无机化学教案(16)

无机化学

内能U1的始态经过一个变化过程到内能为U2的终态时，体系的内能的变化值

ΔU ＝ U2 - U1

设在此过程中，体系从环境吸收了热量为Q，同时体系对环境做的功为W，根据热力学第一定律，体系的内能变化值为

ΔU ＝ Q – W

该式是热力学第一定律的数学表达式。其物理意义是：封闭体系从一个状态变化到另一个状态时，其内能的变化值等于体系从环境吸收的热量减去体系对环境所做的功。

[例2-1] 已知体系在一变化过程中吸收了60OJ热量，同时体系对环境做了45OJ的功，求体系的内能变化。

解： Q ＝ +600J, W ＝ +450J

ΔU ＝ Q – W

＝（+600）– （+450）＝ +150 (J)

答：体系的内能的变化值是+150J。

即体系在变化过程中，从环境获得能量使体系的内能增加。

在体系内能发生变化的同时，环境的能量也发生了相应的变化。体系吸收了热量，意味着环境失去同等的热量，当体系作功时，环境相当于作了负功。因此体系的内能变化等于环境的内能变化，但符号相反。

ΔU体系＝ ΔU环境

ΔU体系 + ΔU环境＝ 0

所以，热力学第一定律即在宇宙中的总能量是恒定不变的。

二 化学反应的热效应

（一）等容反应和等压反应热

1.等容热效应

如果体系在变化过程中只做膨胀功不做其他功，热力学第一定律可写成

ΔU ＝ Q - P ΔV

当化学反应是在一个恒容条件下进行（反应是在密闭的钢瓶中进行），在反应过程中体系的体积恒定不变ΔV=0。即体系不做膨胀功，则上式可写成

ΔU ＝ Qv

Qv表示恒容条件下的反应热效应，上式的意义是：在恒容条件下进行的化学反应，反应热效应在数值上等于体系内能的变化值。

如果反应放热Qv是负值，说明反应使体系的内能降低；如果反应吸热Qv是正值，说明反应使体系的内能升高。

2.等压热效应

如果一个化学反应是在恒压条件下进行，该反应的热效应叫恒压热效应。

恒压条件下进行的反应如果伴随有体积的变化，（特别是在有气体物质参于反应的情况下）体系就要做膨胀功，即 W ＝ P ΔV 。根据热力学定律，恒压条件下反应体系内能的变化量用数学式表示为：

ΔU ＝ Qp – PΔV

Qp表示恒压条件下反应的热效应。该式说明：恒压反应过程体系内能的变化量等于体系恒压热效应与体系所做膨胀功的差值。

根据状态函数的特点，将ΔU ＝ Qp – PΔV 数学式进行整理

Qp ＝ (U2-U1) + P(V2-V1)