胶体化学第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,胶体化学第一章,胶体化学第一章胶体化学第一章1.热力学第一定律及其应用则注意：（1）H是状态函数，是广度性质。（3）H具有能量的量纲，但焓不是能量，且绝对值无法测定。（4）Qp为恒压热效应，是封闭体系、只做体积功的恒压过程热。Qp只是在数值上与状态函数H的改变量相等，但Qp不是状态函数。（2）HU+pV 中的p为体系的压力。,1.,热力学第一定律及其应用,则,注意：,（1）,H是状态函数,，,是广度性质,。,（3）H具有能量的量纲，但,焓不是能量,，且绝对值无法测定。,（4）Q,p,为,恒压热,效应，,是封闭体系、只做体积功的恒压过程热。,Q,p,只是在数值上与状态函数H的改变量相等，但,Q,p,不是状态函数,。,（2）,H,U+pV,中的,p为体系的压力。,1.,热力学第一定律及其应用,1.3.3 相变焓,体系中的物质从一个相转移至另一个相的过程称为,相变化过程,。,常见的相变化过程有蒸发、冷凝、熔化、凝固等。,在恒温和该温度的平衡压力下且W=0时，相变过程所伴随的热效应为,相变焓,或,相变热,。以符号,相变,H（T）,表示。,1.,热力学第一定律及其应用,思考题：,判断下列说法是否存在问题：,（1）只有在等压过程中才有焓的概念；,（2）体系的焓等于体系所含的热量；,（3）体系的焓等于体系在恒压过程中吸收热量；,（4）体系的焓变化等于体系在恒压过程中吸收热量。,1.,热力学第一定律及其应用,1.3.4 焦耳,盖,吕萨克,实验,盖,吕萨克在,1807年,，焦耳在,1843年,分别做了如下实验：,(1)实验,1.,热力学第一定律及其应用,(3)实验结果,1）水浴温度没有变化，,Q,=0,2）体系没有对外做功，,W,=0,根据热力学第一定律得该过程的,又因为,现dT=0，dU=0，而dV0,当左边的气体压力越低，实验温度越高时结论越正确。,实验证明：,p,0，气体理想气体。,1.,热力学第一定律及其应用,同理可得,理想气体的热力学能,仅是,温度的函数。,并可推知,理想气体的焓,也仅是,温度的函数。,（1.3.5）,（1.3.4）,则有,理想气体,1.,热力学第一定律及其应用,1.4 热容,1.4.1 热容,均相,、,组成不变,且,只做体积功,的,封闭体系,，,温度升高1K所吸收的热,称为,热容,，用符号,C,表示。热容的单位为,JK,-1,。,热容是广度性质,。,(1)平均热容,(2)真热容,1.,热力学第一定律及其应用,(3),等容热容,(4)等压热容,dU=C,V,dT,dH=C,p,dT,1.,热力学第一定律及其应用,1.4.2 摩尔热容,C,m,称为摩尔热容，单位为,JK,-1,mol,-1,。,(1)摩尔恒容热容,适用条件,：等容、只作体积功、均相、组成不变的封闭体系,1.,热力学第一定律及其应用,(2)摩尔恒压热容,（1.4.6）,（1.4.7）,（1.4.8）,或,式中,a,，,b，c,；,a，b，c,.是经验常数，由各种物质本身的特性决定，可从热力学数据表中查找。,适用条件,：等压、只作体积功、均相、组成不变的封闭体系,1.,热力学第一定律及其应用,对单原子理想气体,对,双原子分子,或,线性多原子分子,对于凝聚体系（固体或液体），一般认为,1.,热力学第一定律及其应用,例1,将2molN,2,（g）自25加热到100，若经（1）恒容加热；（2）恒压加热。分别求两过程的U、H、Q和W。N,2,（g）可视作理想气体。,例2,已知方解石（CaCO,3,）在2981200K温度范围内热容与温度的关系为C,p，m,=(104.52+21.9210,-3,T)J.mol,-1,.K,-1,;今将1kg方解石在空气中加热自25加热到900，需要多少热量？假设方解石在此温度区间不分解。,1.,热力学第一定律及其应用,例3,将1mol温度为273K的冰在101325Pa下加热为373K的水蒸气，计算此过程的U、H、Q和W。已知0，101325Pa下冰的,fus,H,m,=6.0kj.mol,-1,100,101325Pa下水的,vap,H,m,=40.64kj.mol,-1,在0100 范围内水的C,p，m,=75.31 kj.K,-1,.mol,-1，,水蒸气可视为理想气体。,1.,热力学第一定律及其应用,1.5 功与过程,1.5.1 膨胀过程与功,设,在定温下,，一定量理想气体在活塞筒中克服外压,p,外,，经,4种不同途径,，体积从,V,1,膨胀到,V,2,所作的功。,1.,热力学第一定律及其应用,1.自由膨胀过程,（向真空膨胀，p,外,0）,2.一次恒外压膨胀过程,（p,外,p,2,=常数）,1.,热力学第一定律及其应用,恒外压膨胀过程与功,1.,热力学第一定律及其应用,3.多次恒外压膨胀过程,(1)克服外压为 ，体积从 膨胀到 ；,(3)克服外压为 ，体积从 膨胀到 。,(2)克服外压为 ，体积从,膨胀到 ；,（设分三步恒外压膨胀）,所作的功等于3次分步膨胀过程所作功的加和。,1.,热力学第一定律及其应用,多次恒外压膨胀过程与功,可见，,外压差距越小，膨胀次数越多，做的功也越多,。,1.,热力学第一定律及其应用,4.外压与体系的,压力差为,dp,的膨胀过程,（近似可逆膨胀过程）,忽略二阶无穷小量,dpdV,1.,热力学第一定律及其应用,对于理想气体,这种过程近似地可看作,可逆过程,，,体系对环境所作的功最大,（绝对值最大）。,1.,热力学第一定律及其应用,压缩过程也可用类似于膨胀过程的处理方法进行,膨胀过程与功,压缩过程与功,1.,热力学第一定律及其应用,从以上的膨胀与压缩过程看出，,功与变化的途径有关,。虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同。显然，,可逆膨胀过程中体系对环境作最大功,；,可逆压缩过程中，环境对体系作最小功,。,总结：,2.,可逆过程,体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之后，如果能使,体系和环境都恢复到原来的状态,而未留下任何永久性的变化，则该过程称为,热力学可逆过程,。否则为不可逆过程。,1.,热力学第一定律及其应用,3.可逆过程的,特点,整个过程是一连串非常接近于平衡的状态所组成，完成过程的速度无限缓慢的。,过程每一步都可逆向进行，整个过程也能逆向进行，,经过正逆两过程体系与环境都,完全恢复,原状,。,等温膨胀时体系作最大功,；,等温压缩时环境对体系作最小功,。,可逆过程为一理想过程，实际过程只能无限趋近于它，但绝对达不到。,1.,热力学第一定律及其应用,例1：1 mol H,2,由101325 Pa，298 K分别经下列,不同的途径恒温变化到终态压力为50663 Pa，求,此过程中体系与环境的交换功。,1、向真空膨胀至终态；,2、反抗P,外,=50.663 kPa的恒定压力膨胀至终态；,3、反抗P=75.994 kPa的恒定压力之一中间平衡态，然后再反抗P,外,=50.663 kPa的恒定压力膨胀至终态。,1.,热力学第一定律及其应用,1.6 热化学,热化学,是精密测定,化学反应的热效应,并研究,其变化规律,的科学。它是热力学第一定律在化学反应过程中的具体应用。,1.6.1 化学反应的热效应恒压热与恒容热,体系在,只做体积功,的,等温反应,过程中所吸收或放出的热量称为,化学反应热效应,。,1.,热力学第一定律及其应用,若反应是在,恒温恒容,条件下进行,恒容热效应,Q,V,=U,若反应是在恒温恒压条件下进行,恒压热效应,Q,P,=H,H=U+(pV),因为,若将反应体系中的,气体,视为,理想气体,，凝聚态对(pV)值的贡献忽略不计，则有,1.,热力学第一定律及其应用,（n,g,=n,g,生成物,-n,g,反应物,）,（1.6.1）,1.,热力学第一定律及其应用,1.6.2 反应进度,反应进度,是用来表示,反应进行程度,的状态参变量。,对于任意化学反应,t=0，,=0,n,D,(0)n,E,(0)n,G,(0)n,H,(0),t=t，,=,n,D,n,E,n,G,n,H,1.,热力学第一定律及其应用,写成,通式,(1),B,为参加反应的任一组分的,计量系数,，对,产物,B,为正,，对,反应物,B,为负,。,（1.6.2）,说 明：,(2)的量纲为,mol,，且总是,正值,。,(3)当反应按所给反应方程式的,计量系数比,进行,一个单位,的化学反应时，反应进度,=1mol,。,(4),的取值范围由体系中起始物质的量与计量系数比值,最小,的那个反应物决定。,(5),用任一物质来表示反应进度其值都相等,。,反应进度,的,定义式,1.,热力学第一定律及其应用,反应 1,=1mol,，,r,H,m,1,反应 2,=1mol,，,r,H,m,2,r,H,m,摩尔,反应焓变,对同一化学反应，,r,H,m,和反应进度,均,与化学反应计量方程式写法有关,。,r,H,m,2,=,2,r,H,m,1,1.,热力学第一定律及其应用,1.6.3 热化学反应方程式,表示,化学反应与反应热效应的方程式,称为,热化学反应方程式,。,规定：,压力为,p,=,100kPa,和温度为,T,的物质状态为标准态。,纯气体,则是在p,和温度T时并具有,理想气体性质,的状态；,凝聚体系,则是处于p,和温度T时,的,纯液体或纯固体,。,标准态没有规定温度，,每个温度都有一个标准态。,一般,298.15 K,时的,标准态,数据有表可查。,1.,热力学第一定律及其应用,一个化学反应的,标准摩尔反应焓,其符号为 ，单位为,kJmol,-1,。,焓的变化,反应物和生成物都处于,标准态,反应进度为1 mol,反应,反应温度,1.,热力学第一定律及其应用,1.6.4 赫斯定律,在,等压或等容条件,下，任一,化学反应的热效应,仅与反应物的,起始状态,和生成物的,终了状态,有关,而与中间步骤无关,。,赫斯定律,赫斯定律的,理论依据,就是,热力学第一定律,。,结论,：,热化学,反应方程式,可以,相互加减,。,赫斯定律只能在,等压,或,等容,条件,下使用。,1.,热力学第一定律及其应用,1.6.5 几种热效应,1.标准摩尔生成焓,在,标准压力p,和进行反应的温度,下，由,最稳定的单质,生成,1mol,指定相态的某化合物,时的热效应称为该化合物的,标准摩尔生成焓,。用符号 表示。,物质在298K时的 可以从附录或手册中获得。,最常见的,最稳定单质,有：H,2,(g)，O,2,(g)，Br,2,(l)，Hg(l)，C(石墨）等等。,1.,热力学第一定律及其应用,利用物质的标准摩尔生成焓可以计算,化学反应的标准摩尔反应焓,。,对任意反应,由于,焓是状态函数,，设计如下循环计算H。,最稳定单质,H,1,H,2,1.,热力学第一定律及其应用,对产物,B,为,正,，,对反应物,B,为,负,。,通式,（1.6.3）,1.,热力学第一定律及其应用,2.标准摩尔燃烧焓,在 p,下,，,1mol,指定相态的有机物,在纯氧中,完全燃烧,时所放出的热量称为该有机物的,标准摩尔燃烧焓,，用符号 表示。,所谓,完全燃烧,通常,规定,物质中的C在燃烧后变为CO,2,（g），H为H,2,O（l），S为SO,2,（g），N为N,2,（g）等,稳定产物,。,物质在298K时的 可以从附录或手册中查得。,1.,热力学第一定律及其应用,利用物质的标准摩尔燃烧焓可以计算,化学反应的标准摩尔反应焓,。,对任意反应,完全燃烧产物,H,1,H,2,1.,热力学第一定律及其应用,对反应物,B,为,负,，对产物,B,为,正,。,通式,1.,热力学第一定律及其应用,1.6.6 反应热与温度的关系,基尔霍夫定律,H,m,(1),H,m,(2),（1.6.5）,基尔霍夫定律,1.,热力学第一定律及其应用,对反应物,B,为,负,，对产物,B,为,正,。,注意,：,在积分区间内，反应物质,若有聚集态的变化,，则C,p,m,为非连续函数，,积分需要分段,进行，同时要,增加相应的相变焓,。,1.,热力学第一定律及其应用,1.6.7 生命体与热力学,生命体,是一个典型的,敞开体系,。,所有生命过程，不论是单细胞动植物还是我们人类都是遵守热力学第一定律的，而不能凭空创出有机体所需的能量。,适用于生命体的热力学第一定律可以表示为,（1.6.8）,式中的,U,m,为生命体从外界获取的,营养转变的能量,。,1.,热力学第一定律及其应用,习题：,1、2、5、10、13,汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,