当前课程知识点:普通化学 > 第六章 热力学基础 > 6.2 热力学第一定律和焓 > 6.2 热力学第一定律和焓
接下来我们看热力学第一定律
以及新的物理量
也叫状态函数——焓
大家都熟悉能量守恒定律
即能量不会凭空产生 也不会凭空消失
只能从一种形式转化为别的形式
或者从一个物体转移到另一个物体
在转化或转移过程中 它的总量是不变的
1850年德国科学家克劳休斯
将能量守恒定律应用于热力学系统
认为任何物质或者系统
都具有热力学能
也有人叫内能
包括所有形式的能量
用符号U来表示
由于能量形式和种类的复杂性
到目前为止
我们还无法测量得到热力学能的绝对值
但是如果考虑热力学能的变化量ΔU
以热量和功的形式传递能量
那么热力学第一定律的数学表达式为
ΔU=Q+W 定义为公式1
其中系统吸收热量Q值取正
相反取负
环境(或者叫外部)对系统做功W值为正
相反取负
对于化学反应
很容易想象出一个化学反应
伴随吸收或者放出热量
那么如何通过化学反应做功
来看我们熟悉的一个化学反应
金属锌与稀盐酸反应放出氢气
氢气可以推动空气做功
如果将生成的氢气收集
并储存在一个无摩擦活塞封闭的容器中
那么气体膨胀 反抗外压p外做功
设 气体反抗外压p外膨胀的距离为Z
根据功的定义
功W等于所受的力F
乘以在力的方向上移动的距离Z
如果容器的截面积为A
那么p外=F/A
所以W等于p外乘以A乘以Z
由于外压与移动距离Z的方向相反
因此为负
而A乘以Z正好等于气体膨胀的体积ΔV
因此气体的膨胀功W就等于-p外乘以ΔV
这是公式2
如果结合热力学第一定律的数学表达式[1]
以及刚刚推出来的功的计算公式[2]
就可以得到ΔU=Q-p外*ΔV
当反应发生在体积固定的容器中时
叫做定容过程
这时ΔV=0 W=0
因此ΔU=QV 定义为公式3
也就是说
定容过程中系统吸收的热量
全部用来增加热力学能
那么定压过程会怎样呢
如果一个化学反应在烧杯中进行
反应的起始终了压强始终等于外压
也就是大气压 即定压过程
这时W不等于零
因此ΔU不等于Q
那么定压过程的Q等于什么呢
如果我们定义一个新的状态函数
叫做焓 H
定义H=U+ pV
那么ΔH =ΔU+Δ pV
我们可以推出在定压条件下
ΔH=Qp 定义为公式4
也就是说
通常在烧杯中进行的化学反应的反应热
Qp等于焓变
这个结论对我们后来研究热化学
具有非常重要的意义
-1.1回顾和再认识化学
-1.2学习化学的重要意义
-1.3化学学科体系
-1.4-1.5课程安排、学习化学的一般方法
-2.1核反应与元素的转化
-2.2元素的分布与丰度
-2.3放射性核素与原子能
-第二章 元素的起源与分布--习题
-3.1原子的组成
--3.1原子的组成
-3.2原子结构
--3.2原子结构
-3.3核外电子分布
-3.4元素周期律
--3.4元素周期律
-3.5原子半径、电离能、电子亲和能、电负性
-第三章 原子结构与周期律--习题
-4.1化学键
--4.1化学键
-4.2 Lewis理论
-4.3如何确定Lewis结构
-4.4价层电子对互斥理论
-4.5价键理论
--4.5价键理论
-4.6分子轨道理论
-4.7分子间作用力
-第四章 化学键与分子结构--习题
-5.1晶体的特征
--5.1晶体的特征
-5.2晶体结构的周期性
-5.3晶体的基本类型及其结构
-习题--作业
-6.1 热力学第零定律和温度
-6.2 热力学第一定律和焓
-6.3 热力学第二定律和熵
-6.4 热力学第三定律和规定熵
-第六章 热力学基础--习题
-7.1化学平衡与平衡常数
-7.2标准平衡常数与Gibbs自由能变化
-7.3多重平衡规则
-7.4化学平衡的移动
-第七章 化学平衡--习题
-8.1化学反应速率
-8.2简单级数反应的速率公式
-8.3反应级数的测定
-8.4温度对反应速率的影响
-8.5反应机理
--8.5反应机理
-8.6催化反应动力学
-第八章 化学反应动力学--习题
-9.1酸碱概念的历史演变
-9.2弱酸、弱碱的解离平衡
-9.3盐的水解
--9.3盐的水解
-9.4缓冲溶液
--9.4缓冲溶液
-第九章 酸碱平衡--习题
-10.1溶度积
--10.1溶度积
-10.2沉淀的生成
-10.3沉淀的溶解
-10.4沉淀的转化
-10.5分步沉淀
--10.5分步沉淀
-第十章 沉淀溶解平衡--习题
-11.1基本术语
--11.1基本术语
-11.2氧化还原反应与原电池
-11.3电极电势与电动势
-11.4氧化还原反应进行方向的判据、氧化还原反应平衡关系
--11.4氧化还原反应进行方向的判据、氧化还原反应平衡关系
-11.5电极电势的影响因素-能斯特方程
-11.6元素的电极电势图
-第十一章 氧化还原反应和电化学--习题
-12.1配合物的概念
-12.2配合物的异构现象
-12.3配位化合物的价键理论
-12.4配合物的晶体场理论
-12.5配位平衡计算
-第十二章 配位化合物--习题
-13.1 有机化学学科的建立
-13.2 有机化合物结构的探索
-13.3 精彩的有机合成
-13.4 有机化学的诱人前景
-第十三章 有机化学发展简史--习题
-13.5 典型有机物举例
-13.6 什么是有机化合物
-13.7 有机化学的概念
-13.8 有机化合物分类
-13.9 有机化合物结构表示法
-13.10 有机化合物中共价键的形成
-第十三章 有机化学发展简史--习题