当前课程知识点：大学化学 > 第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡 > 6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律 > Video
同学们好
上一节我们跟大家
一起分享了
热力学的参量
以及体系与环境之间的
相互关系
讨论了状态与状态函数
这一节啊我们将在此基础上
跟大家继续讨论
化学反应当中的能量变化
我们重点跟大家讨论的是
热力学的第一定律
要了解热力学的第一定律
我们就需要回过来
去讨论两个典型的
非状态函数
热和功
热呢是系统与环境
因为温度的不同
而产生的能量的传递
而另外一个非状态函数功
则是以系统与环境之间
通过热以外的其它方式
来传递能量的
这样一种描述
这当中
除了热以外
系统与环境之间
它的能量传递方式
既可以通过膨胀与压缩
也可以通过
系统与环境之间
其它方式来传递相应的功的
这样的一个能量
如果我们来考察
一个体系当中
所包含的
各种形式的能量的话
我们就可以总结出
热力学当中
我们经常讨论的内能的
它的实质的含义
对于组成一个体系的
物质来讲
这当中的分子
既有平动的能量
也有转动的能量
还有振动的能量
以及静电的相互作用能
这些能量形式
包含了方方面面
以不同的方式
组成的能量的总和
就被我们总结成
热力学的内能
而内能呢是表述
我们整个体系能量状态的
一个最直接的物理的参量
了解了热力学内能的组成
我们还可以从
整个体系当中
分子和原子的运动状态上
加深以对内能的理解
我们可以看到
内能包括体系内
分子运动的动能
分子间的相互作用能
以及分子中
原子和电子的运动能
对于固液体系来讲
这些能量
就是它们体系
能量运动的总和
对于理想气体来讲
理想气体体系当中
它的内能呢
往往仅仅是温度的函数
所以从气体分子运动论
我们就很容易把握
理想气体的
分子的运动状况
与温度之间的关系
内能是一个状态函数
它是没有绝对值的
在研究体系内能的变化时
往往是研究的
状态之间的变化值
而内能的量纲呢
与热量和功的量纲
是完全一致的
也就是kJ
如果我们从下边这个例子上
可以了解状态与非状态函数
以及过程与我们的
初态和始态之间的关系的话
我们可以加深
对于状态函数以及过程的
相关关系的理解
同学们可以看
如果我们把1g的液态的水
给它加热1℃
在标准的大气压下
我们可以得到
这样一个过程
我们只给它增加
相应的热量
也就是4.1855J
水的温度可以升高1℃
我们也可以
只给它提供一半的热量
和一半的功
这时候
水也可以在一个大气压下
升高1℃的这样一个状态
而我们相比之下
还有一种途径
就是我们只做功
而不给水传递热量
达到平衡时呢
神奇的现象出现了
1g的液态水
也会同样的升高1℃
我们仔细的分析
过程1、2和3
虽然它们分别以
单独的传递热
和单独的传递功
以及热和功同时加以传递
这样的方式
来实现了由10℃到11℃
这样一个1g水的
温度的升高
但是
内能的变化是完全一致的
这就告诉大家
不同的途径
功和热是可以不同的
但是
只要终态和始态
两者之间的状态确定了
状态函数就唯一的确定了
而状态函数的变化呢
与我们的具体的过程
是没有关系的
因此
内能就是典型的状态函数
而与过程有关的
热力学的参量
热和功
就是我们最常见的
非状态函数
了解了过程
与状态函数之间的关系
我们进一步的学习热力学
第一定律的实质的含义
热力学第一定律
也被人们总结为
能量守恒定律
它是被无数的自然学科
所证明的一个公理
热力学第一定律认为
能量既不能被创造
也不能被消灭
在自然界当中
它只能从
一种形式转变为
另一种形式
而总量保持不变
依据这样的原则呢
英国物理学家焦耳
就是最早研究能量的
不同形式之间的转化的
这样一个代表
我们的热功当量
就是由焦耳首先提出的
而理解了能量的转化形式
以及能量的总的量不变
这样一个能量守恒的准则
人们就从根本上否定了
第一类永动机制造的可能性
所谓第一类永动机
是指不需要外界供给能量
而自身呢又可以
永远的工作下去的
这样一种臆想
而在这样的一个过程当中
由于能量它的总量的不变
就否定了人们
幻想不输入能量
而可以无限制的得到能量的
这样的一种可能
虽然时至今日
随着人们对于能量守恒定律的
理解的加深
人们再也不会去期望
产生第一类永动机的幻想
但是
如果我们不能够
对于能量既不能创造
也不能凭空消灭
这样一种基本思想的把握
那么当第一种永动机
再变成另外一种方式
改头换面的时候
或许我们还会
在这样的伪科学面前呢
丧失了自己的立场
比如说
对于大多数同学而言
在你们出生以前的
80年代末和90年代初
在中华大地上
人们就热烈的讨论着
一个新的命题
也就是所谓的水变油
当然
这个命题是打引号的
新的命题
因为
如果我们从能量守恒定律
这样一个基本原则出发
我们就不会去臆想
能够把水这种
不包含能量的物质
变成可以作为
天然燃料的代替品的
包含能量的物质
而恰恰由于部分人呢
他们丧失了对于
能量守恒定律的把握
从而在那种水变油的
一种伪科学的狂潮当中
迷失了自己
成为了这样一个伪科学浪潮的
推波助澜者
有这样一个伪科学
造成的社会
和经济上面的影响
同学们可以课后
通过查阅有关的资料
加以了解
同时通过这样的事例
也教育大家
要强化我们对于
能量状态的转化
以及能量总量不变的
这样一个基本思想的固守
只有这样的固守
才有可能使我们在未来
可能以其它的
改头换面方式出现的
新的否定能量守恒定律的
这些伪科学的出现
有了免疫力
理解了能量守恒定律
我们进一步的去了解
热和功
作为能量传递的主要方式
它们彼此之间的关系是怎么样的呢
刚才我们已经介绍了
英国物理学家焦耳
是测量热功当量的第一人
如果我们感叹于
在一个多世纪以前
人们就准确的把握了
热和功之间的
精确的数学关系的话
我们回过头来
再看焦耳
在一个多世纪以前
借助的简单的实验工具
手动的螺旋桨
和量热的容器
我们就会更加感叹
科学家们
他们怎么样借助
有限的实验条件
而实现了伟大的科学的梦想
这一点
和我们在前面讨论的
采用拉乌尔定律
人们就可以在
发现分子的质量
或结构之前
来准确的测量
非电解质的物质的
摩尔质量或分子量
它所实现的科学原理
与焦耳的热功当量的测试原理
可以说没有直接的联系
但是他们的科学思想
和科学实验的行为
却给我们后人
留下了无穷的启示
同学们在以后的学习当中
还有许许多多
这样借助简单的思想
和简单的工具
实现精确的科学结论的
这样的事例
同学们在不断的学习当中呢
再加以一 一的了解
了解了物质的内能以及
能量是由热和功
作为主要的传递方式
我们就可以把
热力学的第一定律
表达为这样的一个
数学的表达式
在这个式子当中
热量和功对于系统的影响
主要是影响
体系的内能的变化值
而内能的变化值呢
又与我们内能
在终态与始态
两者不同状态之间的
变化值的差
有直接的关系
而内能的变化呢
又是指我们体系的内能
在终态与始态之间的变化值
如果我们形象的来理解
这样一个数学的关系的话
我们就发现
内能的变化
等于体系从环境当中
吸收的热量
加上环境对体系所做的功
了解了热力学第一定律的
数学表达式
我们可以从
这样一个关系上
来进一步的掌握
功和热量的变化
对于内能变化的影响
首先
内能的变化如果是增加的
这就意味着
体系的内能在增多
相反的如果ΔU呢 是负值
这也就表示
体系的内能在减少
而功与热量
对于体系内能变化的影响呢
我们要从热的符号上
来加以区分
一般来讲
体系如果从环境当中吸热
这时候
它的变化对于内能的变化
是正向的贡献
如果体系向环境当中放热呢
这时候
它对于体系内能的变化
是负向的贡献
也就是说
吸热代表着正号
放热呢 则要用负号来表示
而功的变化
却与环境与体系之间的
相互关系
直接相关
IUPAC规定
如果环境对体系做功
也就是
体系吸收了从环境当中
传递的功
这时候
对于内能的变化
是正向的作用
也就是说
环境对体系做功
对于内能的增加
有直接的贡献
相反
如果体系对环境做功
这时候表现的
就是体系内能的减少
因此
体系对环境做功呢
功就变成了一个负值
关于热与功
它们符号取值的方向
在化学领域里边
70年代80年代以前
人们往往规定的是
体系对外做功为正
而环境对体系做功呢为负
所以同学们
如果查阅80年代以前的参考资料
经常会看到
热力学第一定律的
数学表达式当中
不是Q+W
而变成了Q-W
90年代后呢
IUPAC致力于统一
热力学物理参量的
取值符号的标准
所以
越来越多的参考资料当中
都集中到了
吸热取正 放热取负
环境对体系做功为正
而体系对环境做功为负的
这样一个新的IUPAC标准项
当我们看90年代以后的
这样参考资料当中
就很少再出现
由于加号或减号
引起的对概念的理解的偏差
关于这点呢
同学们在以后的学习当中呢
还可以加以留意和对照
有关热力学
第一定律的相关内容
这一节我们先介绍到这儿
下一节呢我们将继续讨论
热力学相关参数
以及相关参数
设立的环境条件
以及其变化的规律
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
