热力学基本概念

项目

检查

检查情况巡视、检查小组讨论法3min

评估与讨论1.评估总结任务实施过

程；

2.分析任务完成结果

语言总结问题引导法2min

课后

作业

P58 3-1，

化学热力学基本概念

化学热力学的任务

•一定条件下，过程(反应)能否自动进行;

•一定条件下，过程(反应)的限度及最大产量;

•过程(反应)的能量(热、功)转换及其规律。

热力学(Thermodynamics)内容

•热力学第一定律：

第一类永动机不可能，对过程能量转换进行计算。

•热力学第二定律：

第二类永动机不可能，判断过程进行方向、限度（化学平衡、相平衡）。

•热力学第三定律：

解决化学平衡有关计算（规则）问题。

1、体系与环境

体系（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。环境（surroundings）与体系密切相关、有相互作用（或影响所能及）的部分称为环境。

体系分类

根据体系与环境之间能量和物质交换的特点，把体系分为三类：

（1）敞开体系（open system）

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。

3）孤立体系（isolated system）

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

注意：

可见，体系与环境的划分并不是绝对的，实际上带有一定的人为性。原则上说，对于同一问题，不论选哪个部分作为体系都可将问题解决，只是在处理上有简便与复杂之分。因此，要尽量选便于处理的部分作为体系。一般情况下，选择哪一部分作为体系是明显的，但是在某些特殊场合下，选择方便问题处理的体系并非一目了然。

2 、状态函数

体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。

状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。

状态函数在数学上具有全微分的性质。

体系的性质-状态函数性质

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：

广延性质（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。

3.过程与途径

（1）体系状态的任何变化称过程(process)。

始态————————————————→终态

过程（具体可通过不同的途径来实现）

(2) 实现状态变化的具体步骤称为途径(path)。

根据过程有无相变及化学反应分：

简单状态变化过程：T，p，V变化

化学变化过程

相变过程

常见的变化过程

◆恒温过程：T始=T终=T外=常数

◆恒压过程: p始=p终=p外=常数

◆恒容过程: 在变化过程中容积始终不变

◆绝热过程: 在变化过程中，体系与环境不发生热的传递

◆循环过程：体系从始态出发，经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态函数的变量等于零。

可逆过程（reversible process）

体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。否则为不可逆过程。

在热力学中，我们将这种由一系列无限接近于平衡的状态所组成的，中间每一步都可以向相反方向进行而不在环境中留下任何痕迹的过程称为可逆过程。简单的说，就是某一过程发生之后，若能找到一种过程使体系和环境都恢复原状，则原过程就称为。

可逆过程的特点

（1）过程无限缓慢，整个过程是由一连串无限接近于平衡的状态所构成。(准静态过程)

（2）没有任何耗散，过程沿着原途径反向进行时，体系与环境都可以恢复原状，即实现“双复原”。（Q r= - Q逆；W r = - W逆）

（3）若做功则最大；若耗功则最小。

（4）一种理想过程温差无限小的传热过程；压力差无限小的体积变化过程；相变点进行的相变。

4.热力学基本概念——热力学平衡 (equilibrium state)

热力学平衡态：在一定条件下，系统性质不随时间变化，且将系统与环境隔离，系统的性质仍不改变的状态。

系统处于平衡态所满足的条件：系统内部处于

①热平衡：系统有单一的温度；

②力平衡：系统有单一的压力；

③相平衡：宏观上（处于动态平衡，微观上不满足）没有任何一种物质从一个相转移到另一个相；

④化学平衡：宏观上系统内的化学反应停止。

5.热和功

体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。Q的取号：体系吸热，Q>0；体系放热，Q<0 。

功（work）

体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。

功可分为体积功和非体积功两大类。W的取号：环境对体系作功，W>0；体系对环境作功，W<0 。

Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。

•Q 不是状态函数, 微小变化过程的热, 用δQ 表示,不能用全微分d Q 表示。

•W不是状态函数, 微小变化过程的功,用δW表示,不能用全微分d W表示。

体积功 (W) 膨胀功W = 压强 体积变化

注意：1）热和功不是状态函数，而是过程的属性，是过程的产物，其数值与途径有关。因此，如果体系处于指定的状态时，说“体系有多少热”或者“体系有多少功”都是错误的。

2）体系反抗的外压越大，体系所做的功也越大。

3）功(热)大小的比较,只看绝对值的大小。

4）W总=∑w i ; Q总=∑Q i

6.体积功的计算