第4章 化学热力学基础92页PPT
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第四章-化学热力学基础2010共166页文档
A. 多相体系 Heterogeneous system.
例1: 水油混合体系 Number of phases: 2
interface
B. 均相体系 Homogeneous system.
例2: 大气混合物 Number of phases: 1
atmosphere
不同种物质可形成均相体系。
oil
过程(Process): 体系从一个热力学平衡态变化为 另一个热力学平衡态所经历的状态变化。
平衡态1
状态变化
平衡态2
过程
过程的状态变化体现在状态函数的变化。 过程还可能存在其他变化。 A.化学变化过程：化学组成变化—化学反应。 B.物理变化过程：物理性质变化—相变化, 非相变化
(只是体积、温度、压力的改变)。
化学反应： ✓参与者：分子 molecules ✓介质 Media ：相 phase
实例：化学反应中的各种变化。
C 4 ( g ) H 2 O 2 ( g ) C 2 ( g ) O 2 H 2 O ( l )
rH m 89 .30 k6Jmo 1 l
热力学过程：体系从一个热力学平衡态变化为另 一个热力学平衡态所经历的状态变化。
可逆过程(Reversible process)
特点: 可逆过程是一连串非常接近于平衡状态的过程所 构成,变化无限小,速度无限慢。 反向过程是正向过程的相反操作,并能使体系和 环境都恢复到原来的状态,而不使体系和环境发生 任何变化。
yes
yes
yes
no
no
no
过程与途径 Process and path
平衡状态(Equilibrium state)：当体系的宏观性质 不随时间变化时,体系的宏观性质有确定值, 体系处 于热力学平衡状态。 A.热平衡—各部分的温度相等。 B.力平衡—各部分的压力相等。 C.相平衡—各相的分布(组成和数量)不随时间变化。 D.化学平衡—反应物和产物的组成不随时间变化。
《化学热力学》课件
总结词
详细描述
05
CHAPTER
和实际生产数据，对化学反应过程进行优化与设计。
要点一
要点二
详细描述
在化学工业中，通过对热力学数据的分析，可以指导反应过程的优化与设计。例如，通过分析反应速率常数、活化能等数据，可以优化反应条件，如温度、压力、浓度等，以达到理想的反应效果。同时，热力学数据也是新型反应过程和工艺开发的重要依据。
02
01
04
03
随着科技的不断发展和人类对能源、环境等问题的关注度不断提高，化学热力学将面临更多的挑战和机遇。
未来化学热力学的研究将更加注重绿色环保和可持续发展，为解决能源危机和环境问题提供更多可行的方案和技术支持。
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，化学热力学将更加注重计算机模拟和实验验证的结合，以更加精准地预测和优化化学反应和相变化过程。
未来化学热力学的研究将更加注重跨学科的交叉融合，如与物理学、生物学、环境科学等领域的结合，以解决更加复杂的问题。
THANKS
感谢您的观看。
目的
定义
化工生产
化学热力学理论在化工生产过程中用于优化反应条件，提高产率和降低能耗。
新能源开发
通过化学热力学原理研究新能源转化和储存技术，如燃料电池、太阳能电池等。
环境科学
化学热力学在环境科学领域用于研究污染物治理和资源回收等问题。
03
02
01
从19世纪中叶开始，科学家们开始研究化学反应中的能量转化问题，奠定了化学热力学的基础。
总结词
自由能变化是化学反应过程中体系自由能的变化，用于衡量反应过程中的能量和熵的综合效应。
详细描述
自由能变化是焓变和熵变的综合结果，其变化值可以用于判断反应是否自发进行。在等温、等压条件下，自发反应总是向着自由能减少的方向进行。自由能变化的大小和方向对化学反应的方向和平衡状态具有决定性影响。
详细描述
05
CHAPTER
和实际生产数据，对化学反应过程进行优化与设计。
要点一
要点二
详细描述
在化学工业中，通过对热力学数据的分析，可以指导反应过程的优化与设计。例如，通过分析反应速率常数、活化能等数据，可以优化反应条件，如温度、压力、浓度等，以达到理想的反应效果。同时，热力学数据也是新型反应过程和工艺开发的重要依据。
02
01
04
03
随着科技的不断发展和人类对能源、环境等问题的关注度不断提高，化学热力学将面临更多的挑战和机遇。
未来化学热力学的研究将更加注重绿色环保和可持续发展，为解决能源危机和环境问题提供更多可行的方案和技术支持。
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，化学热力学将更加注重计算机模拟和实验验证的结合，以更加精准地预测和优化化学反应和相变化过程。
未来化学热力学的研究将更加注重跨学科的交叉融合，如与物理学、生物学、环境科学等领域的结合，以解决更加复杂的问题。
THANKS
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目的
定义
化工生产
化学热力学理论在化工生产过程中用于优化反应条件，提高产率和降低能耗。
新能源开发
通过化学热力学原理研究新能源转化和储存技术，如燃料电池、太阳能电池等。
环境科学
化学热力学在环境科学领域用于研究污染物治理和资源回收等问题。
03
02
01
从19世纪中叶开始，科学家们开始研究化学反应中的能量转化问题，奠定了化学热力学的基础。
总结词
自由能变化是化学反应过程中体系自由能的变化，用于衡量反应过程中的能量和熵的综合效应。
详细描述
自由能变化是焓变和熵变的综合结果，其变化值可以用于判断反应是否自发进行。在等温、等压条件下，自发反应总是向着自由能减少的方向进行。自由能变化的大小和方向对化学反应的方向和平衡状态具有决定性影响。
2024《化学热力学基础》PPT课件
《化学热力学基础》PPT课件目录CONTENCT •引言•热力学基本概念与定律•热化学与化学反应的热效应•熵与熵增原理•自由能与化学平衡•相平衡与相图•结论与展望01引言化学热力学的定义与重要性定义化学热力学是研究化学变化过程中热量和功的相互转化以及有关热力学函数的科学。
重要性化学热力学是化学、化工、材料、能源等领域的重要基础，对于理解化学反应的本质、优化化学反应条件、开发新能源等具有重要意义。
化学热力学的发展历史早期发展19世纪初，随着工业革命的发展，热力学理论开始形成，并逐步应用于化学领域。
经典热力学建立19世纪中叶，经典热力学理论建立，包括热力学第一定律、热力学第二定律等基本定律被提出。
现代热力学发展20世纪以来，随着量子力学、统计力学等理论的发展，化学热力学在微观层面上的研究取得了重要进展。
课程目标与学习内容课程目标掌握化学热力学的基本概念、基本原理和基本方法，能够运用热力学知识分析和解决实际问题。
学习内容包括热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡、相平衡、化学反应热力学等。
通过学习，学生将了解热力学在化学领域的应用，培养分析和解决化学问题的能力。
02热力学基本概念与定律80%80%100%系统与环境系统是指我们研究对象的那一部分物质或空间，具有明确的边界。
环境是指与系统发生相互作用的其他部分，是系统存在和发展的外部条件。
系统与环境之间通过物质和能量的交换而相互影响。
系统的定义环境的定义系统与环境的相互作用状态是系统中所有宏观物理性质的集合，用于描述系统的状况。
状态的概念状态函数的定义常见状态函数状态函数是描述系统状态的物理量，其值只取决于系统的始态和终态，与路径无关。
温度、压力、体积、内能等。
030201状态与状态函数热力学第一定律热力学第一定律的表述热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统所做的功。
第四章_化学热力学基础
第四章 化学热力学基础
本章内容
4-1 基本概念和常用术语 4-2 热力学第一定律 4-3 Hess定律和反应热的计算
4-4 热力学第二定律
4-0 化学热力学的研究对象
热力学： 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。
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”。
3. 状态函数分类
广延（广度或容量）性质的状态函数： 与系统中物质的量成正比，具有加和 性 (如体积、质量等)。 强度性质的状态函数： 由系统中物质的本性决定，不具加和 性，数值上不随系统中物质的量的变化 而变化（如温度、密度、热容、压力 等）。
4-1-3 相
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)
一个化学反应的发生涉及5个方面的 问题： 1. 反应的方向
2. 反应的限度
3. 反应过程的能量转换
4. 反应机理
5. 反应速率
化学热力学主要是从宏观的角度 研究化学反应的能量变化、化学反应 的方向、可能性、限度等问题。即：
5个问题中的前3个。
后两个问题是属于动力学范畴。
4-1 基本概念和常用术语
1. 状态
系统的状态是系统的总性质。 即系统的宏观性质的综合表现。 如：由压力、温度、体积、 质量、密度、粘度和物质的量 等物理量所确定下来的系统存 在的形式称为系统的状态。
2. 状态函数 状态函数是描述系统性质的物理量。 (如p,V,T……)
状态函数的特点： ①状态一定，状态函数一定。 ② 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。 系统一旦恢复，状态函数即恢复。
本章内容
4-1 基本概念和常用术语 4-2 热力学第一定律 4-3 Hess定律和反应热的计算
4-4 热力学第二定律
4-0 化学热力学的研究对象
热力学： 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。
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”。
3. 状态函数分类
广延（广度或容量）性质的状态函数： 与系统中物质的量成正比，具有加和 性 (如体积、质量等)。 强度性质的状态函数： 由系统中物质的本性决定，不具加和 性，数值上不随系统中物质的量的变化 而变化（如温度、密度、热容、压力 等）。
4-1-3 相
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)
一个化学反应的发生涉及5个方面的 问题： 1. 反应的方向
2. 反应的限度
3. 反应过程的能量转换
4. 反应机理
5. 反应速率
化学热力学主要是从宏观的角度 研究化学反应的能量变化、化学反应 的方向、可能性、限度等问题。即：
5个问题中的前3个。
后两个问题是属于动力学范畴。
4-1 基本概念和常用术语
1. 状态
系统的状态是系统的总性质。 即系统的宏观性质的综合表现。 如：由压力、温度、体积、 质量、密度、粘度和物质的量 等物理量所确定下来的系统存 在的形式称为系统的状态。
2. 状态函数 状态函数是描述系统性质的物理量。 (如p,V,T……)
状态函数的特点： ①状态一定，状态函数一定。 ② 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。 系统一旦恢复，状态函数即恢复。
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
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REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
2024版大学化学热力学基础课件
大学化学热力学基础课件contents •热力学基本概念与定律•热力学基本量与计算•热力学过程与循环•热力学在化学中的应用•热力学在物理化学中的应用•热力学在材料科学中的应用目录01热力学基本概念与定律孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
热力学系统及其分类状态函数与过程函数状态函数描述系统状态的物理量，如内能、焓、熵等。
状态函数的变化只与系统的初、终态有关，与过程无关。
过程函数描述系统变化过程的物理量，如热量、功等。
过程函数的变化与具体的路径有关。
能量守恒定律能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
热力学第一定律表达式ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律的表述不可能从单一热源吸热并全部转化为有用功而不引起其他变化。
熵增原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
熵是描述系统无序度的物理量，熵增加意味着系统无序度增加。
02热力学基本量与计算温度是表示物体冷热程度的物理量，是热力学中最重要的基本量之一。
温度的概念温标的定义温度的测量温标是用来衡量温度高低的标准，常见的有摄氏温标、华氏温标和开氏温标等。
温度的测量通常使用温度计，其原理是利用物质的热胀冷缩性质或其他物理效应来测量温度。
030201温度与温标压力的概念压力是单位面积上受到的垂直作用力，是描述气体状态的重要物理量。
体积的概念体积是物体所占空间的大小，对于气体而言，体积通常是指气体所充满的容器的容积。
压力与体积的关系在温度不变的情况下，气体的压力与体积成反比关系，即波义耳定律。
压力与体积030201热量的概念热量是物体之间由于温差而传递的能量，是热力学中重要的基本概念之一。
功的概念功是力在力的方向上移动的距离的乘积，是描述系统能量转化或传递的物理量。
化学热力学基础素材PPT课件
△U = Q + W = Q – P△V
1. 定容热
∵ △V = 0
∴ △U = QV
在此条件下，体系吸收的热量，只用于改变内能。
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2. 等压热与焓变
external
2.2.2 内能与热力学第一定律
内能U ：
又称热力学能，它是体系内部物质各种微观形式能量的总 和（包括分子、原子的动能，势能，核能，电子的动 能……，以及一些尚未研究的能量），用符号 U 表示。 内能是体系的状态函数。且具有加和性。 体系内能的绝对值至今尚无法知道。
热力学中将内能作为一个整体来讨论，研究的是内能的变
3 过程与途径
过程： 体系状态发生变化的经过称为过程。 途径： 完成过程的具体步骤称为途径。
1 ×105 Pa 2L
0.5 ×105 Pa 4L
途径Ⅰ
途径Ⅱ
4 ×105 Pa 0.5 第L13页/共89页
2 ×105 Pa 1L
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返回次目录
按过程发生时的条件，热力学中基本过程有：
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孤立体系：
体系与环境之间，既无物质交换，又无能量交换。 孤立体系也称为隔离体系。(体系+环境)
绝热装置盛水 体系：水+水蒸气+绝热装置
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孤立体系
敞开体系
封闭体系
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热力学：
研究物理的和化学的变化过程中能量变化规律的科学。
化学热力学：
1. 定容热
∵ △V = 0
∴ △U = QV
在此条件下，体系吸收的热量，只用于改变内能。
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2. 等压热与焓变
external
2.2.2 内能与热力学第一定律
内能U ：
又称热力学能，它是体系内部物质各种微观形式能量的总 和（包括分子、原子的动能，势能，核能，电子的动 能……，以及一些尚未研究的能量），用符号 U 表示。 内能是体系的状态函数。且具有加和性。 体系内能的绝对值至今尚无法知道。
热力学中将内能作为一个整体来讨论，研究的是内能的变
3 过程与途径
过程： 体系状态发生变化的经过称为过程。 途径： 完成过程的具体步骤称为途径。
1 ×105 Pa 2L
0.5 ×105 Pa 4L
途径Ⅰ
途径Ⅱ
4 ×105 Pa 0.5 第L13页/共89页
2 ×105 Pa 1L
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按过程发生时的条件，热力学中基本过程有：
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孤立体系：
体系与环境之间，既无物质交换，又无能量交换。 孤立体系也称为隔离体系。(体系+环境)
绝热装置盛水 体系：水+水蒸气+绝热装置
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孤立体系
敞开体系
封闭体系
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热力学：
研究物理的和化学的变化过程中能量变化规律的科学。
化学热力学：
第4章热力学基础.ppt
第四章 气体动理论
一、基本概念
热学
气体
动
理论(微观)
:
微观量
统计 力学
宏
观
量
热力学(宏观) : 宏观量实验宏观量
宏观量：表征大量分子集体特征的量、系统温度、压强、热容可测量出。
微观量：表征个别分子的物理量分子质量、速度、大小、能量.在现代实
验条件下是不能直接测得的量。
二、统计规律
统计规律：大量偶然事件整体遵从的规律。投掷骰子例子中，总次数N无 限增加时，任一面出现的概率均为1/6
Cv Cp 比热容比
35
1.67
57
1.4
68
1.3
（三）等温过程
1、特征： 系统的温度在状态变化过程 中始终保持不变。
T = 衡量 dT = 0 → d E = 0
P
P1 1
2、等温线：由
PV m RT 得 PV 恒量 M
3、做功： 由 PV m RT 得 P m R T
M
MV
气可看作理想气体。）
解: 本题只需考虑空气的初状态和末状态，并且把空气作为理想气 体。我们有
p1V1 p2V2
T1
T2
已知 p1=8.5104Pa , p2=4.2106Pa，T1=273K+47K=320K
V2 1 ,所以 V1` 17
T2
p2V2 p1V1
T1
930K
这一温度已超过柴油的燃点，所以柴油喷入气缸时就会立即 燃烧，发生爆炸推动活塞作功。
微观 : 分子大小忽略不计(质点) 除碰撞外, 分子间无作用力
分子与器壁, 分子间为完全弹性碰
2.理想气体状态方程
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相平衡条件
在三组分系统中，除了温度、压 力恒定外，还需要满足各相中三 组分的摩尔分数相等。
三组分系统
含有三个组分的系统。
相图复杂性
由于三组分系统的自由度增加， 相图的复杂性也显著增加，需要 借助计算机模拟等手段进行分析 。
应用领域
三组分系统相图在石油化工、冶 金、陶瓷等领域有广泛应用，用 于指导多组分体系的分离、提纯 和合成等过程。
热力学第一定律
能量守恒定律
能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种 形式。
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能 或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保 持不变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统 与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
工业生产应用
氯碱工业、电解冶炼、有机电化学合成、电化学分析等。
06
界面现象与胶体性质探讨
表面张力和表面能概念引入和计算方法
表面张力定义
作用于液体表面，使液体表面积 缩小的力。
表面能定义
恒温恒压下，增加单位表面积时， 体系自由能的增加值。
计算方法
通过测量液体表面张力或表面能相 关的物理量，如接触角、表面张力 系数等，利用相关公式进行计算。
01
胶体性质
丁达尔效应、电泳现象、布朗运 动等。
02
03
稳定性影响因素
分析方法
电解质种类和浓度、pH值、温 度等。
通过实验研究不同因素对胶体稳 定性的影响，利用相关理论进行 解释和预测。
界面现象在日常生活和工业生产中应用举例
日常生活应用
第4章 热力学基础 [2]PPT课件
![第4章 热力学基础 [2]PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/6f6458e5bceb19e8b9f6ba13.png)
热一律可得能量关系：
E 2E 1A
即外界对系统所做的功等于系统内能的增量
对于微小过程有
d E d A 0
2. 绝热过程的过程方程
绝热条件：dQ dE dA 0 C V ,m d T pd0 V
状态方程： pVRT pdVVdpνRdT
比热比:
(C V ,m R )pd C V V ,m V d 0p
Cp， m1d dQ Tp2 i 1R
：摩尔数 i：自由度数
三、迈耶公式及比热容比 摩尔定体热容 CV,m 摩尔定压热容 Cp,m
CV,m
i 2
R
i2 Cp,m 2 R
迈耶公式 Cp,mCV,m R
比热容比
c p C p ,m CV ,m R 1 R
cV
C V ,m
CV ,m
CV ,m
kT
(P1,V1,T1) 等温线 (P2,V2,T1)
二、热容、摩尔热容
系统和外界之间的热传递,会引起系统温度的变化,温
度每升高 1 度 (K) 所吸收的热量，称为系统的热容，
用 C 表示。 C dQ dT
单位：J / K
系统物质量为 1 mol 时，它的热容叫摩尔热容，用
Cm 表示。
Cm
dQm dT
单位：J/mol ·K
系统质量为 1 kg 时，它的热容叫比热容(比热)，用
过程 方程
内能
V 恒量 T
dE iRdT
2
E 2 E 1 C v ,m T 2 T 1
功
dA pdV
A pV2 V1
热量
dQdEdA
Qp Cp,mT2T1
二、定压热容量 Cp 定压热容 Cp：系统的压强不变的过程中的热容。
2024版大学化学热力学基础ppt课件
焓变与熵变
在化学反应中，反应前后物质的焓的差值称为 焓变，用ΔH表示；反应前后物质的熵的差值 称为熵变，用ΔS表示。
11
热力学性质图表
01
温度-熵图（T-S图）
以温度为纵坐标、熵为横坐标的 图示方法，用于表示物质在不同 温度下的熵值变化。
02
压力-体积图（p-V 图）
以压力为纵坐标、体积为横坐标 的图示方法，用于表示物质在不 同压力下的体积变化。
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。
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
数学表达式
ΔU = Q - W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外所做的功。
2024/1/25
6
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
热力学第三定律 在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。
10
热力学性质的计算
热容
系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K 所吸收（或放出）的热量，称为该系统在该过 程中的“热容”，用C表示。
在化学反应中，反应前后物质的焓的差值称为 焓变，用ΔH表示；反应前后物质的熵的差值 称为熵变，用ΔS表示。
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热力学性质图表
01
温度-熵图（T-S图）
以温度为纵坐标、熵为横坐标的 图示方法，用于表示物质在不同 温度下的熵值变化。
02
压力-体积图（p-V 图）
以压力为纵坐标、体积为横坐标 的图示方法，用于表示物质在不 同压力下的体积变化。
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。
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
数学表达式
ΔU = Q - W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外所做的功。
2024/1/25
6
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
热力学第三定律 在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。
10
热力学性质的计算
热容
系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K 所吸收（或放出）的热量，称为该系统在该过 程中的“热容”，用C表示。
化学热力学全PPT课件
第44页/共123页
1.3 焓
1 定容热QV
若系统的变化是在等容下进行的，则dV=0， W = -PdV =0，
V 0
U Q +W
QV U
说明：U是状态函数（其微小变化用dU来表示） ，
而Qv是过程量（其微小变化用δ来表示） 。它们在 恒容、不作非体积功的过程时仅仅只是在数值上是 相等的。
第45页/共123页
U UB UA
第36页/共123页
3 热力学第一定律的数学表达式
1） 由实验论证，热、功、内能三者的关系
例1：把100克0℃水放在一绝热套中，内有电阻丝。
水和电阻丝为系统，绝热箱和电池为环境。
第37页/共123页
H2O（l，0℃） 始态A
H2O（l，50℃） 终态B
U1 UB U A W1
”
功（W）: 除热量之外，系统与环境交换
的其他能量。 功的符号：
环境对系统做功 W > 0，“+” 系统对环境做功 W < 0，“-”
第20页/共123页
W = We + Wf
总功
膨胀功、 体积功
(Expansion Work)
非膨胀功、 非体积功
(work except expansion work)
第15页/共123页
广度性质与强度性质的关系
➢ 每单位广度性质即强度性质
V / n = Vm
Cp / n = Cp, m
➢ 广度性质÷广度性质 = 强度性质
m/V=ρ
➢ 广度性质×强度性质 = 广度性质
第16页/共123页
2 状态与状态函数
状态: 系统的一系列物理量的总和，系统性质的综合表现。
1.3 焓
1 定容热QV
若系统的变化是在等容下进行的，则dV=0， W = -PdV =0，
V 0
U Q +W
QV U
说明：U是状态函数（其微小变化用dU来表示） ，
而Qv是过程量（其微小变化用δ来表示） 。它们在 恒容、不作非体积功的过程时仅仅只是在数值上是 相等的。
第45页/共123页
U UB UA
第36页/共123页
3 热力学第一定律的数学表达式
1） 由实验论证，热、功、内能三者的关系
例1：把100克0℃水放在一绝热套中，内有电阻丝。
水和电阻丝为系统，绝热箱和电池为环境。
第37页/共123页
H2O（l，0℃） 始态A
H2O（l，50℃） 终态B
U1 UB U A W1
”
功（W）: 除热量之外，系统与环境交换
的其他能量。 功的符号：
环境对系统做功 W > 0，“+” 系统对环境做功 W < 0，“-”
第20页/共123页
W = We + Wf
总功
膨胀功、 体积功
(Expansion Work)
非膨胀功、 非体积功
(work except expansion work)
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广度性质与强度性质的关系
➢ 每单位广度性质即强度性质
V / n = Vm
Cp / n = Cp, m
➢ 广度性质÷广度性质 = 强度性质
m/V=ρ
➢ 广度性质×强度性质 = 广度性质
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2 状态与状态函数
状态: 系统的一系列物理量的总和，系统性质的综合表现。
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28.05.2020
14
4.2.1 热和功
热——系统与环境之间因温度不同而传递的能量，用Q表示。 功——除热之外，其它各种被传递的能量，用W表示。 热和功都不是状态函数。 热力学规定： 系统从环境吸热，Q＞0；系统向环境放热，Q＜0 环境对系统做功，W＞0；系统对环境做功，W＜0
28.05.2020
1.正确理解热力学的基本概念及有关符号的意义。
2.掌握盖斯定律的应用及反应的ΔrHm、ΔrSm、 ΔrGm和ΔrGm的计算。
3.熟练运用吉布斯-亥姆霍兹方程判断化学反应自 发进行的方向和计算标准状态下自发进行的最高温度 或最低温度。
4.了解化学平衡的概念，掌握标准平衡常数K的意 义、表示方法及有关平衡的计算。
C(石墨)+O2(g) 始态
途径Ⅱ
过程
途径Ⅰ CO(g)+½O2(g)
中间态
CO2(g) 终态
28.05.2020
12
化学热力学中常见的过程
（1）定温过程：T1=T2，T=0(过程发生时系统的温度可以改 变，只要T=0即可)
（2）定压过程：p1=p2，p=0(过程发生时系统的压力可以改 变，只要p=0即可)
（3）定容过程：V1=V2，V=0 （4）定温定压过程：T=0，p=0(敞口容器中的反应) （5）定温定容过程：T=0，V=0(刚性密闭容器中的反应) （6）绝热过程：系统与环境之间没有热交换，Q=0(绝热容器 中的反应)
28.05.2020
13
4.2 热力学第一定律
4.2.1 热和功 4.2.2 热力学能 4.2.3 热力学第一定律
（3）纯液体(纯固体)的标准状态——在标准压力 p下，纯液体(纯固体)的状态。
（4）溶液中各组分的标准状态——在标准压力p 下，各组分的浓度均等于标准浓度(c=1molL-1或 b=1molkg-1)的状态。
28.05.2020
11
4.1.4 过程和途径
过程：系统由始态→终态的经过 途径：由始态→终态经过的具体方式 例如化学反应过程：反应物(始态)→生成物(终态)
教学目标
1.通过化学热力学的学习，掌握化学热力学的基本原理，认识 化学反应过程的一些基本规律。
2.通过四大平衡的学习，掌握平衡和平衡移动原理，掌握平衡 的计算，尤其是多种平衡共存的计算。
3.通过误差与数据处理的学习，建立起误差的概念，能正确地 进行数据记录和处理，以得出合理的结论或结果。
4.通过滴定分析法的学习，掌握滴定分析法尤其是酸碱滴定法 的基本原理、方法及有关计算。
28.05.2020
8
始态 T1=25℃
例如温度的改变
直接升温
终态 T2=100℃
升温
28.05.2020
T中间态=150℃ 中间态
降温
9
4.1.3 标准状态
标准状态的引入：物质的状态函数与物质所处的 状态有关，为了便于比较和进行计算，规定一个标 准状态。
标准状态的定义：指定温度和标准压力(p=105Pa) 下纯物质的状态。
4%
25%
21%
50%
28.05.2020
2
第4章 化学热力学基础
学习内容： 4.1 热力学的基本概念 4.2 热力学第一定律 4.3 反应的焓变 4.4 混乱度与反应的熵变 4.5 反应自发性与反应的吉布斯自由能变 4.6 化学平衡与反应限度
28.05.2020
3
第4章 化学热力学基础
基本要求：
28.05.2020
7
4.1.2 状态和状态函数
状态——系统的物理性质和化学性质的综合表现 状态函数——描述系统状态的宏观物理量，如n、T、p、V等 状态函数的特点： （1）系统的状态一定时，状态函数有一定值。 （2）系统的状态发生改变，状态函数也随之改变，并且状态函
数的改变值只与系统的初始状态(始态)和终止状态(终态)有关， 而与变化的途径无关。 （3）系统恢复到原来状态，状态函数也恢复到原值。
5.了解浓度、压力、温度对化学平衡的影响，掌握 温度与平衡常数的关系及定量计算。
28.05.2020
4
引言
对一个化学反应，需要研究解决以下五个方面的问题： （1）在指定条件下，反应能否发生? （2）如果反应能发生，反应体系的能量如何变化? （3）如果反应能发生，反应进行的程度有多大? （4）如果反应能发生，反应的速率有多大? （5）反应是怎样发生的? 前三个是化学热力学问题，后两个是化学动力学问题。
28.05.2020
5
4.1 热力学的基本概念
❖ 4.1.1 系统与环境 ❖ 4.1.2 状态和状态函数 ❖ 4.1.3 标准状态 ❖ 4.1.4 过程和途径 ❖ 4.1.5 化学计量系数和反应进度（不作要求）
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6
4.1.1 系统与环境
系统——人为划分的研究对象 环境——系统以外与系统有关的部分 根据系统与环境之间有无物质和能量交换将系统分为三类： （1）敞开系统——系统与环境之间既有物质交换也有能量交换 （2）封闭系统——系统与环境之间无物质交换只有能量交换 （3）孤立系统——系统与环境之间既无物质交换也无能量交换
注意：标准状态没有规定温度，故随着温度的改 变，可有无数个标准状态。常用温度为298K。
若在指定温度下，参加反应的各物种(包括反应物 和生成物)均处于标准状态，则称2020
10
各种物质标准状态的规定
（1）纯理想气体的标准状态——该气体处于标准 压力p下的状态。
（2）混合理想气体的标准状态——各组分的分压 均等于标准压力p的状态。
5.通过原子结构和分子结构的学习，了解量子力学的一些基本 观点和结论，并把这些观点和结论用于解释元素及其化合物的性 质，解释元素周期率和分子的空间构型。
6.通过化学实验，掌握基本操作技能和实验数据处理，提高理 论联系实际的能力和分析问题、解决问题的能力。
28.05.2020
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课程成绩评定
课堂考勤 随堂测验 课程作业 期末考试 （4次） （3次） （3次） （闭卷）
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化学热力学中功的分类
化学热力学把功分为两类： （1）体积功：包括膨胀功和压缩功。 （2）非体积功：除体积功外其他所有类型的功，如电 功、表面功等。
在化学热力学的讨论中，为使问题简化，常规定过程 的非体积功为零，即系统与环境之间只有热和体积功的 传递。