第1章化学热力学初步汇总
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精 确定位等。
第六态：费米子凝聚态
粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：玻色子和费 米子。当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态 上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。 准晶体
理想气体的基本假定：
n m RT ρRT RT 3、公式变换：p V V M M
1.1.2 气体分压定律
无 机 1.分压力(partial pressure) 混合气体中，某组分气体对容器所施加 化 学 的压力，叫作该组分的分压力。等于该组
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
(Dalton’s law of partial pressures)
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
可以是想象的。这种被划定的研 究对象称为体系，亦称为物系或 系统。 即体系就是所要研究的对象；体 系以外的与体系有密切联系的其 他物质或空间部分，叫做环境。
无 机 化 学 （1）敞开体系（open system）
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1.根据体系和环境的关系不同，体系可以分为三类： 敞开体系 (open system） 封闭体系 （closed system) 孤立体系 (isolated system)
2．理想气体方程要点：
无 R 8 .3 1 4 J K 1 m o l 1 机 2、适用条件： 化 理想气体——分子本身不占有空间、分子间没有相 学 互作用力
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1、注意单位：P－Pa、V－m3、T－K、n－mol →
pV nR T
高温、低压下的真实气体：一般温度不是太低、压 力不是太高的真实气体，可以忽略误差，使用该公式。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
某理想气体从始态p=1×105Pa，V=2×10-3m3, 经过恒温过程到终态 p=2×105Pa ， V=1×10-3m3 ， 可以有下面两种或更多种具体方式来实现。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
过程的着眼点是始终态， 而途径则是具体方式。
状态函数的特点： 异途同归 周而复始
值变相等 其值不变
而且要满足单值、连续、可微 状态函数有特征，状态一定值一定， 殊途同归变化等，周而复始变化同。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
T1=273K ， V1=22.4L ） 变 化 到 终 态 2 （ p2=1013250Pa ， T2=546K，V2=4.48L）无论体系中间经过那些变化过程，这 些状态函数的改变量均为：
3. 用宏观可测性质来描述体系的热力学状 态，故这些性质又称为热力学变量。可分 为两类：
广度性质（extensive properties） 又称为容量性质，它的数值与体系的物质的 量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性，在数学上是一次齐函数。 强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的 数量无关，不具有加和性，如温度、压力、密度 等。它在数学上是零次齐函数。 指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如 摩尔热容。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1）气体分子的自身不占体积, 将分子看成是有质量 的几何点(质点) 2）分子之间没有相互吸引力，分子之间及分子与器 壁之间发生的碰撞不造成动能损失。
注意： 理想气体实际上是不存在的。因此，在高温和低 压下, 实际气体接近理想气体，这种假定是有实际意 义的。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1. 过程：
体系的状态发生变化，从始态到终态，体系经历了一个热 力学过程，简称过程。有各种不同的过程，如恒压、恒容、 恒温、绝热过程等。
2. 途径：
体系经历一个过程，从始态变化到终态，可以采用许多 不同的方式，体系发生变化的具体方式称作途径。 例如：烟台大连（陆地，空中，海上）
1.2.2 状态与状态函数
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1. 状态(state)
描述一个体系，必须确定它的一系列宏观的物理、 化学性质。例如温度、压力、重量、体积、组成、能量 和聚集状态等。这些性质的总和就确定了体系的状态。 因此，状态是体系内一切性质的总和。
2. 状态函数(state function)
化学热力学，就是研究化学反应 和相变过程中能量转换规律的科学。
化学热力学研究的内容包括：
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1、当一些物质相混合时， 能否发生反应—— 化学反应的方向如何？ 2、一个反应能够发生，反应进行的程度如何？ ——化学反应的平衡问题 3、一个化学反应能够发生，反应的能量变化如何？
即：组分气体的分压等于总压与该组分气体的 量分数的乘积。
约翰· 道尔顿（1766-1844）英国化 学家、物理学家、“近代化学之父”。 无 幼年时家贫，无钱上学，加上又是一个 机 红绿色盲患者，生活艰辛，但他以惊人 化 的毅力，自学成才。12岁任小学教师， 学 15岁任中学教师，26岁任曼彻斯特新学 第 院数学和自然哲学教授。
例 [1-2] 1mol 理 想 气 体 ， 从 始 态 1 （ p1=101325Pa ，
△p=p2－p1=(1013250－101325)Pa=911925Pa △V=V2－V1=(4.48－22.4)L=－17.9L △T=T2－T1=(546－273)K=273K
1.2.3 过程(process)和途径(path，way)
分单独占有与混合气体相同体积时所产生 的压力。（温度不变）
2和。
p pA pB pC
p
i
这就是道尔顿分压定律。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
①两个容器中 O2 对器壁产生的压力是否相同？ 答：是。 ②两个容器的器壁承受的压力是否相同？
③
答：否。P1 PO ；P2 PO PN
2 2
2
p (O 2 ) p ( N 2 ) ?
答：是。 ∵pV=nRT，而V、T、n均相同
3、每种组分气体仍然遵守理想气体状态方程 设混合气体中只有两个组分 A 和 B ，其分压力分 无 别为PA和PB,其物质的量分别为nA和nB。混合气体的 机 总压力为p，混合气体的总量为n = nA + nB， 化 则混合气体中各组分的分压力为
§1-1 理想气体状态方程和分压定律
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1.1.1理想气体状态方程 (Ideal gas state equation) 1.理想气体(ideal gas)
通常物质以三种状态存在：气态、液态和固态。其中 以气态的性质最为简单。
特殊情况下呈现等离子态（由离子、自由电子、气体 分子共存的状态）--称之为第四态。 第五态:玻色-爱因斯坦凝聚态
§1-2 能量和能量守恒
化学热力学是从能量变化的角度出发，讨论 化学反应能不能发生；如果能，反应进行的程度 如何；在反应进行过程中，能量的变化值是多少。
1.2.1 体系和环境（system and surrounding）
无 在科学研究时必须先确定研 机 化 究对象，把一部分物质与其余分 学 开，这种分离可以是实际的，也
1924年,印度物理学家玻色提出：当物质接近绝对零度时, 所有的 原子似乎都变为了一个原子,处于这种状态的大量原子的行为像单个粒 子一样，无法相互区分。
要求：极低温度；原子处于气态。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1995年美国的康奈尔、威曼和德国的克特勒首先从实验上证实 了这个新物态的存在。（2001年度诺贝尔物理学奖）。第五态中的原
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
（2）封闭体系（closed system）
体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
（3）孤立体系（isolated system）
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故 又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑。
2
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
，一般可以用机械的方法分开。
单相系(均匀系): 只有一个相的体系称为单相系。 多相系（不均匀系） : 有两相或两相以上的体系称 为多相系。 相变：同一物质的气相、液相、固相间的相互转化 ，叫做相变。固态物质不同晶形间的转化也属相变。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
n RT n RT PA A , PB B V V P PA PB
n A nB n RT RT V V
PA n A nA PA P P n n PB nB nB PB P P n n n Pi P i n
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
例如: 一个敞开瓶口, 盛满溶液的瓶子, 溶液为体系, 则是 敞开体系; 若加上一个盖子, 则成为封闭体系；若将瓶子换 成保温瓶, 则变成孤立体系。 热力学上研究得多的是封闭体系。
2. 根据体系中组成的不同还可将体系分成 单相系和多相系。
无 机 相(phase)：体系中任何具有相同物理、化学性质的 化 均匀部分，称作体系的相。 学 界面 : 在不同的相之间有明确的界面。如 H O 和杯子
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
第一章
化学热力学初步
The Basis of Chemical Thermodynamic
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
用热力学的理论和方法研究化学则产生了化学 热力学。化学热力学可以解决化学反应中能量变化、 进行的限度等问题。
描述体系状态的宏观性质，称作体系的状态函数。 体系的状态是由一 系列状态函数确定下来的。反之， 体系的状态确定了，这些性质也确定了。
3. 状态函数的特征
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
体系的状态一定，体系的状态函数就有一定的值， 如果状态发生变化，状态函数也随之变化，但只要终态 和始态一定，状态函数的变化值就是一定的，不会因为 始态到终态的变化过程不同而有差别。如果体系经过一 系列变化又回到始态，各状态函数又回复到原值。或者 说，状态函数只与系统变化的始态和终态有关，而与变 化的途径无关。这是状态函数最重要的特征。
U= UK + UP + UN Kinetic，Potential，Nuclear
过程－位移、路线 途径－路程
1.2.4 内能、热和功
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1、内能
内能是体系内一切能量的总和。用符号“U”表示， 体系的内能包括体系内部分子（或离子、原子）的内 动能，分子之间作用能（分子间的势能），分子内部 具有的能量（包括分子内各种粒子如原子、原子核、 电子等运动的能量与粒子间相互作用的能量以及核能 等），但不包括体系整体运动的动能和体系整体处于 外力场中具有的势能。
一 章 化 学 热 力 学 初 步
1801年提出分压定律，1804年系统地提出了原子学说， 主要观点： 1）化学元素由不可分的微粒—原子构成； 2）同种元素的原子性质和质量都相同； 3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。
1.1.3 气体扩散定律
1831年，英国物理学家格拉罕姆提出气体扩散定 无 律：同温同压下，某气体的扩散速率与其密度的平 机 方根成反比。
化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1 ui i
或
uA uB
B A
而同温同压下气体的密度与其相对分子量M成正比。 MP （ PV=nRT=m/M RT ） RT
uA uB
MB MA
235U和238U的分离
- 应用
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
第六态：费米子凝聚态
粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：玻色子和费 米子。当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态 上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。 准晶体
理想气体的基本假定：
n m RT ρRT RT 3、公式变换：p V V M M
1.1.2 气体分压定律
无 机 1.分压力(partial pressure) 混合气体中，某组分气体对容器所施加 化 学 的压力，叫作该组分的分压力。等于该组
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
(Dalton’s law of partial pressures)
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
可以是想象的。这种被划定的研 究对象称为体系，亦称为物系或 系统。 即体系就是所要研究的对象；体 系以外的与体系有密切联系的其 他物质或空间部分，叫做环境。
无 机 化 学 （1）敞开体系（open system）
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1.根据体系和环境的关系不同，体系可以分为三类： 敞开体系 (open system） 封闭体系 （closed system) 孤立体系 (isolated system)
2．理想气体方程要点：
无 R 8 .3 1 4 J K 1 m o l 1 机 2、适用条件： 化 理想气体——分子本身不占有空间、分子间没有相 学 互作用力
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1、注意单位：P－Pa、V－m3、T－K、n－mol →
pV nR T
高温、低压下的真实气体：一般温度不是太低、压 力不是太高的真实气体，可以忽略误差，使用该公式。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
某理想气体从始态p=1×105Pa，V=2×10-3m3, 经过恒温过程到终态 p=2×105Pa ， V=1×10-3m3 ， 可以有下面两种或更多种具体方式来实现。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
过程的着眼点是始终态， 而途径则是具体方式。
状态函数的特点： 异途同归 周而复始
值变相等 其值不变
而且要满足单值、连续、可微 状态函数有特征，状态一定值一定， 殊途同归变化等，周而复始变化同。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
T1=273K ， V1=22.4L ） 变 化 到 终 态 2 （ p2=1013250Pa ， T2=546K，V2=4.48L）无论体系中间经过那些变化过程，这 些状态函数的改变量均为：
3. 用宏观可测性质来描述体系的热力学状 态，故这些性质又称为热力学变量。可分 为两类：
广度性质（extensive properties） 又称为容量性质，它的数值与体系的物质的 量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性，在数学上是一次齐函数。 强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的 数量无关，不具有加和性，如温度、压力、密度 等。它在数学上是零次齐函数。 指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如 摩尔热容。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1）气体分子的自身不占体积, 将分子看成是有质量 的几何点(质点) 2）分子之间没有相互吸引力，分子之间及分子与器 壁之间发生的碰撞不造成动能损失。
注意： 理想气体实际上是不存在的。因此，在高温和低 压下, 实际气体接近理想气体，这种假定是有实际意 义的。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1. 过程：
体系的状态发生变化，从始态到终态，体系经历了一个热 力学过程，简称过程。有各种不同的过程，如恒压、恒容、 恒温、绝热过程等。
2. 途径：
体系经历一个过程，从始态变化到终态，可以采用许多 不同的方式，体系发生变化的具体方式称作途径。 例如：烟台大连（陆地，空中，海上）
1.2.2 状态与状态函数
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1. 状态(state)
描述一个体系，必须确定它的一系列宏观的物理、 化学性质。例如温度、压力、重量、体积、组成、能量 和聚集状态等。这些性质的总和就确定了体系的状态。 因此，状态是体系内一切性质的总和。
2. 状态函数(state function)
化学热力学，就是研究化学反应 和相变过程中能量转换规律的科学。
化学热力学研究的内容包括：
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1、当一些物质相混合时， 能否发生反应—— 化学反应的方向如何？ 2、一个反应能够发生，反应进行的程度如何？ ——化学反应的平衡问题 3、一个化学反应能够发生，反应的能量变化如何？
即：组分气体的分压等于总压与该组分气体的 量分数的乘积。
约翰· 道尔顿（1766-1844）英国化 学家、物理学家、“近代化学之父”。 无 幼年时家贫，无钱上学，加上又是一个 机 红绿色盲患者，生活艰辛，但他以惊人 化 的毅力，自学成才。12岁任小学教师， 学 15岁任中学教师，26岁任曼彻斯特新学 第 院数学和自然哲学教授。
例 [1-2] 1mol 理 想 气 体 ， 从 始 态 1 （ p1=101325Pa ，
△p=p2－p1=(1013250－101325)Pa=911925Pa △V=V2－V1=(4.48－22.4)L=－17.9L △T=T2－T1=(546－273)K=273K
1.2.3 过程(process)和途径(path，way)
分单独占有与混合气体相同体积时所产生 的压力。（温度不变）
2和。
p pA pB pC
p
i
这就是道尔顿分压定律。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
①两个容器中 O2 对器壁产生的压力是否相同？ 答：是。 ②两个容器的器壁承受的压力是否相同？
③
答：否。P1 PO ；P2 PO PN
2 2
2
p (O 2 ) p ( N 2 ) ?
答：是。 ∵pV=nRT，而V、T、n均相同
3、每种组分气体仍然遵守理想气体状态方程 设混合气体中只有两个组分 A 和 B ，其分压力分 无 别为PA和PB,其物质的量分别为nA和nB。混合气体的 机 总压力为p，混合气体的总量为n = nA + nB， 化 则混合气体中各组分的分压力为
§1-1 理想气体状态方程和分压定律
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1.1.1理想气体状态方程 (Ideal gas state equation) 1.理想气体(ideal gas)
通常物质以三种状态存在：气态、液态和固态。其中 以气态的性质最为简单。
特殊情况下呈现等离子态（由离子、自由电子、气体 分子共存的状态）--称之为第四态。 第五态:玻色-爱因斯坦凝聚态
§1-2 能量和能量守恒
化学热力学是从能量变化的角度出发，讨论 化学反应能不能发生；如果能，反应进行的程度 如何；在反应进行过程中，能量的变化值是多少。
1.2.1 体系和环境（system and surrounding）
无 在科学研究时必须先确定研 机 化 究对象，把一部分物质与其余分 学 开，这种分离可以是实际的，也
1924年,印度物理学家玻色提出：当物质接近绝对零度时, 所有的 原子似乎都变为了一个原子,处于这种状态的大量原子的行为像单个粒 子一样，无法相互区分。
要求：极低温度；原子处于气态。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1995年美国的康奈尔、威曼和德国的克特勒首先从实验上证实 了这个新物态的存在。（2001年度诺贝尔物理学奖）。第五态中的原
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
（2）封闭体系（closed system）
体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
（3）孤立体系（isolated system）
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故 又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑。
2
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
，一般可以用机械的方法分开。
单相系(均匀系): 只有一个相的体系称为单相系。 多相系（不均匀系） : 有两相或两相以上的体系称 为多相系。 相变：同一物质的气相、液相、固相间的相互转化 ，叫做相变。固态物质不同晶形间的转化也属相变。
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
n RT n RT PA A , PB B V V P PA PB
n A nB n RT RT V V
PA n A nA PA P P n n PB nB nB PB P P n n n Pi P i n
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
例如: 一个敞开瓶口, 盛满溶液的瓶子, 溶液为体系, 则是 敞开体系; 若加上一个盖子, 则成为封闭体系；若将瓶子换 成保温瓶, 则变成孤立体系。 热力学上研究得多的是封闭体系。
2. 根据体系中组成的不同还可将体系分成 单相系和多相系。
无 机 相(phase)：体系中任何具有相同物理、化学性质的 化 均匀部分，称作体系的相。 学 界面 : 在不同的相之间有明确的界面。如 H O 和杯子
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
第一章
化学热力学初步
The Basis of Chemical Thermodynamic
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
用热力学的理论和方法研究化学则产生了化学 热力学。化学热力学可以解决化学反应中能量变化、 进行的限度等问题。
描述体系状态的宏观性质，称作体系的状态函数。 体系的状态是由一 系列状态函数确定下来的。反之， 体系的状态确定了，这些性质也确定了。
3. 状态函数的特征
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
体系的状态一定，体系的状态函数就有一定的值， 如果状态发生变化，状态函数也随之变化，但只要终态 和始态一定，状态函数的变化值就是一定的，不会因为 始态到终态的变化过程不同而有差别。如果体系经过一 系列变化又回到始态，各状态函数又回复到原值。或者 说，状态函数只与系统变化的始态和终态有关，而与变 化的途径无关。这是状态函数最重要的特征。
U= UK + UP + UN Kinetic，Potential，Nuclear
过程－位移、路线 途径－路程
1.2.4 内能、热和功
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1、内能
内能是体系内一切能量的总和。用符号“U”表示， 体系的内能包括体系内部分子（或离子、原子）的内 动能，分子之间作用能（分子间的势能），分子内部 具有的能量（包括分子内各种粒子如原子、原子核、 电子等运动的能量与粒子间相互作用的能量以及核能 等），但不包括体系整体运动的动能和体系整体处于 外力场中具有的势能。
一 章 化 学 热 力 学 初 步
1801年提出分压定律，1804年系统地提出了原子学说， 主要观点： 1）化学元素由不可分的微粒—原子构成； 2）同种元素的原子性质和质量都相同； 3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。
1.1.3 气体扩散定律
1831年，英国物理学家格拉罕姆提出气体扩散定 无 律：同温同压下，某气体的扩散速率与其密度的平 机 方根成反比。
化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步
1 ui i
或
uA uB
B A
而同温同压下气体的密度与其相对分子量M成正比。 MP （ PV=nRT=m/M RT ） RT
uA uB
MB MA
235U和238U的分离
- 应用
无 机 化 学
第 一 章 化 学 热 力 学 初 步