沈阳药科大学无机化学教案.doc

文档介绍：沈阳药科大学《无机化学》教案
第一章化学热力学基础
第一节热力学第一定律
一、教学目的
掌握化学热力学中常用术语。
了解化学热力学中基本概念,热力学第一定律。
二、教学重点
1. 教学重点:化学热力学中常用术语。
2. 教学难点:无。
三、教学方法与手段
1. 教学方法:用生活实例进行讲解,化难为易。
2. 教学手段:采用多媒体课件与板书相结合的教学手段,以多媒体教学为主。
四、教学内容
○第一章化学热力学基础
研究化学反应,关键的两个问题是:(1)化学反应能否发生及进行的限度;(2)化学反应进行的快慢。前者属于化学热力学研究的范畴;后者属于化学动力学研究的范畴。
第一节热力学第一定律
一、基本概念和常用术语
(一)系统和环境
系统:作为研究对象的部分,
环境:系统以外密切相关的部分。
例如,我们要研究杯中的水,则水是系统;水面以上的空气,盛水的杯子,乃至放杯子的桌子等都是环境。
按照系统与环境之间的物质和能量的交换关系,通常将系统分为三类:
:系统与环境之间既有物质交换又有能量交换。
:系统与环境之间没有物质交换只有能量交换。
:系统与环境之间既没有物质交换也没有能量交换。
例如,有一敞口杯中盛满热水,如果选杯内的水为系统,这个系统就是敞开系统。如果将水放在一个密闭的容器里,得到一个封闭系统。若将水放在一个理想的保温瓶中,则保温瓶中的水就是个孤立系统。
(二)状态和状态函数
状态:由一系列表征系统性质的物理量所确定下来的系统的存在形式。
状态函数:用以确定系统状态的物理量。
把某理想气体当作系统,其物质的量n=1mol,压力p=×105 Pa,体积V= L,温度T=273 K,这就是一种状态,n、p、V和T就是系统的状态函数。
状态函数的特点:状态函数的改变量只与系统的始态、终态有关,而与变化途径无关。
例如,系统始态的温度为T1,终态的温度为T2,则状态函数T的改变量ΔT=T2 - T1。
根据描述系统性质的物理量与系统中物质数量的关系,可将系统的性质分为两类:
:其数值与系统中所含该物质的量成正比,具有加和性,如体积、质量,物质的量等。
:其数值不随系统中物质的数量而变化,不具有加和性。如温度、压力、密度等。
(三)过程和途径
过程:系统状态所发生的一切变化。
在热力学中常见的变化过程有:
:在环境温度恒定下,系统始、终态温度相同且等于环境温度的过程。
:在环境压力恒定下,系统始、终态压力相同且等于环境压力的过程。
:系统的体积保持不变的过程。
:系统与环境之间没有热传递的过程。
途径:完成某一状态变化所经历的具体步骤。
例如,一定量的理想气体由始态(298K,×105 Pa)变到终态(373 K,×106 Pa),可以采取下列两种途径,如图:
二、热力学第一定律
(一)热和功
热:系统与环境之间因温度不同而交换的能量,用Q表示。其不是系统自身的性质,不是状态函数,与变化的途径密切相关。
规定:当系统从环境吸热时,Q>0;当系统向环境放热时,Q<0。
功:除了热以外的其它各种被传递的能量,用W表示。其不是系统自身的性质,不是状态函数,与变化的途径密切相关。
规定:当环境对系统做功时,W>0;当系统对环境做功时,W<0。
功可分为体积功(We)和非体积功()两种。
体积功的求算公式:We=-pe•ΔV
如图来说明气体反抗外压膨胀时的体积功公式。
用活塞将气体密封在截面积为A的圆筒内,若忽略活塞自身的质量及其与筒壁间的摩擦力,以活塞上面放置的砝码在上造成的压强代表外压(pe)。则系统在等压(pe)膨胀时所做的功为
We=-F Δl
式中F是活塞加于系统的力,Δl是活塞移动的距离。又因压强pe=F / A
所以,We=-pe•A•Δl,而A•Δl为系统增加的体积ΔV,故体积功是:We=-pe•ΔV
例如,恒温时一定量的理想气体从始态(p1=16×105 Pa,V1= L)膨胀到终态(p2=×105 Pa,V2= L)可以按两种途径完成:
则一次膨胀到终态,系统对环境做体积功为:
We1=-peΔV =-×105 (-)=-×103( J)
两次膨胀到终态,系统对环境做体积功为:
We2=-〔×105 (-)〕+〔-×105 (-)〕
=-×103(J)

(二)热力学能
热力学能(内能):系统内一切能量的总和,用U表示。其是系统的状态函数,是广度性质。理想气体的热力