mol,理想气体,T,1,273K,P,1,1000KPa,V,1,10dm,3,(3),绝热恒外压,(1),等温可逆,(2),绝热可逆,T,2,273K,T,2,108.7K,T,2,174.7K,Q,3,=0,H,3,9010 J,W,3,U,3,5406 J,W,2,U,2,9159 J,H,2,15.06K J,Q,2,=0,Q,W,23.05K J,H,1,U,1,0,理想气体，从同一始态出发，经等温可逆、绝热可逆、绝热不可逆过程不能抵达相同终态,第10页,2.6,相变焓,相定义,:,系统内性质完全相同均匀部分称为相。,相与相之间在指定条件下有显著界面，在界面上宏观性质改变是飞跃式。,气体,：不论有多少种气体混合，只有一个气相。,液体,：按其互溶程度能够组成一相、两相或三相共存。,固体,：普通有一个固体便有一个相。两种固体粉末不论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）,比如：某种固体盐与其饱和水溶液及水蒸气共存，系统共有气、液、固三相。,相变：系统中同一个物质在不一样相之间转变称为相变。,相变前始态可为热力学平衡态，或亚稳态，因为一些条件改变，或亚稳态失稳，发生相变，到达末态,新平衡态。,第11页,本节所主要讨论纯物质相改变，则是在恒定压力与恒定温度下进行。如大气压下冰熔化与水蒸发，其熔点与沸点是一定。因为相改变时有体积改变及热现象，所以，相改变时，系统与环境间有热与功交换。在此条件下，相变热是恒压热,Q,p,，而且,Q,p,=,H,，即相变热等于相变焓。,1.,相变焓,若有质量,m,，,物质量为,n,纯物质,B,在恒定温度压力下由,相转变为,相，其转变前焓为,H,(,),，转变后焓为,H,(,),，则有：,第12页,过程焓变为,:,摩尔相变焓为,:,比相变焓为,几个相态间相互转化关系以下,:,气相,升华,(sub),凝华,凝固,熔化,(fus),固相,固相,晶型转变,(trs),凝结,蒸发,(vap),液相,第13页,标识法与相互关系为,:,它与摩尔凝固焓 关系为,:,摩尔熔化焓,摩尔升华焓与摩尔凝华焓关系,:,摩尔蒸发焓与摩尔凝结焓关系,:,第14页,不一样晶型间摩尔转变焓要注明方向,若固体从,型转变为,型,则摩尔转变焓为,:,文件中给出摩尔熔化焓、摩尔转变焓是在大气压力及对应熔点及转变点下值。普通不注明压力是因为压力对于熔点及转变点影响很小。而对蒸发过程，因为压力对于沸点影响很大，所以除了极少数物质给出了不一样温度下摩尔蒸发焓，普通只给出正常沸点（,101.325kPa,下沸点）下摩尔蒸发焓。,这些数据都是在相平衡温度及平衡压力下值，所以即是可逆相变焓，并等于可逆热,Q,r,。,对于凝聚态（固体、液体）之间相改变，往往有：,(,pV,)0,，所以,H,U,，,Q,U,H,第15页,而对于包含气相相改变过程，如蒸发与升华等，因为气体摩尔体积远大于固体和液体摩尔体积，所以凝聚相体积可忽略不计，而气体体积往往又可用理想气体方程去近似，所以在恒温、恒压相改变过程中有：,Q,p,=,H,，,W,=-,p,V,-,pV,g,=-,nRT,，,U=,H-,(,p,V,),=,H-nRT,(,其中,n,为变为气态物质量,),第16页,例,2.6.1,在,100,C,恒温槽中有一容积恒定为,50 dm,3,真空容器,容器内底部有一小玻璃瓶,瓶中有液体水,50 g,。现将小瓶打破，水蒸发至平衡态，求过程,Q,，,W,，,U,及,H,。,已知：,100,C,时水饱和蒸气压为,101.325 kPa,，在此条件下水,H,2,O,摩尔蒸发焓为,40.668 kJ,mol,-1,。,100,0,C,50 g,50dm,3,50dm,3,50 g,100,0,C,解：由容器容积及,100,C,下水饱和蒸气压，可求出蒸发水物质量为：,第17页,所以剩下水为：,(50 1.633,18.015)g=20.58 g,。,第18页,2.7,化学反应焓,1.,化学计量数,将任一化学反应方程式,:,a,A+,b,B=,y,Y+,z,Z,写作,:0=-,a,A-,b,B+,y,Y+,z,Z,，即：,B,表示反应分子、原子或离子等，而,B,即是,B,化学计量数。,它量纲为一，数值可为整数或分数，对,产物取,正,，,反应物取负,。,同一个化学反应，其写法不一样，则对同一个物质化学计量数不一样。,第19页,比如，合成氨反应，若写作：,它即是：,所以，,但若写作：,则，,第20页,2.,反应进度,：,定义,:,表示化学反应进行程度。符号,。,对于反应：,反应进度定义为：,其中，,n,B,为反应方程式中，任何一个物质物质量，,B,为该物质在方程式中化学计量数。一个化学反应反应进度，与选取哪种物质来表示无关。（用不一样物质表示同一个反应反应进度必定相同）。反应进度单位是,mol,。,第21页,若对于同一个化学反应，物质,B,，有一样,n,B,，但对不一样写法化学方程式，因为,B,不一样，,也不一样。举例说明以下：,设在合成氨反应中，,n,(N,2,)=-1 mol,，,=,n,(N,2,)/,(N,2,)=-1mol/-1=1mol;,对于一个写法反应：,而对于另一个写法反应：,=,n,(N,2,)/,(N,2,)=-1mol/(-0.5)=2 mol;,所以，当提到反应进度时，必须要指明它对应于哪一个化学反应方程式。,第22页,3.,摩尔反应焓,定义,:,反应焓,:,在一定温度压力下，化学反应产物焓与反应物焓之差。符号：,若反应物物质量为,n,A,与,n,B,，摩尔焓为,对于某反应，若反应物为,A,、,B,，产物为,Y,、,Z,，反应,用 形式表示，应该是：,A,A,+,B,B=,Y,Y,+,Z,Z,首先，我们必须注意到，产物与反应物都假设是,处于纯态,。,第23页,因为,:,若产物物质量为,n,Y,与,n,Z,，摩尔焓为,所以,反应焓为,:,所以,:,定义,:,为摩尔反应焓。代入上式，,第24页,所以有：,若反应物与产物并不处于纯态，则应有：,其中,H,B,为,B,物质偏摩尔焓。,因为对于同一个反应，,不一样写法方程，,B,值不一样。所以,同一个反应，,不一样写法方程，,r,H,m,也不一样。所以，谈到,r,H,m,时，不但要指明针正确反应，还应该指出方程式详细形式。,第25页,1.,标准摩尔反应焓,定义,:,标准压力,标准态,气体标准态为标准压力下表现出,理想气体性质纯,气体。液体、固体标准态为标准压力下,纯,液体、固体状态。温度无要求，普通选,25,C,。,标准摩尔反应焓,在某温度下，各自处于标准态下反应物，反应生成一样温度下各自处于标准态下产物，该过程摩尔反应焓即为,标准摩尔反应焓。,用公式表示即是：,2.8,标准摩尔反应焓计算,第26页,注,2,：,在详细反应中，反应物及产物处于混合状态，它们并,不是纯态。不过，若它们混合焓是可忽略时，仍可认为摩尔反应焓 近似等于,标准,摩尔反应焓。,非标准压力下一个详细反应摩尔反应焓,r,H,m,与一样温度下标准,摩尔反应焓 数值上差异不大,因为压力对于液态、固态及低压气态物质摩尔焓影响很小。所以能够认为，常压下，某一化学反应摩尔反应焓,r,H,m,近似等于同温度该反应标准,摩尔反应焓。,注,1,：,第27页,在实际上，往往经过物质标准摩尔,生成焓,与标准摩尔,燃烧焓,来计算标准摩尔反应焓。,意义，但该式并无实际意义，因为各物质 是不知道。,即使从,我们得知,第28页,2.,标准摩尔生成焓及由标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓,几点说明：,1,）所谓“一定温度”，普通指,25,C,。,2,）所谓“稳定相态单质”，碳指,C(,石墨,),；硫指,S(,正交,),；磷，过去指白磷，近年有些文件指红磷；溴指,Br,2,(l),；汞指,Hg(l),；稀有气体指单原子气体；氢、氟、氧、氮等指双原子气体。,定义：物质,B,在某温度标准摩尔生成焓是，在一定温度,T,，由热力学,稳定相态单质,生成化合物,B,，而且,B,化学计量数,B,=1,反应标准摩尔反应焓，记为,。,第29页,3,）显然，稳定相态单质本身标准摩尔生成焓为零。,以下介绍怎样由标准摩尔生成焓求得某一反应标准摩尔反应焓。,考虑出发点是：任何一个化学反应，其全部反应物及全部产物均可由相同种及数量单质生成。所以可组成以下循环路径：,反应物,（各自处于标准态）,产物,（各自处于标准态态）,可组成以上二者标准态下稳定单质,H,1,H,2,第30页,所以,:,因为,:,第31页,3.,标准摩尔燃烧焓和由标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔,反应焓,在室温下，有机物,燃烧产物,要求,是：,C,燃烧产物为,CO,2,(g),，,H,燃烧产物为,H,2,O(l),，,N,燃烧产物为,N,2,(g),，,S,燃烧产物普通为,SO,2,(g),，,Cl,燃烧产物为一定组成,HCl,(aq),。不过对于,S,、,Cl,等，不一样书刊可能有不一样要求，应该注意。,定义：一定温度下，,1mol,物质,B,与氧气进行完全燃烧反应，生成,要求燃烧产物,时标准摩尔反应焓，称为,B,在该温度下,标准摩尔燃烧焓,。其符号为,第32页,比如,以下反应,:,标准摩尔反应焓即为液态吡啶,(C,4,H,5,N,l),标准摩尔燃烧焓。,值得注意是，按该要求，,CO,2,(g),标准摩尔生成焓即是,C(,石墨,),标准摩尔燃烧焓；,H,2,O(l),标准摩尔生成焓即是,H,2,(g),标准摩尔燃烧焓。,标准摩尔燃烧焓数值较大，轻易测定，准确度高，能够用作基础热力学数据。能够由它求得标准摩尔反应焓。,第33页,因为全部反应物及产物完全燃烧后都得到,一样种类与数量,CO,2,(g),，,H,2,O(l),及其它燃烧产物，所以我们能够结构以下循环：,标准态下：,反应物,+O,2,(g),标准态下：,产物,+O,2,(g),标准态下：,CO,2,(g),H,2,O(l),等燃烧产物,H,1,H,2,第34页,可见：,标准态下：,反应物,+O,2,(g),标准态下：,产物,+O,2,(g),标准态下：,CO,2,(g),H,2,O(l),等燃烧产物,H,1,H,2,结论,:,某化学反应标准摩尔反应焓，等于一样温度下,反应前后各物质标准摩尔燃烧焓与其化学计量数,乘积和负,值。,第35页,2.11,节流膨胀与焦耳,-,汤姆逊效应,实际气体分子间有相互作用力，因而不服从理想气体状态方程，不再有,U,=,f,(,T,),和,H,=,f,(,T,),关系，,而是,:,U,=,f,(,T,，,V,),和,H,=,f,(,T,，,p,),。焦耳,汤姆,逊,试验对此给予了证实。,一定量理想气体，其热力学能,U,与焓,H,仅是温度函数。只要温度不变，即使气体体积或压力改变了，,U,与,H,值依然不变。反之，若理想气体,U,，,H,不变，即使,p,V,改变，温度,T,也应该不变。,第36页,p,1,V,1,T,1,p,1,刚性绝热多孔塞,绝热壁,p,2,绝热活塞,1.,焦耳,-,汤姆,逊,试验,焦耳,-,汤姆,逊,试验装置以下列图：在一绝热圆筒两端各有一个绝热活塞，圆筒中部有一个刚性绝热多孔塞。左右活塞外各维持恒定压力,p,1,与,p,2,，而且,p,1,p,2,；两侧温度分别为,T,1,与,T,2,。,试验前，气体处于多孔塞左侧，以下列图。,第37页,2.,节流膨胀热力学特征及焦耳,汤姆逊系数：,气体节流膨胀后致冷能力或致热能力，表现为温度差与压力差之比。所以，定义,焦耳,汤姆逊系数,或,节流膨胀系数,为：,0,，,d,T,为负，致冷效应,；,=0,，节流前后温度不变,；,0,，,d,T,为正，致热效应,J-T,(,膨胀,d,p,0),因为,理想气体,焓只是温度函数，所以在任何时候,J-T,=0,真实气体焦耳,汤姆逊系数是温度与压力函数。,节流膨胀过程是一个,恒焓,过程。,第38页,本章小结,热力学第一定律即能量转化与守恒定律，利用它可处理过程能量衡算问题。,在本章中，,U,、,H,、,Q,、,W,等物理量被引入，其中,U,和,H,为状态函数，,Q,和,W,为路径函数，它们均含有能量单位。,为了计算过程,Q,、,U,及,H,等，本章重点介绍了三类基础热数据：,热力学计算基础,摩尔定容（压）热容,摩尔相变焓,标准摩尔生成（燃烧）焓,第39页,作业：,2.31,2.39,第40页,