化学热力学－大学化学基础课件

化学热力学－大学化学基础课件内容摘要：

化学热力学－大学化学基础课件 第六章 化学热力学化学热力学简介研究化学过程中能量相互转化及在转化过程中所遵循的规律内容： 物质相互进行化学反应的可行性自发进行的化学反应、反应程度、限度不能自发发生者，寻找转化条件反应中能量的转化特点： 普适性、可靠性 大量客观事实的总结得出规律严密逻辑推理得出结论对象： 宏观物质的性质 T, p, U, H, S, G是大宗质粒的集合体的统计行为研究方法： 利用状态函数，指出大方向，必然性与限度局限性： 不追究过程发生的细节，如机理、时间 (动力学问题 )体系与环境体系 ：根据研究目的 ， 认为划定的研究对象 ，这部分 的物质与它所占的空间。 环境 ： 除体系以外的与体系密切相关的部分称为环境体系与环境：能量交换 物质交换敞开体系 有 有封闭体系 有 无孤立体系 无 无体系环 境体系分类：2. 状态和状态函数（ 1) 定义描述（确定）系统状态的各宏观物理性质（如温度、压力、体积等）称为系统的热力学性质，又称为状态函数。 状态 ：是体系的一切性质的总和由压力、温度、体积和物质的量等物理量所确定下来的体系存在的形式称为体系的状态状态函数 ：(a) 广度性质具有部分加和性，强度性质无部分加和性。 总 1 T2,2） 分类 ：广度（广延、容量）性质 （ 度性质 （ b) 广度性质与体系所含的物质的量成正比，强度性质与体系所含的物质的量无关。 广度 （ 容量 ） 性质： 与体系中物质的量成正比的物理量 (体积 、 质量等 )， X = 具有加和性。 i=1强度性质： 数值上不随体系中物质总量的变化而变化的物理量 （ 温度 、 密度 、 热 容 、 压力 ）。 （ c）两个广度性质相除，所得为强度性质例如： , = m/V , C/n（ 3）性质：(a) 一个系统的状态函数之间是彼此关联的一个组成不变的均相体系，只需两个强度性质即可确定系统所有的强度性质。 (b) 状态函数是状态的单值函数状态函数的值与系统的历史无关；当系统由一个状态变化到另一个状态时，状态函数的增量只取决于系统的初、末态，而与具体变化的路径无关。 特点：状态一定 ,状态函数一定。 状态变化 ,状态函数也随之而变 ,且状态函数的变化值只与始态、终态有关 ,而与变化途径无关。 温过程：反应前后温度不变 （ 等压过程：反应前后压力不变 （ 等容过程：反应前后体积不变 （ V = 0）绝热过程：反应中体系与环境无热量交换 （ Q = 0）1） . 状态变化的经过称为 过程 (恒温、恒压、恒容、绝热过程）2） . 完成过程的具体步骤称为 途径不同条件下的过程，使体系达到不同状态或产生的效应不同。 3） . 状态 1 状态 2 ： 途径不同 ， 状态函数改变量相同；4） . 状态一定时 ， 状态函数有一个相应的确定值。 始终态一定时 ， 状态函数的改变量就只有一个唯一数值。 298 K， 101.3 98K， 506.5 ， 101.3 75 K， 506.5 压过程途径(I)恒温过程(I)恒压过程(系中各个状态性质又均不随时间而变化热平衡。 温度相同机械平衡。 力、压力相同化学平衡。 组成不随时间而变 （化学组成）相平衡。 在体系中各个相（气，液，固）的数量和组成不随时间而变化 （物质转移）5. 热 (量 ) (功 ( 热 (量 ) (1) 定义 :系统和环境之间由于温度的差别而交换 (传递 )的能量。 表示为 Q(2) 符号 ：吸热为正，放热为负。 规定：体系从环境 吸热 时， 体系向环境 放热 时， 3) 热与过程有关， 不是状态函数。 (4) 热的微观本质 ：是系统内部粒子无序运动的反映。 功（ 1) 定义 ：除热之外，在系统与环境之间以一切其它方式传递的能量。 表示为 W(2) 符号 ： 本书规定 ，系统做功为正，环境做功为负规定：环境对体系做功时， 系对环境做功时， 值(3) 功与过程有关，不是状态函数(4) 功的微观本质 ：系统以有序方式传递的能量(5) 体积功（膨胀功 ：当系统的体积变化时，系统反抗环境压力所作的功。 w： 微小数量的功 容量性质的变化S体积功电功表面功热和功不是状态函数 ， 不取决于过程的始 、终态 ， 而与途径有关。 6力学第一定律of 内能（ 力学能（ (1) 内能是组成体系的所有粒子的各种运动和相互作用的能量的总和。 ( 不包括体系宏观运动的动能和势能）。 用 ) 内能是系统的状态函数包括分子运动的 动能 ，分子间的位能以及分子、原子 内部所蕴藏的能量。 （ 3）广度性质， 具有加和性，与物质的量成正比。 U： 绝对值无法确定； 体系状态发生改变时，体系和环境有能量交换，有热和功的传递，因此可确定体系 内能的变化值。 U：可确定。 热力学第一定律： 能量具有不同的形式 ， 它们之间可以相互转化 ， 而且在转化过程中 ， 能量的总值不变。 2. 能量转化与守恒定律验3. 封闭系统热力学第一定律的数学表达式（宏观静止的、无外场作用的封闭系统）对微小的变化过程： 状态 （ I） 状态 （ 1 Q - U = Q W 的正负号：体系从环境 吸热 ， ；体系向环境 放热 ， ；当 体系对环境做功 时 ， ；反之 ，。 例 1: 某封闭体系在某一过程中从环境中吸收了50热量 ， 对环境做了 30 则体系在过程中热力学能变为： （ +50 200题：。 考虑下述理想气体的等温过程的体积功4 6 24 f · p外 体在整个膨胀过程中作的功应是各个微小体积变化所作的功之和： 2 1 21VV 外(1) 自由膨胀过程当体积反抗的外压力为零时 0， 如气体向真空膨胀 = 0 2 1 d (2) 恒外压膨胀 : 常数一次膨胀 二次膨胀 三次膨胀w/ 18 24 26 = = V 2 1 (3)可逆膨胀 以至于系统连续经过的每一个中间态都可近似地看成平衡态的过程。 (4) 恒容过程体系在变化过程中体积恒定不变 0 3 . 3 (a 体a p1= f=0)( 12 外)()( )(1112221122pH = U + p V 焓（ . 1) 焓是系统的状态函数，广度性质，具有能量的量纲 ,单位为 )或 kJ/(2) 焓没有明确的物理意义（导出函数），无法测定其绝对值。 H(3) 封闭系统、等压过程 压过程的热 （ ： 若体系在变化过程中，压力始终保持不变，其热量为 下标 P= U +W W = p（ U + p V = U1+p(（ - （ P = 在等压过程中，体系吸收（放出）的热量 加（减少）体系的焓恒压下 ， H 0的过程 ， 体系放热。 H 0的过程 ， 体系吸热。 正向过程与逆向过程的热效应数值相同 ， 符号相反。 b) 若体系在变化过程中 ， 体积始终保持不变 （ V = 0） ， 则体系不做体积功 ，即 W = 0；这个过程放出的热量为 闭系统、等容过程说明：在等容过程中，体系吸收 (放出）的热量 下标 V, 表示等容过程）全部用来增加（减少） 体系的内能。 U 系统中物理性质和化学性质完全相同的且与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分，叫做 相。 均相系统 (或单相系统 )非均相系统 (或多相系统 )6相变焓（相变热 )(of 变 即物质聚集态的变化相变热 通常指在 等温等压且不作非体积功 的情况下相变过程所吸收或释放的热 (相变焓 )例如 : l, H 2O(g,为 :a p 或类似有 :焓升华焓熔化 s u b l i m a t i ) ( ( f u s i o n ) ) ( 1)对纯物质 ,相变焓与温度、压力有关2)一些常见的物质在特定温度（通常是正常相变点）下的相变焓可从手册上查到。 注意：生成物的温度与反应物的温度相同，反应过程中体系只做 体积功 而不做非体积功时，化学反应中吸收或放出的热量称为化学反应的 热效应。 若反应在等温等压下进行 ,则称为等压热效应 反应在等温等容下进行，则称为等容热效应 . 反应进度（ of g) + g) = 2g)化学反应的通式：0 B B B =0) 9 4。