基础化学第二章化学热力学基础
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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。
化学热力学主要研究和解决 的问题有：
（1）化学反应及与化学反应密切 相关的物理过程中的能量变化；
（2）判断化学反应进行的方向 和限度。
第一节 热力学第一定律
一、热力学的一些基本概念 二、热力学第一定律 三、焓
状态与状态函数的理解
➢① 状态一定的体系，其状态函 数具有唯一的确定值。
➢② 状态函数只取决体系现在的 状态。
➢③体系的状态函数只有部分是独 立的。
（三）过程和途径
▪ 过程：体系变化的经过。（系统状态 所发生的任何变化称为过程。）
▪ 途径：体系变化的细节（具体步骤）。 （系统经历一个过程，由始态变化到 终态，可以采用多种不同的方式，通 常把完成某一过程的具体方式称为途 径。 ）
（2）等压过程：系统始态的压力与终态 的压力相同，并等于环境压力的过程称 为等压过程。
（3）等容过程：系统的体积不发生 变化的过程称为等容过程。 （4）循环过程：如果系统由某一状 态出发，经过一系列变化又回到原 来的状态，这种过程就称为循环过 程。
百度文库 （四）热和功
▪ 能量，难以下一确切的定义。 ▪ 热力学中，物体间能量交换只有热和功两
一、热力学的一些基本概念
▪ （一）系统、环境和相
系统：人为划定的热力学研究对象。(当人 们以观察、实验等方法进行科学研究时， 往往将某一部分的物质或空间与其余部分 分开，作为研究的对象，这部分作为研究 对象的物质或空间称为系统。)
环境：与系统密切相关的部分。(在系统以 外，与系统有互相影响的其他部分称为环 境。)
体积功——是系统发生体积变化时与环境
传递的功； W = -p外·V；
非体积功——有用功：是除体积功以外的 所有其他功，用符号W′表示。如电功、 机械功，在化学反应中一般不予考虑。
二、热力学第一定律
热力学第一定律就是能量守恒定律， 它是人类经验的总结，已为大量的实验 所证实。
热力学第一定律可表述为：能量具有 各种不同的形式，它能从一种形式转化 为另一种形式，从一个物体传递给另一 个物体，但在转化和传递的过程中能量 的总值不变。
（一）热力学能
▪热力学能也称内能，用符号U 表示，它
是系统内部能量的总和，包括系统内分子 运动的动能、分子间相互作用的势能和分 子内各种粒子（原子、原子核、电子等） 及其相互作用的能量等。
➢物体总能量 E = T + V + U；
➢内能U = 分子动能 + 分子间的势能 + 电子、核的能量。
热力学能是状态函数，其量值取决 于系统的状态。在确定状态下，热力学 能的量值一定，它的改变量由系统的始 态和终态决定，与变化所经历的途径无 关。
➢状态变化：体系性质改变，状态随之改 变；反之亦然。（始态、终态；）
▪ 体系的性质 ▪ 性质：用于描述体系的宏观可测量； ▪ 系统的状态函数分为广度性质和强度
性质两类： ➢广度性质：其大小与体系中物质的数
量成正比，具有加和性，如V、m、U；
➢强度性质：其大小与体系中物质的本
性有关，具有唯一性，如T、p、；
第 五 节
第第第第 四三二一 节节节节
第 二
应热 函化 化 热 热 章
用力 数学 学 化 力 化
学 变反 反 学 学
在 的应 应
第
生 计的 的
一
学 热
物 算摩 方
定力
化 尔向 学吉 中布
律学 基
的斯
础
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。 这两个定律都是人类的大量经验的总结， 有着广泛的、牢固的实验基础。
根据体系与环境间物质、能量交换情况， 把系统分为三类：
（1）敞开系统：系统与环境之间既 有能量交换，又有物质交换。
（2）封闭系统：系统与环境之间只 有能量交换，没有物质交换。
（3）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。
相：系统中物理性质和化学性质完全相 同的均匀部分称为相。
➢ 相与相之间存在明显的界面。 均相系统：通常把只含有一个相的系统
称为均相系统。
多相系统：含两个或两个以上相的系统 称为多相系统。
（二）状态和状态函数
➢状态：体系的物理、化学性质具有确定 值，是体系各种宏观性质的综合表现。
➢状态函数：在热力学中，把用于确定系 统的物理量（性质）称为状态函数。
➢状态函数的特点：其量值只取决系统所 处的状态；其变化值仅取决于系统的始 态和终态，而与变化的途径无关。
在任何过程中，系统热力学能的增加等 于系统从环境吸收的热与环境对系统所做 的功（热与功，非状态函数）之和。
U=Q＋W
对于微小变化：dU=Q+W
三、焓
➢对于不做非体积功的等压过程:
QW′=0=dU+psudV ➢对等压下发生的过程，psu＝p ，且为
一常数，则：
Qp,W′p=s0u=ddVU=+pdd(Vp=Vd)(=pdV()U+pV) ➢由于 U，p，V 都是状态函数，因此
➢同一过程体系的始、末状态一样，
故其状态函数的变化量一致，如U。
➢同一过程的不同途径中，如Q、W等
宏观可测量的变化量不一定相同。
➢过程和途径的关系是热力学第一定 律的直接应用。
➢据过程发生的条件，过程可分为 ① 等温过程、②等压过程、③等容过 程、④循环过程。
（1）等温过程：系统的始态温度与终态 温度相同，并等于环境温度的过程称为 等温过程。 人体具有温度调节系统，从而保持 一定的体温，因此在体内发生的生化反 应可以认为是等温过程。
由于系统内部粒子的运动方式及其 相互作用非常复杂，热力学能的绝对值 无法测量，但能测量出其变化值。
当系统由状态A变化到状态B时： △U=UB-UA
（二）热力学第一定律的数学表达式
系统的热力学能改变是由于系统与环境 之间进行热和功传递的结果。由于能量既 不能凭空产生，也不能自行消失，系统所 增加的能量一定等于环境所失去的能量。
种形式。 ▪ 1、热（Q） ➢由于温度不同而在物体间交换的能量。 ➢热的交换是由于大量质点无序运动引起的。
➢热力学规定：系统吸热，Q＞0；系统向
环境放热，Q＜0。
➢1卡（cal）= 4.184焦尔（J）
2．功（W）
除热外其余各种形式被传递的能量。
热力学规定：环境对系统做功，W＞0；系 统对环境做功，W＜0。
化学热力学主要研究和解决 的问题有：
（1）化学反应及与化学反应密切 相关的物理过程中的能量变化；
（2）判断化学反应进行的方向 和限度。
第一节 热力学第一定律
一、热力学的一些基本概念 二、热力学第一定律 三、焓
状态与状态函数的理解
➢① 状态一定的体系，其状态函 数具有唯一的确定值。
➢② 状态函数只取决体系现在的 状态。
➢③体系的状态函数只有部分是独 立的。
（三）过程和途径
▪ 过程：体系变化的经过。（系统状态 所发生的任何变化称为过程。）
▪ 途径：体系变化的细节（具体步骤）。 （系统经历一个过程，由始态变化到 终态，可以采用多种不同的方式，通 常把完成某一过程的具体方式称为途 径。 ）
（2）等压过程：系统始态的压力与终态 的压力相同，并等于环境压力的过程称 为等压过程。
（3）等容过程：系统的体积不发生 变化的过程称为等容过程。 （4）循环过程：如果系统由某一状 态出发，经过一系列变化又回到原 来的状态，这种过程就称为循环过 程。
百度文库 （四）热和功
▪ 能量，难以下一确切的定义。 ▪ 热力学中，物体间能量交换只有热和功两
一、热力学的一些基本概念
▪ （一）系统、环境和相
系统：人为划定的热力学研究对象。(当人 们以观察、实验等方法进行科学研究时， 往往将某一部分的物质或空间与其余部分 分开，作为研究的对象，这部分作为研究 对象的物质或空间称为系统。)
环境：与系统密切相关的部分。(在系统以 外，与系统有互相影响的其他部分称为环 境。)
体积功——是系统发生体积变化时与环境
传递的功； W = -p外·V；
非体积功——有用功：是除体积功以外的 所有其他功，用符号W′表示。如电功、 机械功，在化学反应中一般不予考虑。
二、热力学第一定律
热力学第一定律就是能量守恒定律， 它是人类经验的总结，已为大量的实验 所证实。
热力学第一定律可表述为：能量具有 各种不同的形式，它能从一种形式转化 为另一种形式，从一个物体传递给另一 个物体，但在转化和传递的过程中能量 的总值不变。
（一）热力学能
▪热力学能也称内能，用符号U 表示，它
是系统内部能量的总和，包括系统内分子 运动的动能、分子间相互作用的势能和分 子内各种粒子（原子、原子核、电子等） 及其相互作用的能量等。
➢物体总能量 E = T + V + U；
➢内能U = 分子动能 + 分子间的势能 + 电子、核的能量。
热力学能是状态函数，其量值取决 于系统的状态。在确定状态下，热力学 能的量值一定，它的改变量由系统的始 态和终态决定，与变化所经历的途径无 关。
➢状态变化：体系性质改变，状态随之改 变；反之亦然。（始态、终态；）
▪ 体系的性质 ▪ 性质：用于描述体系的宏观可测量； ▪ 系统的状态函数分为广度性质和强度
性质两类： ➢广度性质：其大小与体系中物质的数
量成正比，具有加和性，如V、m、U；
➢强度性质：其大小与体系中物质的本
性有关，具有唯一性，如T、p、；
第 五 节
第第第第 四三二一 节节节节
第 二
应热 函化 化 热 热 章
用力 数学 学 化 力 化
学 变反 反 学 学
在 的应 应
第
生 计的 的
一
学 热
物 算摩 方
定力
化 尔向 学吉 中布
律学 基
的斯
础
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。 这两个定律都是人类的大量经验的总结， 有着广泛的、牢固的实验基础。
根据体系与环境间物质、能量交换情况， 把系统分为三类：
（1）敞开系统：系统与环境之间既 有能量交换，又有物质交换。
（2）封闭系统：系统与环境之间只 有能量交换，没有物质交换。
（3）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。
相：系统中物理性质和化学性质完全相 同的均匀部分称为相。
➢ 相与相之间存在明显的界面。 均相系统：通常把只含有一个相的系统
称为均相系统。
多相系统：含两个或两个以上相的系统 称为多相系统。
（二）状态和状态函数
➢状态：体系的物理、化学性质具有确定 值，是体系各种宏观性质的综合表现。
➢状态函数：在热力学中，把用于确定系 统的物理量（性质）称为状态函数。
➢状态函数的特点：其量值只取决系统所 处的状态；其变化值仅取决于系统的始 态和终态，而与变化的途径无关。
在任何过程中，系统热力学能的增加等 于系统从环境吸收的热与环境对系统所做 的功（热与功，非状态函数）之和。
U=Q＋W
对于微小变化：dU=Q+W
三、焓
➢对于不做非体积功的等压过程:
QW′=0=dU+psudV ➢对等压下发生的过程，psu＝p ，且为
一常数，则：
Qp,W′p=s0u=ddVU=+pdd(Vp=Vd)(=pdV()U+pV) ➢由于 U，p，V 都是状态函数，因此
➢同一过程体系的始、末状态一样，
故其状态函数的变化量一致，如U。
➢同一过程的不同途径中，如Q、W等
宏观可测量的变化量不一定相同。
➢过程和途径的关系是热力学第一定 律的直接应用。
➢据过程发生的条件，过程可分为 ① 等温过程、②等压过程、③等容过 程、④循环过程。
（1）等温过程：系统的始态温度与终态 温度相同，并等于环境温度的过程称为 等温过程。 人体具有温度调节系统，从而保持 一定的体温，因此在体内发生的生化反 应可以认为是等温过程。
由于系统内部粒子的运动方式及其 相互作用非常复杂，热力学能的绝对值 无法测量，但能测量出其变化值。
当系统由状态A变化到状态B时： △U=UB-UA
（二）热力学第一定律的数学表达式
系统的热力学能改变是由于系统与环境 之间进行热和功传递的结果。由于能量既 不能凭空产生，也不能自行消失，系统所 增加的能量一定等于环境所失去的能量。
种形式。 ▪ 1、热（Q） ➢由于温度不同而在物体间交换的能量。 ➢热的交换是由于大量质点无序运动引起的。
➢热力学规定：系统吸热，Q＞0；系统向
环境放热，Q＜0。
➢1卡（cal）= 4.184焦尔（J）
2．功（W）
除热外其余各种形式被传递的能量。
热力学规定：环境对系统做功，W＞0；系 统对环境做功，W＜0。