《基础化学》课件：第六章化学热力学基础(黄兰)1
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第六章热力学基础小结ppt课件
2600
QQCB
3200 600
B热源共吸收热量Q=3200J; C热源共放出热量600J.
2.13一个四壁竖直的大开口水槽，其中盛水，水深 为H。在槽的一侧水下深h处开一小孔。（1）射出 的水流到地面时距槽底边的距离是多少？（2）在槽 壁上多高处再开一小孔，能使射出的水流具有相同 的射程？（3）要想得到最大的射程，小孔要开在水 面以下多深处，最大射程为多少？
(3)在工作物质经过一个循环后: 熵变S 0,
由于制冷机为可逆机，则：＝ T2 200 1
T1 T2 400 200
则：＝1＝ Q2
A
Q2
A
若吸热836不变，则：Q2 A＝836，Q1 1672J , 总熵变：S＝1672 ＋－836 ＝0
400 200
若放热2508不变，则：Q1
卡
1
T2 T1
e卡
T2 T1 T2
(4).掌握热机和致冷机的工作原理图 .
三、热力学第二定律
1. 可逆过程和不可逆过程。
2. 热力学第二定律的两种表述。
3、 熵
2 dQ
S2 S1
1
T
,或dS dQ T
.
1. 定(1)义等:容过程
S
m M
CVm
ln
T2 T1
2.
理(2想) 等气压体过等程值过程S 的 M熵m 变CPm
ln
T2 T1
(3) 等温过程 S m R ln V2
M
V1
( 4 ) 绝热过程 S 0
（5）相变、同相温变过程的熵变
相变 : S l m , S m
T
T
(放热取 , 吸热取)
同相温变 : S cm ln T2 T1
化学热力学基础PPT课件
§2.1 热力学第一定律
第2章 化学热力学基础
(Thermochemistry)
§2.1 热力学第一定律
§2.2 热化学
§2.3 化学反应的方向
1
第2章 化学热力学基础
§2.1 热力学第一定律
研究化学反应必须研究的四个问题:
1. 化学反应中能量是如何转化的?
（第3章）
2. 该反应能否自发进行?
（第3章）
（3）孤立系统（Isolated System） 系统和环境之间即无能量交换又无物质交换的 系统。
9
第2章 化学热力学基础
如：
§2.1 热力学第一定律
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
系统
绝热
HCl
HCl
HCl
Zn
Zn
Zn
敞开系统
封闭系统
孤立系统
10
第2章 化学热力学基础
§2.1 热力学第一定律
1mol反应
表示消耗 0.5mol N2，1.5mol H2，生成 1mol NH3。
离开化学方程式谈反应进度是毫无意义的
36
第2章 化学热力学基础
νB
有一反应
N2(g) + 3H2(g)→ 2NH3(g)
t=0： n1(B)/mol 3.0 10.0
0.0
t=t´：n2(B)/mol 2.0 7.0
2.0
Δn(B)/mol -1.0 -3.0
2.0
33
第2章 化学热力学基础
§2.2 热化学
即消耗了 1.0 mol N2，3.0 mol H2，生成了 2.0 mol NH3，那么反应进度变化等于
定 压 过 程
《基础化学》第六章
3.配位键 形成条件：成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道。 例：NH
H
H−N−H
+ 4
[BF4 ]
F
−
CO
F−B−F
π
C
2
H
F
π
2
O
2s 2p
2 4
2s 2p
6.2.3 杂化轨道理论
基本要点： •成键时能级相近的价电子轨道混合杂 化，形成新的价电子轨道——杂化轨道。 •杂化前后轨道数目不变。 •杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。
ΨⅡ= C Ψ − C Ψ 式中：Ψ ，Ψｂ — 原子轨道 ａ Ψ — 成键分子轨道；Ψ — 反键分子轨道。 Ⅰ Ⅱ C，C ' 系数，表示原子轨道对分子轨道的 — 贡献程度。
' a a ' b b
例如： A+B→AB
ΨI = CaΨa + CbΨb
成键三原则： ①能量相近 ②对称性匹配 ③最大重叠
2
3
4
s+(3BF3 CH 4 实例 HgCl 2 BCl3 SiCl 4 PH 3 H2S Be(ⅡA) B(ⅢA) C,Si N,P O,S 中心原子 Hg(ⅡB) (ⅣA) (ⅤA) (ⅥA)
§6.3
价层电子对互斥理论
基本要点： •分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关。 价层电子对=σ键电子对+孤对电子对 (VP) (σBP) (LP) •价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。 LP-LP > LP-BP > BP-BP
反键分子轨道 原子轨道 1s 原子轨道 1s
σ*1s 成键分子轨道 σ1s 节面
原子轨道 与分子轨 道的能量。 原子轨道 与分子轨 道的形状。
化学热力学基础素材PPT课件
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4．相
系统中物理性质和化学性质完全相同，并与其 它部分在明确界面分隔开来的任何均匀部分称为 一相（phase）。
只含一个相的系统称为均相系统或单相系统。 例如：混合气体、NaCl水溶液、金刚石等。 相可以是纯物质或均匀的混合物组成。相和组分 不是一个概念。
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热和功与过程紧密联系，没有过程就没有能量的传递 。热和功不是体系的状态函数.
热力学中功的分类 体积功 ：
体系因体积变化抵抗外压所作的功。用-pΔV表示
非体积功： 除体积功外的所有功。如电功、机械功、表面功等.
状态函数：
确定体系状态的宏观物理量称为体系的状态函数。如质量、
温度、压力、体积、密度、组成热力学能(U)、焓(H)、熵 (S)、吉布斯函数(G)等是状态函数。
状态函数的特点：
1. 体系的状态一定，状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和终态决定，与体系经
过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。
(1)等温过程（isothermal process）： 如果系统的始态、终态温度相等，并且系统状态变化是在等温 条件下进行，这个过程称为等温过程。 定温变化与等温过程不同，前者只强调始态和终态的温度相等 ，而对过程中的温度不作要求。 (2)等压过程（isobaric process）：如果系统始态、终态压力 相等，并且系统状态变化是在等压条件下进行，这个过程称为 等压过程。 (3)等容过程（isovolume process）：如果系统始态、终态 容积相等，过程中始终保持同样的容积，这个过程称为等容过 程。
3 过程与途径
4．相
系统中物理性质和化学性质完全相同，并与其 它部分在明确界面分隔开来的任何均匀部分称为 一相（phase）。
只含一个相的系统称为均相系统或单相系统。 例如：混合气体、NaCl水溶液、金刚石等。 相可以是纯物质或均匀的混合物组成。相和组分 不是一个概念。
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热和功与过程紧密联系，没有过程就没有能量的传递 。热和功不是体系的状态函数.
热力学中功的分类 体积功 ：
体系因体积变化抵抗外压所作的功。用-pΔV表示
非体积功： 除体积功外的所有功。如电功、机械功、表面功等.
状态函数：
确定体系状态的宏观物理量称为体系的状态函数。如质量、
温度、压力、体积、密度、组成热力学能(U)、焓(H)、熵 (S)、吉布斯函数(G)等是状态函数。
状态函数的特点：
1. 体系的状态一定，状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和终态决定，与体系经
过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。
(1)等温过程（isothermal process）： 如果系统的始态、终态温度相等，并且系统状态变化是在等温 条件下进行，这个过程称为等温过程。 定温变化与等温过程不同，前者只强调始态和终态的温度相等 ，而对过程中的温度不作要求。 (2)等压过程（isobaric process）：如果系统始态、终态压力 相等，并且系统状态变化是在等压条件下进行，这个过程称为 等压过程。 (3)等容过程（isovolume process）：如果系统始态、终态 容积相等，过程中始终保持同样的容积，这个过程称为等容过 程。
3 过程与途径
大学化学热力学基础ppt课件
28
非平衡态热力学基本概念
非平衡态定义
系统内部存在不均匀性，导致物 理量（如温度、压力、浓度等） 在空间或时间上呈现不均匀分布 的状态。
热力学流与力
描述非平衡态系统中，各种物理 量的流动（如热流、粒子流、信 息流等）及其驱动力（如温度梯 度、浓度梯度等）。
局域平衡假设
在非平衡态系统中，可以将其划 分为若干小区域，每个小区域内 达到局部平衡状态，从而可以应 用平衡态热力学的理论。
2024/1/25
15
热机循环与制冷循环
热机循环
将热能转换为机械能的循环过程，如内燃机 、蒸汽机等。热机循环通常包括吸热、膨胀 、放热和压缩四个基本过程。
制冷循环
将热量从低温物体传递到高温物体，实现制 冷的循环过程。制冷循环通常包括蒸发、压 缩、冷凝和膨胀四个基本过程。
2024/1/25
16
实际循环效率分析
大学化学热力学基础 ppt课件
2024/1/25
1
目录
2024/1/25
• 热力学基本概念与定律 • 热力学函数与性质 • 热力学过程与循环 • 相变热力学 • 化学反应热力学 • 非平衡态热力学简介
2
热力学基本概念与定律
01
2024/1/25
3
热力学系统及其分类
01
孤立系统
与外界无任何相互作用的系统。
在恒温恒压下，当多相系统中各相的性质和 数量均不随时间变化时，称系统处于相平衡 状态。此时，各相的温度、压力相等，且各 相中组分的化学势也相等。
2024/1/25
相律
相律是描述相平衡系统中相数、组分数和自 由度数之间关系的定律。对于均相系统，相
律可表示为：F=C-P+2；对于非均相系统 ，相律可表示为：F=C-P+1。其中，F为自
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等压过程（isobaric process） 在环境压力恒定下，体系的始态、终 态压力相同，并且等于环境的压力。
27
Thermodynamic Precess
C
1 2
O2
CO
12O2 CO252
过程与途径的关系
始态 n p1 T1 V1
恒温过程
恒容过程 途径Ⅰ
n p2 T1 V2 途径 II
终态 n p2 T2 V1
恒压过程
26
Thermodynamic Precess
热力学过程分为以下几类： 等温过程（isothermal process）
在环境温度恒定下，体系的始态、终态 温度相同，并且等于环境的温度。
T、p、V
决定 系统所含 物质的量 n
22
State Function
状态函数 X 即：X =X2-X1
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。
50g，50℃水 途 径 1 50g，80℃水
状态1
途径2
状态2
50g，20℃水
23
状态3
Thermodynamic Precess
三、过程和途径
过程：热力学系统中发生的一切变化。 途径：某一过程的具体方式。
完成一个过程，可以经过不同的具 体路线，具体步骤，这些所经历的具体 路线，具体步骤就叫做不同的途径，所 以说途径就是完成一个过程的具体步骤。24
Thermodynamic Precess
例：一化学反应
途径Ⅰ
途径Ⅱ
C O2 CO2
能量变化：放热？吸热？
△rH
Ө m
﹤0，放热
△rHห้องสมุดไป่ตู้
Ө m
﹥0，吸热
反应的方向：△rGmӨ﹤0 ? 指定条件下，正反应可否自发进行；
反应的限度：
能，正反应能否进行到底（K大小？）
6
Chemical Thermodynamics and Chemical Kinetics
能否发生（反应方向）
化反
能量转换（热效应）
1
内容提要
第一节 热力学基本概念 第二节 能量守恒和化学反应热效应 第三节 化学反应的方向 第四节 化学平衡 第五节 非平衡系统热力学与生命简介
2
Thermodynamics and Chemical Thermodynamics
热力学是研究热与其他形式的 能量之间转化规律的一门科学。热 力学的基础是热力学第一定律和热 力学第二定律。
4
向性问题。
化学热力学主要研究和解决的问题有：
1、利用热力学第一定律解决化学变化 的热效应问题。
2、利用热力学第二律解决指定的化学 及物理变化实现的可能性、方向和限度 问题，以及相平衡、化学平衡问题。
3、利用热力学第三律可以从热力学的 数据解决有关化学平衡的计算问题。 5
Chemical Thermodynamics
p1,V1 p2 , V2
V总= V1 + V2
P总≠ p1+ p2
19
广度性质和强度性质示意图
20
广度性质的数值与系统所含的物质的 量有关，强度性质与系统的数量无关，其 数值取决于系统自身的性质。
两种广度性质相除得到强度性质。
强度性质：
21
系统的状态常由几个相互独立的状态 函数来描述。
例如 理想气体所处的状态：
利用热力学定律、原理和方法
研究化学反应以及伴随这些化学反
应而发生的物理变化过程就形成了
化学热力学。
3
热力学第一定律 1850年，Joule提出，
主要研究热和其他形式 能量在变化过程中相互 转化的守恒关系。
热力学第二定律
1848年和1850年分
别由开尔文和克劳修斯
建立,主要研究热和其他
形式能量相互转化的方
封闭系统：系统与环境之间只有能量交 换，没有物质交换。
隔离系统：系统与环境之间既没有能量 交换，也没有物质交换。 11
Thermodynamic System and State Function
12
系统分类示意图
Thermodynamic System and State Function
三种热力学体系的特点
（3）体系复原状态，状态函数恢复原值。
17
State Function
状态函数的分类
广度性质（extensive property)
体积V、物质的量n、质量m等，
具有加和性。
强度性质（intensive property)
密度ρ、压力p、温度T等，
不具有加和性。
18
广度性质具有加和性，强度性质无加和性。
学 热
应 的 可
化
力
能
学
反应限度（化学平衡）
学性
反 应
反应速率
化反
学
应
反应机理
动
的
力 学
现
实
7
性
Features
热力学研究的特点 研究对象：大量粒子组成的宏观体系（热力 学的结论不适用于微观体系中单独粒子或少 量粒子的行为）
研究方法：在经验定律的基础上，通过演绎 的方法，得出一般性的规律。（高度的普适 性和可靠性）
系统可以是 实际存在的， 也可以是想象 的。系统与环 境间的界面可 以是真实的界 面，也可以是 虚构的界面。
10
Thermodynamic System and State Function
三种热力学系统
根据系统与环境之间物质和能量的交换情 况的不同，把系统分为三类：
开放系统：系统与环境之间既有能量交 换，又有物质交换。
敞开体系
封闭体系
孤立体系13
举例：保温瓶
14
二、状态和状态函数 （State and State Function）
状态
体系所有物理性质和化学性质的综合表现
状态的描述方式
可用物质的一些宏观物理量,如温度（T）、 压力（p）、体积（V）、物质的量（n）、密 度（ρ）、粘度（η）等来描述。
15
State Function
在热力学中，把用 于确定系统状态的物理 量（性质）称为状态函 数。
状态函数的量值只 取决于系统所处的状态， 其改变量取决于系统的 始态和终态，与实现变
16
化的途径无关。
状态函数的特征
（1）状态函数与体系状态一一对应； 状态函数变→状态变 状态变→状态函数变？
（2）状态改变时，状态函数的改变量只与体 系的始终态有关，而与变化的途径无关；
局限性：只考虑过程的初、末态，不考虑过 程的细节。（知其然，不知其所以然） 8
第一节 热力学基本概念
一、系统和环境 （System and Surroundings ）
系统：作为研究对象的那一部分物质； 环境：系统之外，与其密切联系的其它物质。
系统
The System
9
Thermodynamic System and State Function
27
Thermodynamic Precess
C
1 2
O2
CO
12O2 CO252
过程与途径的关系
始态 n p1 T1 V1
恒温过程
恒容过程 途径Ⅰ
n p2 T1 V2 途径 II
终态 n p2 T2 V1
恒压过程
26
Thermodynamic Precess
热力学过程分为以下几类： 等温过程（isothermal process）
在环境温度恒定下，体系的始态、终态 温度相同，并且等于环境的温度。
T、p、V
决定 系统所含 物质的量 n
22
State Function
状态函数 X 即：X =X2-X1
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。
50g，50℃水 途 径 1 50g，80℃水
状态1
途径2
状态2
50g，20℃水
23
状态3
Thermodynamic Precess
三、过程和途径
过程：热力学系统中发生的一切变化。 途径：某一过程的具体方式。
完成一个过程，可以经过不同的具 体路线，具体步骤，这些所经历的具体 路线，具体步骤就叫做不同的途径，所 以说途径就是完成一个过程的具体步骤。24
Thermodynamic Precess
例：一化学反应
途径Ⅰ
途径Ⅱ
C O2 CO2
能量变化：放热？吸热？
△rH
Ө m
﹤0，放热
△rHห้องสมุดไป่ตู้
Ө m
﹥0，吸热
反应的方向：△rGmӨ﹤0 ? 指定条件下，正反应可否自发进行；
反应的限度：
能，正反应能否进行到底（K大小？）
6
Chemical Thermodynamics and Chemical Kinetics
能否发生（反应方向）
化反
能量转换（热效应）
1
内容提要
第一节 热力学基本概念 第二节 能量守恒和化学反应热效应 第三节 化学反应的方向 第四节 化学平衡 第五节 非平衡系统热力学与生命简介
2
Thermodynamics and Chemical Thermodynamics
热力学是研究热与其他形式的 能量之间转化规律的一门科学。热 力学的基础是热力学第一定律和热 力学第二定律。
4
向性问题。
化学热力学主要研究和解决的问题有：
1、利用热力学第一定律解决化学变化 的热效应问题。
2、利用热力学第二律解决指定的化学 及物理变化实现的可能性、方向和限度 问题，以及相平衡、化学平衡问题。
3、利用热力学第三律可以从热力学的 数据解决有关化学平衡的计算问题。 5
Chemical Thermodynamics
p1,V1 p2 , V2
V总= V1 + V2
P总≠ p1+ p2
19
广度性质和强度性质示意图
20
广度性质的数值与系统所含的物质的 量有关，强度性质与系统的数量无关，其 数值取决于系统自身的性质。
两种广度性质相除得到强度性质。
强度性质：
21
系统的状态常由几个相互独立的状态 函数来描述。
例如 理想气体所处的状态：
利用热力学定律、原理和方法
研究化学反应以及伴随这些化学反
应而发生的物理变化过程就形成了
化学热力学。
3
热力学第一定律 1850年，Joule提出，
主要研究热和其他形式 能量在变化过程中相互 转化的守恒关系。
热力学第二定律
1848年和1850年分
别由开尔文和克劳修斯
建立,主要研究热和其他
形式能量相互转化的方
封闭系统：系统与环境之间只有能量交 换，没有物质交换。
隔离系统：系统与环境之间既没有能量 交换，也没有物质交换。 11
Thermodynamic System and State Function
12
系统分类示意图
Thermodynamic System and State Function
三种热力学体系的特点
（3）体系复原状态，状态函数恢复原值。
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State Function
状态函数的分类
广度性质（extensive property)
体积V、物质的量n、质量m等，
具有加和性。
强度性质（intensive property)
密度ρ、压力p、温度T等，
不具有加和性。
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广度性质具有加和性，强度性质无加和性。
学 热
应 的 可
化
力
能
学
反应限度（化学平衡）
学性
反 应
反应速率
化反
学
应
反应机理
动
的
力 学
现
实
7
性
Features
热力学研究的特点 研究对象：大量粒子组成的宏观体系（热力 学的结论不适用于微观体系中单独粒子或少 量粒子的行为）
研究方法：在经验定律的基础上，通过演绎 的方法，得出一般性的规律。（高度的普适 性和可靠性）
系统可以是 实际存在的， 也可以是想象 的。系统与环 境间的界面可 以是真实的界 面，也可以是 虚构的界面。
10
Thermodynamic System and State Function
三种热力学系统
根据系统与环境之间物质和能量的交换情 况的不同，把系统分为三类：
开放系统：系统与环境之间既有能量交 换，又有物质交换。
敞开体系
封闭体系
孤立体系13
举例：保温瓶
14
二、状态和状态函数 （State and State Function）
状态
体系所有物理性质和化学性质的综合表现
状态的描述方式
可用物质的一些宏观物理量,如温度（T）、 压力（p）、体积（V）、物质的量（n）、密 度（ρ）、粘度（η）等来描述。
15
State Function
在热力学中，把用 于确定系统状态的物理 量（性质）称为状态函 数。
状态函数的量值只 取决于系统所处的状态， 其改变量取决于系统的 始态和终态，与实现变
16
化的途径无关。
状态函数的特征
（1）状态函数与体系状态一一对应； 状态函数变→状态变 状态变→状态函数变？
（2）状态改变时，状态函数的改变量只与体 系的始终态有关，而与变化的途径无关；
局限性：只考虑过程的初、末态，不考虑过 程的细节。（知其然，不知其所以然） 8
第一节 热力学基本概念
一、系统和环境 （System and Surroundings ）
系统：作为研究对象的那一部分物质； 环境：系统之外，与其密切联系的其它物质。
系统
The System
9
Thermodynamic System and State Function