第三章 热力学基础.
第三章化学热力学基础汇总
3-1 热力学第一定律 什么叫“热力学” • 热力学是研究热和其他形式的 能量互相转变所遵循的规律的一门科学。 什么叫“化学热力学” • 应用热力学原理，研究化学反 应过程及伴随这些过程的物理现象，就 形成了“化学热力学”。
4
化学热力学研究什么问题（研究对象） • 合成NH3 N2 (g) + 3H2(g) = 2 NH3 (g) • 例：298.15K，各气体分压101.325KPa下， • N2 (g) + 3H2(g) = 2 NH3 (g) △fGm ø/ kJ/mol 0 0 -16.5
QP = （U2 + pV2）-（U1 + pV1） H ＝ U ＋ pV H：新的状态函数-------焓 Qp = H2 –H1 = H（H称为焓变）
为什么定义焓的原因：
其变化量可以测定（等于等温等压工程不做其他功时的热效应）；
具有实际应用价值（通常的化学反应都是在等压下进行的）。 试问焓是不是状态函数？注：等温、等压、无功。
摩尔质量M:
1mol物质的质量。单位Kg.mol-1或g.mol-1。
摩尔分数（物质的量分数）：混合物中某组分的物质的量与
混合物中各物质的量的总和之比。
例： xB = nB/（nA + nB）
11
摩尔反应：
反应物按方程式的计量系数完全转化为生成
物的反应。必须注意，摩尔反应是与特定的化学方程式一一
对应的。(注:计量系数v为纯数，反应物取正值,生成物取负值)
第3章 化学热力学基础
Chapter 3 Primary Conception of Chemical Thermodynamics
1
本章要求
1、了解热力学的概况——反应是否发生；描述大量原子、
3 化学热力学基础
●在恒压过程中 U Q p p ex V
U 2 U1 Q p p ex V2 V1
Q p ( U 2 p 2 V2 ) U1 p1 V1
U 2 U1 Q p p 2 V2 p1 V1
焓： H U pV 焓变： Qp H 2 H1 H
2 2 2 θ -1 2 2 2 θ -1
kPa 下进行 时，习惯上可不再予以注明。 (3)焓变值与一定的反应式相对应。 N2(g) ＋ 3H2(g) ＝ 2NH3(g) Hθ ＝-92.20 KJ.mol-1 (4)在相同条件下，正向反应和逆向反应的反应热绝 2NH3(g) ＝ N2(g) ＋ 3H2(g) Hθ ＝+92.20 KJ.mol-1 对值相等，符号相反。
Inorganic Chemistry
第三章 化学热力学基础
无机化学
H
θ
热力学 标准态
当反应物或生成物都是气体时各物
质分压为1×105 Pa；
当反应物及生成物都是溶液状态时，
各物质的浓度为1mol•L-1；
固体和液体的标准态则指处于标准
压力下的纯物质。
Inorganic Chemistry
Inorganic Chemistry
第三章 化学热力学基础
无机化学
过程与途径的关系
30℃，1atm 始态 途径Ⅰ 80℃, 2atm 终态
途径Ⅱ 恒温过程 30 ℃，2atm
恒压过程
Inorganic Chemistry
第三章 化学热力学基础
无机化学
实际上，热力学的实际过程都是十分复杂 的，因此，相应的计算也十分困难，但我们在 处理时，可以利用状态函数的性质，把复杂过 程分解成相应的简单过程去简化计算。如：
第三章 化学热力学基础
令H=U+pV——焓 （状态函数），则 化学反应的恒压热效应等于系统焓的变化。放热为负，吸热为正。
3. 热化学方程式
热化学方程式：表示化学反应及其热效应关系的化学方程式
标准摩尔焓变：在标准条件下反应或过程的摩尔焓变，△rHmθ，简写 △Hθ。 θ——标准状态， p θ=101.325kPa 气态的标准状态：温度为T，压力为p 体纯物质（假想）状态。
过程：系统状态发生变化时，变化的经过称之为过程。常
见如下
定温过程：过程中系统的温度保持不变，且始终与环境的 温度相等，即T1=T2=Te 定压过程：过程中系统的压力保持不变，切始终与环境的
压力相等，即p1=p2=pe
定容过程：过程中系统的体积始终保持不变 绝热过程：过程中系统与环境之间没有热交换，Q=0 循环过程：系统经一系列变化之后又恢复到起始状态的过 程。
晶体：粒子按一定规则排列，各向异性，有一定沸点 无定形体：内部粒子无规则排列，没有固定熔点，各向同 性
（微晶体）：某些物质虽呈无定形，当发现由极微小的晶 粒组成（比晶体小千百倍）
3.2 化学反应热力学
化学反应基本规律
质量守恒定律
能量守恒定律
3.2.1 质量守恒定律
参加化学反应的各种物质的总质量一定等于反应后各种物质的总质 量。 化学方程式（化学反应计量方程式）： 根据质量守恒定律，用规定的化学符号和化学式来表示化学反应的 式子。
△Hfθ (物质，相态，T)
指定单质的标准生成焓为零。 △Hfθ (参考态单质，相态，T)=0 例：
反应式中C的指定单质是石墨，指定单质一般都是在该条件下最稳
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 及 分 析 化 学 湖 南 农 业 大 学 应 用 化 学 系
热力学:定量研究能量相互转化所遵循规律的学科，其 中心内容是热力学第一定律和第二定律
化学热力学：把热力学基本原理用于研究化学现象以及与化
学有关的物理现象，主要解决3个问题： ⑴ 反应过程中是否伴随能量的变化？ ⑵ 在一定条件下，反应能否发生？ ⑶ 如果反应能够发生，其程度如何？ 能量关系问题； 过程方向性问题； 化学平衡问题。
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 3.3 化学反应的方向和限度 及 3.3.1 自发过程 分 凡是不需要外力而能自动发生的过程。 析 化 1、特点 学 ⑴ 自发过程有一定的方向性，它的逆过程是非自发的 湖 ⑵ 自发和非自发均有可能发生 南 农 ⑶ 自发过程具有对外做功的能力 业 ⑷ 自发过程有一定的限度 大 ⑸ 自发过程不受时间的约束，与速率无关 学 应 如: 水从高处流向低处； 用 热从高温物体传向低温物体； 化 铁在潮湿的空气中锈蚀； 学 系 锌置换硫酸铜溶液反应。
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 令：H = U + pV， H 称为焓。 及 由于U 、 p、V均为系统的状态函数，所以焓（H）也是 分 系统的状态函数。 析 化 所以有：Qp = △H 学 湖 南 农 业 大 学 应 用 化 学 系 对于在等温等压条件下进行的气体反应而言：
△U = Qp + W ，
W p V 0
第三章 化学热力学基础及化学平衡
无 机 及 分 析 化 学 湖 南 农 业 大 学 应 用 化 学 系
பைடு நூலகம்
3.2.2 化学反应热
反应热：当产物与反应物温度相同并且在化学反应时只做 膨胀功的条件下，化学反应过程中系统吸收或放出的热量。 1 定容反应热（Qv） 若系统在变化过程中保持体积恒定,此时的热称为定容热. W=-p △V=0 2 定压反应热（Qp ） △U = Qv + W Qv= △U
无机答案第3章 化学热力学基础
kJ·mol-1.
计算反应
4NH3(g)
+
3O2(g)
→
2N2(g)
+
6H2O(g)的
Δ
r
H
O m
.
1
11．已知下列键能数据
键 N N N－C1 N－H C1－C1 C1－H H－H
EA-B ⁄ (kJ·mol-1) 945
201
389
243
431 436
（1）求反应
2 NH3（g）+3Cl2（g）= N2（g）+ 6HCl(g)
答（1）是 （2）以铜为体系：是；以铜和氧气为体系：不是
3-2 一体系由 A 态到 B 态，沿途径 I 放热 100J，对体系作功 50J。问 （1） 由 A 态沿途径 II 到 B 态，体系作功 80J，其 Q 值为多少？ （2） 如体系再由 B 态沿途径 III 回到 A 态得到 50 J 的功，体系吸热还是放热？Q 值为 多少?
3．下列过程中，带点部分为系统，写出功和热的正负号。 （1）将水．和．水．蒸．气．贮于一恒容金属箱中，将其放在炉火上加热，温度、压力都升高； （2）一恒容绝热箱中，H2 和 O2 混．合．气．体．通电火花使其化合（电火花能量不计）； （3）H2 和 O2 混．合．气．体．在大量水中成一气泡，通电火花使其化合（电火花能量不计）。
17．已知 2H2O(g)→2H2(g)+O2(g)
Δ
r
H
O m
= 483.6 kJ·mol-1，下列热化学方程式中正确的是
(A) 2H2(g) +O2(g) →2H2O(g)
Δ
r
H
O m
= 483.6 kJ·mol-1；
第三章 热力学基础
（1）对等温过程，氢气 由1到2’态时环境对系统 所做的功为：
M V2' A' RT ln u V1 5 8.31 293 ln 0.1 2.80 104 J
26
M A CV (T2 T1 ) u 5 5 8.31 (736 293) 2 4 4.60 10 J
i C Pm R R CVm R C Pm CVm R 2
18
由 QV (E )V 及 QP (E ) P A P
当 ( E )V ( E )P , 有 QP QV 所以 C Pm CVm .
P
T2 T1
i 0 1 R C Pm 2 1 2 i CVm i R 2 单原子分子气体： i 3
(3) c→a ,等容升温过程
( )
o
V1
V2
V
A ca
M 0 , Qca Eca CVm T1 T2 7.79 103 J u
( )
Eabca Eab Ebc Eca Ebc Eca 0 Eca Ebc 7.79 10 J
比较 （1）（2）结果得 CVm
i R 2
二、等压过程
V V1 V2 1.过程方程 C或 T T1 T2
P 1
0
2.特点
2
V2 V
17
dP 0 , A PdV P (V2 V1 )
V1 3.应用 M i dE RdT u 2
V2
V1
M i E R(T2 T1 ) u 2
dV=0，dA=PdV=0，或 A=0 。 3. 应用
1
0
第3章 化学热力学基础
缸内气体承 受的外压p外
大砖头和两块 小砖头的重量 所致的压力
一块大砖头 的重量所致 的压力
始态
大砖头和一块 小砖头的重量 所致的压力
终态
中间态
图3-1 理想气体恒温膨胀示意图
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始态经不同途径恒温膨胀到终态： 一次膨胀过程 p1=405.2kPa 始态 V1=1.00L T1=273K (I) 二次膨胀过程 p1=202.6kPa V1=2.00L T1=273K
途径Ⅰ 始态上一内容 下一内容回主目录终态途径Ⅱ
恒压过程 在状态变化过程中，压力始终恒定 等压变化 p始态=p终态=p环境，而不考虑过程中的压力
恒温过程 在状态变化过程中，温度始终恒定 等温变化 T始态=T终态=T环境，而不考虑过程中的温度
恒容过程 在状态变化过程中，体积始终恒定
绝热过程 体系与环境之间无热交换
dU = δQ ＋ δW
上一内容 下一内容 回主目录
例1. 设有1mol理想气体，由487.8K、20L的始态，反抗恒外压 101.325kPa迅速膨胀至101.325kPa、414.6K的状态。因膨胀迅 速，体系与环境来不及进行热交换。试计算W、Q及体系的热 力学能变△U。
解：按题意此过程可认为是绝热膨胀，故Q=0。 W =―p外△V = ―p外(V2 ― V1) V2 =nRT2 /p2 =(1 × 8.314 × 414.6)/101.325=34( L) W = ―101.325×(34 – 20)= ―1420.48( J)
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热力学方法是一种宏观的研究方法。
它只研究大量微观粒子（宏观体系）的平均
行为（宏观性质），而不讨论其微观结构。 本章主要讨论平衡态的热力学，重点掌握化学 反应的热效应计算和自发进行方向的判断。
第三章 化学热力学基础
第三章化学热力学基础§3－1热力学基本概念教学目的及要求：掌握热力学中的基本概念。
教学重点：体系与环境、状态与状态函数、过程与途径的概念。
引言热力学是在研究提高热机效率的实践中发展起来的，十九世纪建立起来的热力学第一、第二定律奠定了热力学的基础，是热力学成为研究热能和机械能以及其他形式能量之间的转化规律的一门科学。
二十世纪建立的热力学第三定律使得热力学理论更加完善。
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的方向和限度等问题，着眼于性质的宏观变化，不涉及到物质的微观结构，只需知道研究对象的起始状态和最终状态，无需知道其变化过程的机理。
一、体系与环境体系——研究的对象环境——体系以外与体系密切相关的部分举例：按照体系与环境之间能量和物质的交换关系，通常将体系分为三类：敞开体系：同时存在能量和物质的交换；封闭体系：只存在能量交换；孤立体系：既无能量交换，又无物质交换。
举例：在热力学中，我们主要研究封闭体系。
二、状态和状态函数状态——有一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的存在形式。
状态函数: 用来说明、确定体系所处状态的宏观物理量。
如：温度、压力、体积等。
举例：始态——体系发生变化前的状态；终态——体系发生变化后的状态。
状态函数的变化量用希腊字母Δ表示，例如始态温度是T1，终态温度是T2，则状态函数T的改变量是ΔT = T2 - T1。
状态函数具有以下特点：1、状态一定，状态函数的值一定；2、殊途同归（即状态函数变化量只取决于体系的始态和终态）；3、周而复始变化为零（无论经过什么变化，只要回到始态，状态函数变化量为零）。
状态函数的变化与过程的途径无关。
体系的量度性质或广延性质——体系的强度性质——三、过程与途径体系的状态发生变化，从始态变到终态，我们说体系经历了一个热力学过程，简称过．程．。
上述变化过程可以采取许多种不同的方式，我们把这每一种具体的方式成为一种途径．．。
第3章 化学热力学基础1
c: 介质比热容, J.g-1.K-1 ；
m：介质的质量, g；
C: 量热计各部件总热容, J.K-1
“－” 号表示放热
2
恒压反应热 恒压过程中完成的化学反应称为恒压反应，其热效应
称恒压反应热Qp 。化学反应常在敞开容器(恒压)进行。 ΔU＝Qp－W W ＝ pΔV Qp＝U2－U1＋p(V2－V1) 由于恒压过程 Δp＝0 即 p2＝p1＝p Qp ＝ΔU＋W Qp＝ΔU＋pΔV
3
反应进度概念
• 表示化学反应进行程度的物理量，符号ξ，单位mol
• 任意反应: νA A＋νB B ＝ νG G＋νH H ξ ＝[n0,B-nB] /νB =ΔnB/νB= [nG-n0,G] /νG=ΔnG/νG • 任一物质来表示反应进度，同一时刻得到的ξ值一致。 • 当ξ＝1mol，表示各物质按计量方程的量进行完全反应 ξ＝0mol ，表示反应开始时刻的反应进度。
Qp＝U2－U1＋p2V2－p1V1
＝(U2＋p2V2)－(U1＋p1V1)
U，p，V 都是状态函数，其组合也必为状态函数，
热力学将 U ＋ pV 定义为新的状态函数－焓，符号 H,
H ＝ U ＋ pV 所以 Qp ＝ ΔH
在恒压反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变系
统的热焓
焓Ｈ ① 焓是系统的状态函数，其数值的大小只与始态和
同一生成物发生单纯的压强和体积变化，∴△U3 ＝ 0, 则ΔH1 ＝ΔU2 ＋( p1V2—p1V1) ΔH1＝ΔU2 ＋ ΔnRT 得 Qp ＝ QV ＋ ΔnRT
局 限 性：讨论变化过程，没有时间概念，不能解决 变化的速度、与时间有关的问题。
3H2+N2→2NH3 (△G＜0，高温高压催化剂)
Chap03 第三章 化学热力学基础
图：集合化学热力学、光合 作用、电力。可作背景，也 可放在右边，看那种效果好。
第三章 化学热力学基础
3.1 基本概念
3.1.1 体系与环境 3.1.2 状态和状态函数 3.1.3 广度性质和强度性质 3.1.4 过程和途径 3.1.5 热和功 3.1.6 热力学第一定律
第三章 化学热力学基础
3.2 热化学
S 孤 0 ，逆过程自发进行；
S 孤＝0 ，达平衡状态。
自然界中孤立体系不可能自发发生熵减少的变化， 这就是热力学第二定律。 熵变判据
热力学第三定律
在绝对零度时，任何纯物质的完美晶体，熵值都 等于零。这就是热力学第三定律。 据此可计算熵值。
标准摩尔熵
1mol纯物质在标准状态下的熵称为标准摩尔熵， Sm 用符号 表示，单位J· -1· -1。附录Ⅰ列出一 K mol 些物质在298K时的标准摩尔熵。 熵的绝对值可以知道 熵的性质
ΔV = 0 ΔU = Qv
弹式量热计
定容过程中吸收的热量全部增加系统的热力学能。
3.2.2 化学反应热
定压热
ΔU = Qp - p Δ V ΔU + p Δ V = Qp 焓 H = U + PV ΔHp = Qp
定压过程中吸收的热量全部用于焓的增加。
3.2.2 化学反应热
定压热和定容热的关系
例2-9 求298K、标准状态下反应
Cl2（g）+2HBr（g）＝Br2（l）+2HCl（g）的 r Gm
并判断反应的自发性。 （书P36）
Gibbs－Helmholtz方程
G H TS
在P 及温度TK下
rGm (T ) r Hm (T ) Tr Sm (T )
无机化学课件 第三章 化学热力学基础：反应方向与反应限度
第三章化学热力学基础——反应方向与反应限度3.1 什么是化学热力学Fe 2O 3(s) + 3 CO(g) →2 Fe(l) + 3 CO 2(g)为什么不能用同样的方法进行高炉炼铝？NO ，CONO 和CO 是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成无毒的N 2和CO 2？2NO (g) + 2CO(g) →N 2(g) + 2CO 2 (g)石墨金刚石C (石墨) →C (金刚石)库里南1号？化学热力学的作用：●体系(System)●环境(Surrounding)(一)The system is the sample or reaction mixture in which we are interested. Outside the system are the surroundings. The system plus its surroundings is sometimes called the universe.体系环境能量敞开体系封闭体系孤立体系●封闭体系(closed system)：●敞开体系(open system)：●孤立体系(isolated system)：(二)●热(heat, Q)：Q的符号——体系吸热取正值，放热取负值。
●功(work, W)：Work = (Force) ×(Distance)体积膨胀功W的符号——环境对体系做功取正值，体系对环境做功取负值。
●体积膨胀功：The gas does work as it expands isothermally, but heat flows in torestore the energy lost as work.The gas does no work as it expands isothermally into a vacuum.W = －F ⋅d =－(P ⋅A ) ⋅h = －P ⋅ΔV W =－P ext ⋅ΔV(三)——恒压反应热(Q p)和恒容反应热(Q v)铝热剂(thermite)可引发强烈的放热反应(Al + Fe2O3)，其可熔化所产生的金属铁，并产生“铁花”。
第三章化学热力学基础含答案
第三章 化学热力学基础1、以下物质在什么情况下⊿f H θm 、⊿f G θm 、S θm 数值为零。
H 2、O 2、Cl 2、Br 2、I 2、P 、Ag 、C 、Sn2、什么时候⊿r H θm =⊿f H θm （B ）3、估算反应的温度条件：低温、高温、任何温度自发或不自发4、哪些属于状态函数：H 、G 、S 、U 、p 、V 、T 、n 、W 、Q 、Q p 、Q v5、方程式相加、减、倍数（分数）、正逆，⊿H 、⊿G 、⊿S 变化？6、转变温度计算7、标态下反应自发性计算判定：⊿r G θm练习：一、单选题1、如果一个反应的吉布斯自由能变为零，则反应：A 、能自发进行B 、 是吸热反应C 、是放热反应D 、 处于平衡状态2、已知： Mg(s) + Cl 2(g) = MgCl 2(s) mr H ∆= -642 kJ·mol -1，则： A 、在任何温度下，正向反应是自发的B 、在任何温度下，正向反应是不自发的C 、高温下，正向反应是自发的；低温下，正向反应不自发D 、高温下，正向反应是不自发的；低温下，正向反应自发3、某化学反应可表示为A(g) + 2B(s)−→−2C(g)。
已知 m r H ∆< 0，下列判断正确的是 ：A 、 仅常温下反应可以自发进行B 、 仅高温下反应可以自发进行C 、 任何温度下反应均可以自发进行D 、 任何温度下反应均难以自发进行4、已知 CO(g) = C(s) +21O 2(g) 的 m r H ∆> 0， m r S ∆< 0， 则此反应A 、 低温下是自发变化B 、 高温下是自发变化C 、 低温下是非自发变化，高温下是自发变化D 、 任何温度下都是非自发的5、稳定单质在298 K ，100 kPa 下，下述正确的是：A 、 m S ， m f G ∆为零B 、 m f H ∆不为零C 、 m S 不为零， m f H ∆为零D 、 m S ， m f G ∆， m f H ∆均为零6、在下列反应中，焓变等于AgBr(s) 的 m f H ∆的反应是：A 、 Ag +(aq) + Br -(aq) = AgBr(s)B 、 2Ag(s) + Br 2(g) = 2AgBr(s)C 、 Ag(s) +21Br 2(l) = AgBr(s) D 、 Ag(s) +21Br 2(g) = AgBr(s)7、已知下列数据，哪个反应表示Δr H m Θ=Δf H m Θ (C 2H 5OH, l )A ．2C(金)+3H 2(l)+1/2O 2（g ） = C 2H 5OH (l)B ．2C(石)+3H 2(g l)+1/2O 2(l) =C 2H 5OH (l)C ．2C(石)+3H 2(g)+1/2O 2（g ）= C 2H 5OH (l)D ．2C(石)+3H 2(g)+1/2O 2（g ） = C 2H 5OH (g)8、下列各热力学函数中，哪些函数值不是零?A 、⊿f H θm (O 2,g,298K);B 、⊿f G θm (I 2,s,298K);C 、 ⊿f H θm (Br 2,l,298K);D 、S θ(H 2,g,298K)9、一种反应在高温下能自发进行，而在低温下不能自发进行的条件是：A . Δr H θ m < 0 ，Δr S θ m < 0 ； B. Δr H θ m < 0，Δr S θ m > 0 ；C. Δr H θ m > 0，Δr S θ m > 0 ；D. Δr H θ m > 0，Δr S θ m < 010、 “反应3H 2(g)+N 2(g)=2NH 3(g)在标准状态下进行”的含义是：A 、在p(H 2)=p(N 2)=p(NH 3)=100KPa 条件下进行；B 、298K ，保持p(H 2)=p(N 2)=p(NH 3)=100KPa 条件下进行；C 、反应系统保持压力100KPa 条件下进行；D 、p=100KPa 的H 2和N 2混合，反应发生。
第三章 化学热力学基础——化学反应限度
Kc 为浓度平衡常数
[C]c ⋅[D]d [A ]a ⋅[B]b
=
Kc
Kp、Kc 可由实验测定，称之为经验平衡常数
例: H2(g) + I2(g) = 2 HI(g) (698.5K)
实
起始浓度
平衡浓度
验
(×103mol/dm3)
编 号 (H2)
(I2)
(HI)
(×103mol/dm3) Kc = [HI ]2
格雷德生于1961年曾先后就读于加利福尼亚大学圣巴巴拉分校和伯克利分校，并于1987年获得博士学 位，其导师正是伊丽莎白·布莱克本。从1997年起她开始担任约翰斯·霍普金斯大学医学院教授。
绍斯塔克1952年生于英国，本科就读于加拿大麦基尔大学，在美国康奈尔大学获生物化学博士学位， 1979年前往哈佛大学医学院创立自己的实验室，现为马萨诸塞综合医院遗传学教授。
Δng: 生成物与反应物气体总计量数之差。
如： N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g)
Kp
=
[PNH 3 ]2 [PH 2 ]3 ⋅ [PN 2 ]
=
[NH 3 ]2 (RT )2 [H 2 ]3 (RT )3 ⋅ [N 2 ]RT
=
Kc (RT )−2
2）标准平衡常数（Kθ)：
如：
N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g)
方法三：由已知反应的ΔrGθm求未知反应的Kθα。
方法四：利用化合物的标准生成Gibbs自由能计算。 平衡常数的应用：
1）判断反应方向；2）估计反应进行的程度；3）求反应平衡时各组
分的含量等。
3.3 平衡常数与Gibbs自由能变化
Δ
G
第三章 化学热力学基础
二、标准摩尔生成焓
在温度T的标准状态下，由稳定单质生成1mol指定相态
物质的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓，符号为
（B，T），单位kJ/mol。 f Hm
其中，下标“f” 表示生成反应，“m” 表示摩尔反应， “ ”指各种物质均处于标准态；若为298.15K，温度可 略，具体物质还要注明状态。
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298.15K时任意化学反应的标准摩尔反应焓为
r Hm B f H m (B)
B
r Hm
（3-22）
——化学反应的标准摩尔反应焓，kJ/mol；
f Hm (B)——反应物质B在指定相态的标准摩尔生成焓，kJ/mol；
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二、系统和环境 热力学研究的对象，称为系统；与系统密切相 关的部分为环境。
根据系统与环境之间有无物质及能量传递，可将系统分为三类： (1) 封闭系统 与环境只有能量传递，而没有物质传递的系统。 (2) 敞开系统 与环境既有能量传递，又有物质传递的系统。 (3) 隔离系统 与环境既无能量传递，又无物质传递的系统，或 称孤立系统。
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四、功
除热以外，系统与环境之间的其他能量传递统称为 功，其符号为W，单位为J或kJ。 热力学规定 环境对系统做功时，W＞0；
系统对环境做功时，W＜0。
功也是过程变量（途径函数），无限小量用δW表示。
热力学功分为体积功和非体积功（如机械功、电功等）。
通常，热力学系统发生变化时，只做体积功。 如图3-2所示，当气缸受热，气 体反抗环境压力（p环）使活塞（面 积A）膨胀dl，体积变化为dV时，系 统做功为 W ＝ v p环 dV
第3章-化学热力学基础-习题及全解答
第 3 章化学热力学基础1．状态函数的含义及其基本特征是什么？T、p、V、△ U、△ H、△ G、S、G、Q p、Q u、Q、W、W e最大中哪些是状态函数？哪些属于广度性质？哪些属于强度性质？答：状态函数的含义就是描述状态的宏观性质，如T、p、V、n、m、ρ等宏观物理量，因为体系的宏观性质与体系的状态之间存在对应的函数关系。
状态函数的基本特点如下：（1）在条件一定时，状态一定，状态函数就有一定值，而且是唯一值。
（2）条件变化时，状态也将变化，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，与状态变化的途径无关。
（3）状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。
其中T、p、V、S、G是状态函数，V、S、G、H、U属于广度性质（具有加和性），T、p 属于强度性质。
2．下列叙述是否正确？试解释之。
（1）Q p=△H，H是状态函数，所以 Q p也是状态函数；（2）化学计量数与化学反应计量方程式中各反应物和产物前面的配平系数相等；（3）标准状况与标准态是同一个概念；（4）所有生成反应和燃烧反应都是氧化还原反应；（5）标准摩尔生成热是生成反应的标准摩尔反应热；（6）H2O（l ）的标准摩尔生成热等于H2（g）的标准摩尔燃烧热；（7）石墨和金刚石的燃烧热相等；（8）单质的标准生成热都为零；（9）稳定单质的△ f H m、S m、△f G m均为零；（10）当温度接近绝对零度时，所有放热反应均能自发进行。
（11 ）若△ r H m和△ r S m都为正值，则当温度升高时反应自发进行的可能性增加；（12 ）冬天公路上撒盐以使冰融化，此时△r G m值的符号为负，△ r S m值的符号为正。
答：（1）错。
虽然H是状态函数，△ H并不是状态函数，所以Qp 当然不是状态函数；。
（2）错。
因为反应物的化学计量数为负，与反应计量方程式中反应物前面为正的系数不相等；（3）错。
如气体的标准状况是指0℃和101.325KPa 条件，而标准态对温度没有限定；（4）错。
宋天佑无机化学 第3章 化学热力学基础
△fHθm(Br2,g)=30.907
3.4 标准摩尔燃烧焓△cHθm ，单位kJ· -1 mol
定义：在100kPa的压强下(即标准态），1mol物质 完全燃烧,生成相同温度下的指定产物时的热效应， 叫该物质的标准摩尔燃烧热。
完全燃烧产物的规定： C→CO2(g)；H→H2O（l)； S→SO2(g)；N→N2(g);Cl→HCl(aq)
3.过程与途径
过程：系统由一个状态变为另一个状态。 途径：完成一个过程的具体步骤。 过程分类：等压过程、等容过程、等温过程、绝热过程、 循环过程等。 ※ 状态函数的特征 ：状态函数的改变量只决定于过程的 始态和终态，与变化所经历的途径无关。
4.反应进度ξ(zeta) 设有反应： νAA + νBB →νGG +νHH t=0 t n0(A) n(A) n0(B) n(B) n0(G) n(G) n0(H) n(H)
气体
7. 热力学能（内能）
热力学系统内各种形式的能量总和。
用“U”表示，单位J或kJ
“U”是状态函数，但无绝对值。理想气体的U 只与温度有关。状态发生变化时，△U仅取决 于始态和终态。 思考问题：功和热是不是状态函数？
热力学第一定律
内容：能量在转化和传递过程中数量保持不变能量守恒及转换定律。
状态Ⅰ，U1 系统对外作功 W
C（金刚石）+O2(g)→CO2(g)△γHm= -395.4kJ· -1 mol
注意：对有不同晶态或形态的物质来说，规定只 有最稳定态的单质的标准摩尔生成热才等于零。
△ fHθ m
△ fHθ m △ fHθ m
（石墨）= 0；
（金刚石）=1.897 kJ· -1 mol （Br2,l)=0; kJ· -1 mol
无机化学 课件 PPT 第三章 化学热力学基础
第一节 热力学基本概念
7. 可逆过程
可逆过程是热力学中一个重要的概念，指在系统状态变化的全 过程中，不仅系统内部任何瞬间都无限接近平衡态，而且系统与环 境间也无限接近平衡。例如，系统与环境间在无限小的温度差下发 生的热交换过程，即T(环)=T±dT(dT为具有正值的无限小量)；又如 在无限小的压力差下发生的体积变化过程，即p(环)=p±dp(dp为具 有正值的无限小量)。上述在一系列无限接近平衡条件下进行的过程， 在热力学中称为可逆过程。可逆过程是一种理想化的过程。这种过 程实际上是不可能的，因为每个过程的发生都要引起状态的改变， 而状态的改变一定会破坏平衡。
第一节 热力学基本概念
三、 状态与状态函数
在热力学中，系统所处的状态是由系统的物理性质和化学 性质确定的。状态是系统所有性质的总体表现。换言之，系统 所有的性质确定后，状态就完全确定。反之，系统状态确定后， 它的所有性质均有确定值，与系统到达该状态前的经历无关。 鉴于状态与性质之间的这种单值对应关系，所以系统的热力学 性质又称作状态函数。
第一节 热力学基本概念
2. 定压过程
状态变化的过程中，p(系)=p(环)=常 数的过程称为定压过程。若系统的始态压 力p1及终态压力p2与环境压力相等，即 p1=p2=p(环)=常数时，称为等压过程。
第一节 热力学基本概念
3. 定外压过程
当系统状态改变时，环境 压力恒定，即p(环)=常数，而 系统的始态压力p1不等于环境 压力p(环)，但终态压力p2等于 p(环)的过程，称为定外压过程。 定压过程与定外压过程是两个 不同的概念。
热力学基础 第三章 相平衡.
φ-1个等式 φ-1个等式
μ1α=μ1β=μ1γ……μ1φ
μ2α=μ2β=μ2γ……μ2φ
……
μSα=μSβ=μSγ……μSφ
∵μB
=μBo + RT lnXB
∴μ1αo+ RTαlnX1α=μ1βo + RTβlnX1β 。。。。。
共S（φ-1）个X的关系式
（4） X1α+X1β+X1γ+…+X1φ=1
MN段：液态水，f=2
N 点：汽，水两相平衡，f=1
l
NO段：水蒸气，f=2
P
M
N O
s
A
O
g
T
三、若干单元相图示例
很多材料是以多种晶型存在的，而且晶型
之间在适宜条件下可以进行相互转变，该现 象称为同质多晶现象。在单组分体系中,同质 多晶也称同素异形体(或称变体)。
一种晶型转变成另一种形式的变体称为同 质多晶转变也可称为多晶(多形)转变。从热 力学角度看，一组同质多晶的变体中那一种 晶型是稳定的，应由它们的自由焓决定，自 由焓低的晶型是稳定的。材料具有多晶转变 的例子很多。金刚石与石墨是一个典型的例 子。
（1）除X外，只考虑T和P， f = K-φ+2，如考虑 磁场，电场，重力场，则f = K-φ+ n ，n为X外的 强度因素个数。如指定了P或T，则f=K-φ+1。
（2）如果某个相中某些组分没有，这仍不影响 相律。如总变数（3）中几个组成没有，则在关 系式（3）中，就相应少几个等式，相互抵消， 不影响相律。
•
=3 三相共存.
左下是气相, f=2 右上是固相, f=2
水的相图
p D
l
中间是液相, f=2 2.210 7 Pa
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G）＝f（x,y）的全微分式，以及热容、焦汤系数等的 定义式推导或证明热力学公式或热力学结论。
【考试热点】 1． 系统的状态、状态函数及状态函数的性质。 2．热力学平衡态。 3．可逆过程的定义及特点。 4．热力学能的定义及其微观解释。 5．热力学第一定律的文字表述及公式表达。 6．隔离系统热力学能守恒。 7．一定量理想气体的热力学能及焓只是温度的函 数。 8．对气体、液体、固体（包括混合物）标准态的 规定。
9. 反应的热力学能〔变〕及反应的焓〔变〕的定 义。10．反应的标准摩尔焓〔变〕的定义。
11．物质B的标准摩尔生成焓〔变〕及物质B的标 准摩尔燃烧焓〔变〕的定义。
12．反应的标准摩尔焓〔变〕与反应的标准热力学 能〔变〕的关系。
13．节流过程的特点。
14．焦－汤系数的定义；利用μJ-T>0或μJ-T< 0说 明节流后温度变化的情况。
15．卡诺定理。 16．热力学第二定律的经典表述及公式表达。
17．熵增原理。 18．熵判据及其应用条件。 19．熵与混乱度。 20．热力学第三定律的经典表述及公式表达。
21．亥姆霍茨函数的定义及亥姆霍茨函数判据。 22．吉布斯函数的定义及吉布斯函数判据。 23．热力学基本方程的表达式及应用条件。
24．由热力学Байду номын сангаас本方程分别加上相应条件（定 容，定熵；定压，定熵；定容，定温；定 压，定温）得到的偏微熵与相应的热力学函数的 关系。
第三章 热力学基础
1、单纯pVT变化过程、相变化过程（或两种变化 过程的综合）的状态函数的改变量ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、
ΔG的计算及过程量Q、W的计算。
2、化学变化过程中反应的标准摩尔焓变ΔrHm （T），反应的标准摩尔热力学能变ΔrUm（T）以及 反应的标准摩尔熵变ΔrSm（T）的计算。
3、利用热力学函数的基本关系式即热力学基本方 程、麦克斯韦关系式，焓、熵、亥姆霍茨函数、吉布