化学热力学发展史
《化学热力学》课件
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。
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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。
化工热力学文献综述
1．研究背景化学工程的一个分支，是热力学基本定律应用于化学工程领域中而形成的一门学科。
主要研究化工过程中各种形式的能量之间相互转化的规律及过程趋近平衡的极限条件，为有效利用能量和改进实际过程提供理论依据。
2．国内外研究现状热力学是物理学的一个组成部分，它是在蒸汽机发展的推动下，于19世纪中叶开始形成的.最初只涉及热能与机械能之间的转换，之后逐渐扩展到研究与热现象有关的各种状态变化和能量转换的规律。
在热力学的基本定律中,热力学第一定律表述能量守恒关系，热力学第二定律从能量转换的特点论证过程进行的方向。
这两个定律具有普遍性，在化学、生物学、机械工程、化学工程等领域得到了广泛的应用。
热力学基本定律应用于化学领域,形成了化学热力学，其主要内容有热化学、相平衡和化学平衡的理论；热力学基本定律应用于热能动力装置，如蒸汽动力装置、内燃机、燃气轮机、冷冻机等,形成了工程热力学，其主要内容是研究工质的基本热力学性质以及各种装置的工作过程，探讨提高能量转换效率的途径。
化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础，在化学工业的发展中逐步形成的。
化工生产的发展，出现了蒸馏、吸收、萃取、结晶、蒸发、干燥等许多单元操作，以及各种不同类型的化学反应过程，生产的规模也愈来愈大，由此提出了一系列的研究课题。
例如在传质分离设备的设计中，要求提供多组分系统的温度、压力和各相组成间的相互关系的数学模型。
一般化学热力学很少涉及多组分系统，它不仅需要热力学，还需要应用一些统计力学和经验方法。
在能量的有效利用方面，化工生产所涉及的工作介质比工程热力学研究的工作介质（空气、蒸汽、燃料气等）要复杂得多，且能量的消耗常在生产费用中占有很高比例，因此更需要研究能量的合理利用和低温位能量的利用,并建立适合于化工过程的热力学分析方法。
1939年，美国麻省理工学院教授H.C。
韦伯写出了《化学工程师用热力学》一书。
1944年，美国耶鲁大学教授 B.F。
道奇写出了名为《化工热力学》的教科书。
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。
物理化学发展史
物理化学发展史物理化学的正式诞生通常追溯到1877年，由德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范托夫创办的《物理化学杂志》标志着这一学科的起点。
这段时期至20世纪初，物理化学的主要特征是化学热力学的繁荣发展，特别是热力学第一和第二定律在溶液体系研究中的广泛应用。
吉布斯的多相平衡体系研究，范托夫的化学平衡研究，阿伦尼乌斯的电离学说，能斯特的热定理，都对化学热力学产生了深远影响。
1906年，路易斯提出非理想体系的逸度和活度概念，以及测定方法，奠定了化学热力学的坚实基础。
同时，劳厄和布喇格的X射线晶体结构分析研究，为现代结晶化学奠定了基础，阿伦尼乌斯和博登施坦、能斯脱的理论对化学动力学发展也起到了关键作用。
20世纪20至40年代，物理化学深入到原子和分子层面，结构化学成为主导。
量子力学的兴起，特别是海特勒和伦敦对氢分子的量子力学处理，为共价键理论提供了理论基础，鲍林和斯莱特的价键方法和分子轨道方法成为现代化学键理论基石。
同时，自由基链式反应动力学、强电解质理论和电化学领域也取得了显著进展。
二战后至60年代，物理化学的发展重心转向实验手段和技术的进步，如谱学技术的飞跃，这些极大地推动了光化学和分子结构测定的发展。
电子学、真空技术和计算机的革新，使得物理化学研究范围扩大至激发态分子，电子能谱的出现更是对表面科学产生了深远影响。
60年代，激光技术、计算机和微弱信号检测技术的革新预示着物理化学新领域的诞生。
进入70年代，分子反应动力学、激光化学和表面结构化学成为前沿，研究对象扩展至非化学计量物质。
同时，理论研究借助量子化学计算和耗散结构理论，深化了对非平衡态体系的理解。
中国物理化学的发展历程，以1949年新中国成立为分界，早期在条件艰苦的情况下，老一辈学者在多个领域取得了显著成就并培养了人才。
1949年后，经过数十年努力，高等教育机构和研究机构在物理化学及相关领域取得了显著进步，如结构化学、量子化学、催化等。
物理化学是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。
化学反应热发展史
化学反应热发展史化学反应热是指化学反应中释放或吸收的热量。
化学反应热的研究始于18世纪末，随着时间的推移，人们对化学反应热的认识不断深化，相关实验方法也逐渐完善。
本文将概述化学反应热发展的历程，并介绍其中的重要里程碑。
一、发现化学反应热最早对化学反应热进行系统研究的是法国化学家拉瓦锡。
他于1780年代进行了一系列实验，通过测量反应前后溶液的温度变化，发现了一些反应伴随着热量的吸收或释放。
他还提出了热化学方程式，将反应热写入反应方程式中。
随后，瑞典化学家贝尔采利乌斯对拉瓦锡的实验进行了改进，并提出了火焰反应热计。
他用这种装置测定了多种化学反应的热效应，并建立了热化学的基本原理。
二、热力学的发展19世纪下半叶，热力学的建立为化学反应热的研究提供了新的理论基础。
热力学研究了能量转化和热力学性质，为化学反应热的计算和预测提供了理论依据。
瑞士化学家贝尔特洛特首次提出了化学反应的焓变概念。
他认为，化学反应中的热量变化可以用焓变表示，并提出了焓变的计算方法。
这一理论奠定了今天热化学的基础。
三、热化学的发展20世纪初，瑞士化学家赫斯特提出了赫斯特定律，进一步发展了热化学。
他的定律表明，在一定温度下，反应热与反应物的摩尔比例有关。
这一定律为化学反应热的计算提供了新的方法。
随后，美国化学家兰斯洛提出了热力学第一定律，即能量守恒定律。
根据这一定律，化学反应热可以通过测量反应体系的内能变化来计算。
四、实验方法的改进随着科技的发展，化学反应热的实验方法也得到了不断改进。
20世纪初，德国化学家贝尔曼发明了量热器，可以精确地测量化学反应的热量变化。
这一装置的出现极大地促进了化学反应热的研究。
近年来，随着计算机技术的进步，热化学研究已经进入了计算化学的时代。
利用计算机模拟，可以预测化学反应热，加快新材料的研发速度。
五、应用领域的拓展化学反应热不仅在基础研究中有重要应用，也在工业生产和环境保护中发挥着重要作用。
在工业生产中，化学反应热的研究可以帮助优化生产工艺，提高反应效率，降低能源消耗。
化学热力学的发展简史
化学热力学的发展简史姓名：xx 学号：xx1 引言化学热力学是物理化学中最早发展起来的一个分支学科，主要应用热力学原理研究物质系统在各种物理和化学变化中所伴随的能量变化、化学现象和规律，依据系统的宏观可测性质和热力学函数关系判断系统的稳定性、变化的方向和限度。
化学热力学的基本特点是其原理具有高度的普适性和可靠性.对于任何体系,化学热力学性质是判断其稳定性和变化方向及程度的依据。
也就是说,相平衡、化学平衡、热平衡、分子构象的稳定性、分子间的聚集与解离平衡等许多重要问题都需要用化学热力学的原理和方法进行判断和解决。
化学热力学的研究范畴决定了它与化学乃至化学学科以外的其他学科具有很强的交叉渗透性。
化学热力学在化学学科的发展中发挥着不可替代的重要作用,与其他学科的发展相互促进。
热力学的历史始于热力学第一定律，100多年来，化学热力学有了很大的发展和广阔的应用。
2 化学热力学的筑基化学热力学的主要理论基础是经典热力学。
19世纪上半叶，作为物理学的巨大成果，“能”的概念出现了; 人们逐渐认识到热只是能的多种可互相转换的形式之一，科学家意识到了统治科学界百年之久的“热质说”是错误的，于是热力学应运而生。
19世纪中叶，人们在研究热和功转换的基础上，总结出热力学第一定律和热力学第二定律，解决了热能和机械能转换中在量上的守恒和质上的差异。
1873-1878年，吉布斯进一步总结出描述物质系统平衡的热力学函数间的关系，并提出了相律。
20世纪初，能斯特提出了热定理，使“绝对熵”的测定成为可能。
为了运用热力学函数处理实际非理想系统，1907 年，路易斯提出了逸度和活度的概念%至此，经典热力学建立起完整的体系。
2.1 Hess定律俄国的赫斯很早就从化学研究中领悟了一些能量守恒的思想。
1836年，赫斯向彼得堡科学院报告: “经过连续的研究，我确信，不管用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的，这个原理是如此之明显，以至于如果我不认为已经被证明，也可以不假思索就认为它是一条公理。
吉布斯开辟了化学热力学的新天地
吉布斯开辟了化学热力学的新天地热力学第一定律回答了能量是否可以无中生有的问题，但在不违背第一定律的前提下，热能否全部转化为功？一架机器能否从单一热源不断取得热量而对环境不留下任何影响？或者说热能是否可以从低温热源不断流向高温热源而制造出第二类永动机？科学家通过对热机效率的研究，比较圆满地回答了这些问题。
法国工程师卡诺（N．L．S．Carnot， 1796～1832）为了提高蒸汽机的效率，进行了不懈的研究。
他精心设计了理想热机模型，提出了著名的卡诺定理：热机必须在两个热源之间工作，其效率决定于两个热源的温度差。
即使在理想状态下，其效率也不可能达到100％。
1824年，卡诺的论文发表后，在相当长的时间内并未引起人们的重视，因为它似乎与能量守恒定律不相容。
直到1850年，克劳修斯进一步研究了热力学第一定律和卡诺定理，发现二者并不矛盾，而且发现其中包含了一个新的极为重要的自然规律，即热力学第二定律：“一个自行动作的机器，不可能把热从低温物体传递到高温物体中去。
” 1851年，凯尔文也从卡诺的工作中独立地提出了这一定律：“功可以全部转化为热，但任何循环工作的热机都不可能从单一热源使之全部转化为有用功，而不产生其他任何影响。
”1854年，克劳修斯将热力学第一、二定律统一起来，给出了第二定律的数学表达式，从而为它的广泛应用奠定了理论基础。
同时他还引进了一个极为重要的概念，用熵来表示体系的一种状态性质，提出了在孤立体系中的熵增原理，从而清楚地说明了热力学过程的不可逆性。
到了19世纪50年代，热力学第一、二定律已基本确立。
它们不仅阐明了自然界各种能量的转化关系和统一性，而且指明了转化的方向和限度，成为人们认识自然和改造自然，以及建立各种科学理论的有力武器和基本前提，并在工业革命中发挥了巨大作用。
如何判断一个化学反应的动因（即方向）和限度呢？还在19世纪初，法国的贝特罗（P．E．M．Berthelot，1827～1907）和丹麦的D．J．汤姆逊（D．J．Thomson，1826～1909）通过对热化学的研究，提出了吸热和放热的概念，并利用量热计测定了一些化学反应的热效应。
化学史之热力学第一定律的建立
1840年他的第一篇重要的论文于被送到英国皇家学 会，当中指出电导体所发出的热量与电流强度、导 体电阻和通电时间的关系，此即焦耳定律。 焦耳提出能量守恒与转化定律：能量既不会凭空消 失，也不会凭空产生，它只能从一种形式转化成另 一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而 能的总量保持不变，奠定了热力学第一定律（能量 不灭原理）之基础。焦耳做了迄今认为是设计思想 最巧妙的实验：他在量热器里装了水，中间安上带 有叶片的转轴，然后让下降重物带动叶片旋转，由 于叶片和水的磨擦，水和量热器都变热了。 焦耳的实验装置，根据重物下落的高度，可以算出 转化的机械功；根据量热器内水的升高的温度，就 可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可 以求出热功当量的准确值来。 焦耳还用鲸鱼油代替 水来作实验，测得了热功当量的平均值为423.9千克 米/千卡。接着又用水银来代替水，不断改进实验方 法，直到1878年。这时距他开始进行这一工作将近 四十年了，他已前后用各种方法进行了四百多次的 实验。
迈尔是第一个完整提出能 量守恒与转化原理 焦耳采用了原理不同的 各种方法，他所获得的 日益精确的实验数据， 为热和功的相当性提供 了可靠的证据，使能量 守恒与转化定律建立在 牢固的实验基础之上。
赫姆霍兹是第一个从多方面论证能 量守恒与转化定律 德国的克劳修斯首先 提出了完整的热力学 第一定律的数学形式 列出全微分方程为 U是内能或热力学能， A是热功当量，W是外 功。
赫尔曼· 路德维希· 斐迪南德· 冯· 亥姆霍兹（Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz，1821～1894）德 国物理学家、数学家、生理学家、心理学家。他认为 ①一切科学都可以归结到力学。②强调了牛顿力学和 拉格朗日力学在数学上是等价的。③所有这种能量是 守恒的。亥姆霍兹发展了迈尔（Julius Robert Mayer）、詹姆斯· 普雷斯科特· 焦耳（James Prescott Joule）等人的工作，讨论了已知的力学的、 热学的、电学的、化学的各种科学成果，严谨地论证 了各种运动中能量守恒定律。在热力学研究方面，于 1882年发表论文《化学过程的热力学》，他把化学 反应中的“束缚能”和“自由能’区别开来，指出前 者只能转化为热，后者却可以转化为其他形式的能量。 他从克劳修斯的方程，导出了后来称作的吉布斯－亥 姆霍兹方程。他还研究了流体力学中的涡流、海浪形 成机理和若干气象问题。 在数学中，他研究了黎曼空间的几何、黎曼度量和数 学物理中的退化波动方程等课题。他提出的后经李改 进了的有关黎曼度量的论断以及李-亥姆霍兹空间问 题的重要性在许多自然科学领域中都得到了证实。
物理化学及其发展史
物理化学的发展这一学期，我有幸选到了杨青林老师的化学大师与化学发展这门选修课。
通过数周的学习，我收获颇丰，感受颇深。
在这门课上，我不仅了解到了化学大师们探索的神奇经历，更体会到了化学这门学科的神奇以及人生的许多哲理。
在这里，我将系统性的阐述物理化学的发展来作为我上这门课的感受与巨大的收获。
物理化学的发展史一般认为，物理化学作为一门学科的正式形成，是从1877年德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范托夫创刊的《物理化学杂志》开始的。
实际上，物理化学已有很大进展了。
从这一时期到20世纪初，物理化学以化学热力学的蓬勃发展为其特征。
热力学第一定律和热力学第二定律被广泛应用于各种化学体系，特别是溶液体系的研究。
吉布斯对多相平衡体系的研究和范托夫对化学平衡的研究，阿伦尼乌斯提出电离学说，能斯脱发现热定理都是对化学热力学的重要贡献。
当1906年路易斯提出处理非理想体系的逸度和活度概念，以及它们的测定方法之后，化学热力学的全部基础已经具备。
劳厄和布喇格对 X射线晶体结构分析的创造性研究，为经典的晶体学向近代结晶化学的发展奠定了基础。
阿伦尼乌斯关于化学反应活化能的概念，以及博登施坦和能斯脱关于链反应的概念，对后来化学动力学的发展也都作出了重要贡献。
20世纪20～40年代是结构化学领先发展的时期，这时的物理化学研究已深入到微观的原子和分子世界，改变了对分子内部结构的复杂性茫然无知的状况。
1926年，量子力学研究的兴起，不但在物理学中掀起了高潮，对物理化学研究也给以很大的冲击。
尤其是在1927年，海特勒和伦敦对氢分子问题的量子力学处理，为1916年路易斯提出的共享电子对的共价键概念提供了理论基础。
1931年鲍林和斯莱特把这种处理方法推广到其他双原子分子和多原子分子，形成了化学键的价键方法。
1932年，马利肯和洪德在处理氢分子的问题时根据不同的物理模型，采用不同的试探波函数，从而发展了分子轨道方法。
价键法和分子轨道法已成为近代化学键理论的基础。
化学热力学的发展简史
化学热力学的发展简史姓名: xx 学号: xx1 引言化学热力学是物理化学中最早发展起来的一个分支学科, 主要应用热力学原理研究物质系统在各种物理和化学变化中所伴随的能量变化、化学现象和规律, 依据系统的宏观可测性质和热力学函数关系判断系统的稳定性、变化的方向和限度。
化学热力学的基本特点是其原理具有高度的普适性和可靠性.对于任何体系,化学热力学性质是判断其稳定性和变化方向及程度的依据。
也就是说,相平衡、化学平衡、热平衡、分子构象的稳定性、分子间的聚集与解离平衡等许多重要问题都需要用化学热力学的原理和方法进行判断和解决。
化学热力学的研究范畴决定了它与化学乃至化学学科以外的其他学科具有很强的交叉渗透性。
化学热力学在化学学科的发展中发挥着不可替代的重要作用,与其他学科的发展相互促进。
热力学的历史始于热力学第一定律, 100多年来, 化学热力学有了很大的发展和广阔的应用。
2 化学热力学的筑基化学热力学的主要理论基础是经典热力学。
19世纪上半叶, 作为物理学的巨大成果, “能”的概念出现了; 人们逐渐认识到热只是能的多种可互相转换的形式之一, 科学家意识到了统治科学界百年之久的“热质说”是错误的, 于是热力学应运而生。
19世纪中叶, 人们在研究热和功转换的基础上, 总结出热力学第一定律和热力学第二定律, 解决了热能和机械能转换中在量上的守恒和质上的差异。
1873-1878年, 吉布斯进一步总结出描述物质系统平衡的热力学函数间的关系,并提出了相律。
20世纪初, 能斯特提出了热定理, 使“绝对熵”的测定成为可能。
为了运用热力学函数处理实际非理想系统, 1907 年, 路易斯提出了逸度和活度的概念%至此, 经典热力学建立起完整的体系。
2.1 Hess定律俄国的赫斯很早就从化学研究中领悟了一些能量守恒的思想。
1836年, 赫斯向彼得堡科学院报告: “经过连续的研究, 我确信, 不管用什么方式完成化合, 由此发出的热总是恒定的, 这个原理是如此之明显, 以至于如果我不认为已经被证明, 也可以不假思索就认为它是一条公理。
《高等化工热力学》课件
目录
• 绪论 • 热力学基础 • 化学平衡 • 相平衡 • 热力学在化工过程中的应用 • 结论与展望
01
绪论
热力学的定义与重要性
总结词：基本概念
详细描述：热力学是一门研究热现象的物理学分支，主要关注能量转换和传递过程中的基本规律和性 质。在化工领域，热力学是核心理论基础之一，对于化工过程的优化、设计和改进具有重要意义。
反应过程的优化提供理论支持。
加强与环境、能源等领域的交叉研究，探索化工过程 的绿色化、低碳化、资源化发展路径，为可持续发展
提供科技支撑。
针对复杂化学反应体系的热力学性质和传递特 性进行研究，发展适用于复杂体系的热力学模 型和计算方法。
结合人工智能、大数据等先进技术，发展智能化 的热力学分析和优化工具，提高化工过程的效率 和效益。
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化工过程的节能与减排
节能技术
利用热力学原理，开发和应用节能技术，降低能耗和减少温室气体排放。
减排措施
通过改进工艺和采用环保技术，减少化工过程对环境的污染和排放。
06
结论与展望
高等化工热力学的重要性和应用价值
高等化工热力学是化工学科中的重要分支，它涉及到化学反应、传递过程和热力学的基本原理，是实 现高效、低耗、安全、环保的化工生产的关键。
03
化学平衡
化学平衡的基本概念
化学平衡的定义
在一定条件下，可逆反应的正逆 反应速率相等，反应体系中各物 质的浓度不再发生变化的状态。
平衡常数
在一定温度下，可逆反应达到平衡 时各生成物浓度的系数次幂的乘积 与各反应物浓度的系数次幂的乘积 之比。
平衡态的描述
平衡态是系统内部各组分浓度和能 量达到相对稳定的状态，可以用状 态方程和热力学函数来描述。
材料热力学发展
热质的数量和热质的温度差。热机在运转时，热质的总量是不变的，热质由高 温物体流向低温物体而作功。只有热质本身的守恒，不是热能向机械能的转化。 在不断的探索和研究中，卡诺接受了热动说，对热能转化为机械能的认识前进 了一步。 卡诺在一篇手稿中写道；“动力或能量是自然界中一个不变量。准确地说， 它既不能产生，也不能消灭。实际上它只改变形式，也就是说，它有时引起一 种运动，有时则引起另一种运动，但决不会消灭。” 卡诺的这一见解，已接近 发现热力学第一定律，也就是能量守恒和转化定律。遗憾的是，这一有价值的 见解还没有来得及发表，卡诺就在 1832 年的霍乱中死去。直到1878年，他的 遗稿才发表。 卡诺已接近发现热力学第一定律和热力学第二定律，提出了理想热机的热 循环理论，奠定了热力学的理论基础。
热力学发展简史 热力学第一定律
迈尔(1814-1878)，是从哲学思维方面得到能 量守恒概念的。 1840年，迈尔是一位随船医生，在一次驶往 印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手术时， 发现血的颜色比温带地区的红亮，这引起了迈 尔的沉思。他认为，动物的热是在燃烧过程中 产生的，食物中含有的化学能，可转化为热能， 在热带情况下，机体中燃烧过程减慢，因而留 下了较多的氧。迈尔认为，人是一个热机关， 体力和体温都来自于食物中所含的化学能。迈 尔的结论是：“因此力（能量）是不灭的，而 是可转化的，不可称量的客体”。
材料热力学
材料科学与工程学院 杨正文
E-mails: yangzw@
参考教材
徐祖耀、李麟箸 科学出版社 郝士明 主编 化学工业出版社 2004 年, 第一版 （适用于研究生）
江伯鸿 上海交通大学 出版社 王崇琳 著 高等教育出版社
参考教材
石霖 编著 机械工业出版社(1992) （适用于研究生）
化学热力学与动力学
•
• 现在国际单位已统一规定功、热量、能量 的单位都用焦耳，热功当量就不存在了。 但是，焦耳的实验为能量转化与守恒提供 了坚实的实验基础，从而使热力学第一定 律得到科学界的公认。
1850年克劳修斯提出热力学第二定律，他认为： “不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起 其他变化”，相当于热传导过程的不可逆性。
求方程常数时选择适当温度范围内的蒸汽压数据用其中一点的数据及该点汽液平衡条件解出常数b当体系中含有超临界组分时体系的温度高于超临界组分的tc仍用低于tc的两相区内的蒸汽压和汽液平衡条件求解该组分mh81方程常为使求出的方程常数在预测超临界混合物的热力学性质时精度较高常用整个两相区温度范围从低于沸点至临界点的蒸汽压数据进行计算
化学热力学 与动力学
绪言
1. 化学热力学的研究内容与局限性
化学热力学是应用热力学的基本 定律研究化学变化及其有关的物理变 化的科学。主要研究化学过程的能量 转换关系及化学反应的方向与限度。
由于化学热力学只处理平衡问题 而不涉及平衡状态是如何达到的，只
涉及系统起始状态和终止状态，不涉
及变化的细节，因此，化学热力学只 能预测反应的可能性，但无法回答如 何使它发生，反应的速率如何，反应 的机理如何等问题。
1.3.2 Redlich-Kwong(RK)方程
Redlich和Kwong于1949年提出了R-K方程， 表达式：
p
RΤ V b
T
a 0.5V (V
b)
V 3 RT V 2 p
1
a
p T 0.5
bRT
pb 2
V
ab pT 0.5
0
R-K方程采用了与vdW方程相同的斥力项， 它对引力项作了两个重要的修正：
化学反应热及化学反应的
• 由于“焓”（H ）的绝对值无法测定，
• 故规定：最稳定单质的 △fHm ө(T ) = 0 kJ· -1 mol 例如： C（s,石墨），Cl2 (g) , Br2 (l) , I2 (s) 的△fHm ө 均为0
•五、Hess定律 1840年，俄国化学家G.H.Hess提出：一个过程两论 一步完成，还是分数步完成，其热效应相同。或说， “过程的热效应与途径无关”。
• 例： • •
△rH ө
H2(g)+ ½ O2(g) → H2O (l) ↑ △rH ө 3
△rH ө 1 ↓
•
• • •
2 H(g) + O (g) → H2O (g)
四、热力学能（内能）U
系统内部一切能量形式的总和。
热力学能是状态函数，属广度性质。
五、热和功
• 热（heat）——由于温度不同而在体系和环境 之间交换或传递的能量。 • 功（work）——除“热”之外，其他形式被 传 递的能量。 • 热和功的符号规定：
•
•
体系从环境吸热：Q > 0
体系向环境放热：Q < 0
• ③―焓变”与温度有关
• • • • 例：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
△rH m ө （298K）= +178 kJ· -1 mol △rH m ө （1000K）= +1785kJ· -1 mol
多数化学反应在△Ｔ不大而且无相变时，
•
△H 随T 变化不大。
2、 Qp 与Qv关系: • 把“H = U + pV ”代入 Qp = H2– H1 ,得： • • • Qp = △H = △U＋p△V = Qv＋p△V
高二化学 热力学四大定律 热力学发展史 选修四
高二化學選修4 熱力學四大定律熱力學發展史熱力學第一定律（能量守恆定律）：英國傑出的物理學家焦耳、德國物理學家亥姆霍茲等1、我們既不能創造，也不能消滅能量。
宇宙中的能量總和一開始便是固定的，而且永遠不會改變，但它可以從一種形式轉化為另一種形式。
一個人、一幢摩天大樓、一輛汽車或一棵青草，都體現了從一種形式轉化成為另一種形式的能量。
高樓拔地而起，青草的生成，都耗費了在其他地方聚集起來的能量。
高樓夷為平地，青草也不復生長，但它們原來所包含的能量並沒有消失，而只是被轉移到同一環境的其他所在去了。
我們都聽說過這麼一句話：太陽底下沒有新鮮東西。
要證實這一點你只需呼吸一下，你剛才吸進了曾經讓柏拉圖吸進過的5 000萬個分子。
2、宇宙的能量總和是個常數，總的熵是不斷增加的。
熵是不能再被轉化做功的能量的總和的測定單位。
這個名稱是由德國物理學家魯道爾夫·克勞修斯於1868年第一次造出來的。
蒸汽機之所以能做功，是因為蒸汽機系統裏的一部分很冷，而另一部分卻很熱。
換一句話說，要把能量轉化為功，一個系統的不同部分之間就必須有能量集中程度的差異(即溫差)。
當能量從一個較高的集中程度轉化到一個較低的集中程度(或由較高溫度變為較低溫度) 時，它就做了功。
更重要的是每一次能量從一個水準轉化到另一個水準，都意味著下一次能再做功的能量就減少了。
比如河水越過水壩流入湖泊。
當河水下落時，它可被用來發電，驅動水輪，或做其他形式的功。
然而水一旦落到壩底，就處於不能再做功的狀態了。
在水平面上沒有任何勢能的水是連最小的輪子也帶不動的。
這兩種不同的能量狀態分別被稱為“有效的”或“自由的”能量，和“無效的”或“封閉的”能量。
熵的增加就意味著有效能量的減少。
每當自然界發生任何事情，一定的能量就被轉化成了不能再做功的無效能量。
被轉化成了無效狀態的能量構成了我們所說的污染。
許多人以為污染是生產的副產品，但實際上它只是世界上轉化成無效能量的全部有效能量的總和。
热力学历史人物
亥姆霍兹
亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz 1821～ 1894)，德国物理学家、生理学家。生于柏林的波茨坦。 他是能量守恒定律的发现者之一，他的论文《论力 的守恒》虽被德国《物理学年鉴》主编波根道夫退回， 但却全面阐述了能量守恒和转换。他还属于19世纪最有 成就的生理学家、物理学家和数学家之列。 受当时的条件限制，他在哲学上企图把一切运动归 结为力学，是机械唯物论者。
热力学的历史人物（1）
克劳修斯 卡 诺 阿伏加德罗 玻耳兹曼 波义耳 约翰· 道尔顿 吉布斯 焦耳
亥姆霍兹
历史人物
克劳修斯
德国物理学家鲁道夫· 尤里乌斯· 艾曼努尔· 克劳 修斯（1822～1888），他发现并确立的热力学第二定律， 证明了第二类永动机是不可能成功制造的。
主要成就： 得出了热力学第二定律的克劳修斯陈述 推导了克劳修斯方程 修正了原来的范德瓦尔斯方程 最先提出了熵的概念（1854年） 提出了气体分子绕本身转动的假说和电解液分解的假说 建立了固体的电介质理论 提出描述分子极性同电介质常数之间关系的方程 推导出了气体分子平均自由程公式 找出了分子平均自由程与分子大小和扩散系数之间的关系 提出分子运动自由程分布定律（1860年） 确定气体对于器壁的压力值，创建了统计物理学
阿伏加德罗
阿伏加德罗（Ameldeo Avogardo,1776～ 1856）意大利物理学家、化学家。1809年任韦尔切利学院 自然哲学教授.1811年被选为都灵科学院院士。 阿伏加德罗还根据他的那条定律详细研究了测定分子量 和原子量的方法，但直到死后几年才被人接受。
他是第一个认识到物质由分子组成、分子由原子组成的 人。他的分子假说奠定了原子一分子论的基础，推动了物理 学、化学的发展，对近代科学产生了深远的影响。 他的四卷著作《有重量的物体的物理学》是第一部关于 分子物理学的教程。
化学反应热力学研究进展
化学反应热力学研究进展化学反应热力学是化学热力学重要的研究方向之一，主要目的是研究化学反应的热力学特性，如热力学稳定性、平衡状态、化学反应热等。
在长期的研究中，化学反应热力学已经逐渐成为了一个重要的跨学科研究领域，在化学、材料科学、能源、生物医学等领域都有广泛的应用和推广。
本文将从化学反应热力学的基础原理、热力学稳定性的研究、热力学平衡的研究和化学反应热研究四个方面来论述化学反应热力学的研究进展。
一、化学反应热力学的基础原理化学反应热力学的研究基础是热力学第一定律（能量守恒定律）和热力学第二定律（热力学方向性定律），其中热力学第一定律是描述化学反应过程中热量的守恒原理，即热量的增减与化学反应物和产物的摩尔数的变化量成正比。
而热力学第二定律则是描述化学反应过程中热量变化方向的原理，即永远不可能从低温物体中抽出热量并将其转化为等量的高温物体的热量。
在实际研究中，化学反应热力学的研究重点在于化学反应热的测定和计算。
其中，热反应测定是化学反应热力学研究的重要手段，通过这种方法可以在实验条件下测定化学反应的热量变化，从而了解化学反应的热力学特性。
而化学反应热的计算则是基于热力学平衡常数、化学反应式和物质的标准反应热等参数，通过计算得到的结果可以用于定量的分析化学反应的热力学特性。
二、热力学稳定性的研究热力学稳定性指的是化学物质在一定条件下不发生化学反应或者化学反应达到平衡态的能力。
在化学反应热力学的研究中，热力学稳定性的研究是非常重要的一方面，主要关注于化学物质的热力学性质以及热力学稳定性的评估。
化学物质的热力学性质包括热化学量、热容、热导率、热膨胀系数等参数，这些参数可以通过实验测定和理论计算等方法得到。
而热力学稳定性的评估则需要考虑化学反应热、热力学平衡常数等参数，从而得出化学物质是否稳定的结论。
在实际应用中，热力学稳定性的研究可以应用于环境保护、储能材料、化学品安全等领域。
比如在环境保护方面，研究化学物质的热力学稳定性可以预测化学物质在环境中的分布和传输，从而预测污染物的扩散范围并进行有效的环保措施。
化学反应热力学研究的新进展
化学反应热力学研究的新进展近年来，随着科技的快速发展，化学反应热力学研究得到了新的进展。
热力学研究不仅在工业生产中起着重要作用，而且在科学研究中也扮演着重要的角色。
热力学最初是研究物质热量变化的科学，后来发展成为研究能量转换、运动、化学反应等热量基本规律的学科。
而化学反应热力学则更加注重化学反应中能量变化的研究。
在化学反应中，反应物在一定温度和压力下发生化学反应，一定量的能量被吸收或放出。
热力学中最常见的化学反应热量指的是反应焓。
在反应过程中，焓的变化越大，反应放热或吸热的程度就越大。
因此，焓变化的计算对于了解反应的特性、优化制程、设计反应器等方面都具有重要作用。
近年来，化学反应热力学研究获得了新的进展。
其中一个最重要的进展是发展了一种新的方法——等压微量热量计（或称作等压卡曼微量热计）。
等压微量热量计最初由西班牙科学家利卡达发明，是一种用于测量反应热量、热能和热力学数据的装置。
等压微量热量计的原理是基于等压条件下的热量测量。
在反应开始时，装置内部已经加入一定量的反应物，同时还放入一个量较小、温度恒定、稳定的气氛（比如氮气）。
然后加入反应物后，等压微量热量计密封，根据终端显示装置对容器内温度变化的测量，计算出反应热量、热能和热力学数据。
等压微量热量计的优点是可精确测量反应热量的变化，因此，可以对反应的热力学特性进行深入研究，探索更多的反应方式和反应条件，以及相应的反应机理。
这个新方法不仅广泛应用于化学和生物化学领域，还可以应用于其他领域，比如能源、材料科学和生命科学等领域。
除了等压微量热量计，还有一些新技术和方法在化学反应热力学研究中得到了应用。
例如，热差示扫描量热计、热质联用技术、时间分辨光谱技术等。
这些技术不仅可以帮助科学家更好地研究化学反应中能量变化的特性，也可以帮助科学家更好地了解化学反应发生的机理，对于设计更加高效的反应体系有着重要的意义。
总之，化学反应热力学研究不断发展，新技术和新方法的应用使得这个领域的研究更加精确、深入和全面。
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化学热力学发展史
化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科，它主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从而对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判断。
化学热力学的核心理论有三个：所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能量可以相互转化；事物总是自发地趋向于平衡态；处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。
化学热力学是建立在三个基本定律基础上发展起来的。
热力学第一定律就是能量守恒和转化定律，它是许多科学家实验总结出来的。
一般公认，迈尔于1842年首先提出普遍“力”(即现在所谓的能量)的转化和守恒的概念。
焦耳1840～1860年间用各种不同的机械生热法，进行热功当量测定，给能量守恒和转化概念以坚实的实验基础，从而使热力学第一定律得到科学界的公认。
热力学第一定律给出了热和功相互转化的数量关系。
为了提高热机效率，1824年卡诺提出了著名的卡诺定理，他得到的结论是正确的，但他却引用了错误的“热质论”。
为了进一步阐明卡诺定理，1850年克劳修斯提出热力学第二定律，他认为：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”，相当于热传导过程的不可逆性。
首先，让我们来了解一下热力学的研究历史。
1851年开尔文认为：“不可能从单一热源取热使之完全变为有用的功而不引起其他变化”，相当于摩擦生热过程的不可逆性。
除上述两种说法外，热力学第二定律还有几种不同的叙述方式，它们之间是等效的。
在研究化学反应时，需要确定熵的参考态。
1912年，能斯脱提出热力学第三定律，即绝对温度的零点是不可能达到的。
其他科学家还提出过几种不同表述方式，其中1911年普朗克的提法较为明确，即“与任何等温可逆过程相联系的熵变，随着温度的趋近于零而趋近于零”。
这个定律非常重要，为化学平衡提供了根本性原理。
吉布斯给出了热力学原理的更为完美的表述形式，用几个热力学函数来描述系统的状态，使化学变化和物理变化的描述更为方便和实用。
他发表了著名的“相律”，对相平衡的研究起着重要的指导作用。
但实际系统常常是开放的、非平衡的，所涉及的物理化学过程通常是不可逆的。
19世纪人们开始研究热导扩散和电导等现象，但仅仅限于对近似平衡的非平衡状态和过程的研究。
20世纪60年代，开始对远离平衡的非平衡状态和过程的研究以后，热力学理论取得了重大的进展。
昂萨格和普里戈金等都曾作出杰出的贡献。
热力学三个定律是无数经验的总结，至今尚未发现热力学理论与事实不符合的情形，因此它们具有高度的可靠性。
热力学理论对一切物质系统都适用，具有普遍性的优点。
这些理论是根据宏观现象得出的，因此称为宏观理论，也叫唯象理论。
接着，让我们简单的认识一下热力学的基本定律各自的产生。
热力学所根据的基本规律就是热力学第一定律、第二定律和第三定律，从这些定律出发，用数学方法加以演绎推论，就可得到描写物质体系平衡的热力学函数及函数间的相互关系，再结合必要的热化学数据，解决化学变化、物理变化的方向和限度，这就是化学热力学的基本内容和方法。
经典热力学是宏观理论，它不依赖于物质的微观结构。
分子结构理论的发展和变化，都无需修改热力学概念和理论，因此不能只从经典热力学获得分子层次的任何信息。
并且它只处理平衡问题而不涉及这种平衡状态是怎样达到的，只需要知道系统的起始状态和终止状态就可得到可靠的结果，不涉及变化的细节，所以不能解决过程的速率问题。
欲解决上述两个局限性问题，需要其其它学科如化学统计力学、化学动力学等的帮助。
热力学理论已经解决了物质的平衡性质问题，但是关于非平衡现象，现有的理论还是初步的，有待进一步研究；热力学在具体问题中的实际应用，仍有广阔的发展前途。
热力学三大定理可谓物理化学的经典。
每条定律的提出都经过了相当长的历史：
（1）热力学的基本定律之一，是能量守恒和转换定律的一种表述方式。
热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。
它的另一种表述方式为：不消耗能量就可以作功的"第一类永动机"是不可能实现的。
焦耳于1840～1850年进行的热功当量实验为热力学第一定律的科学表述奠定了基础。
焦耳的实验表明，机械能所作的功W与其转换得到的热量Q之间存在着严格的数量关系，不管转换的过程如何，一个单位的热量永远相当于E个单位的功，即W=EQ，式中E称为热功当量。
在国际单位制(SI)中,热量和功的单位都是焦耳(J)，所以E=1。
（2）热力学第二定律的建立：本来汤姆生有可能立即从卡诺定理引出热力学第二定律，但是由于他没有摆脱热质说的羁绊，错过了首先发现热力学第二定律的机会。
①克劳修斯研究热力学第二定律：克劳修斯于1850 年用卡诺定理作了详尽的分析。
他证明，在卡诺循环中，“有两种过程同时发生，一些热量用去了，另一些热量从热体转到冷体，这两部分热量与所产生的功有确定的关系。
”1854 年，克劳修斯发表《热的机械论中第二个基本理论的另一形式》，在这篇论文中明确地阐明：“热永远不能从冷的物体传向热的物体，如果没有与之联系的、同时发生的其它的变化的话。
”他特别强调“没有其它变化”这一点，并解释说，如果同时有沿相反方向并至少是等量的热转移，还是可能发生热量从冷的物体传到热的物体的。
这就是沿用至今的关于热力学第二定律的克劳修斯表述。
②W.汤姆生1851年提出了一条公理：“利用无生命的物质机构，把物质的任何部分冷到比周围最冷的物体还要低的温度以产生机械效应，是不可能的。
”他写道：“克劳修斯证明所依据的公理如下：一台不借助任何外界作用的自动机器，把热从一个物体传到另一个温度更高的物体，是不可能的。
”W.汤姆生把热力学第二定律的研究引向了深入。
”
（3）热力学第三定律的建立：17 世纪末阿蒙顿（G.Amontons）观测到空气的温度每下降一等量份额，气压也下降等量份额。
继续降低温度，总会得到气压为零的时候，所以温度降低必有一限度。
他认为任何物体都不能冷却到这一温度以下。
阿蒙顿还预言，达到这个温度时，所有运动都将趋于静止。
1848 年，W．汤姆生确定绝对温标时，对绝对零度作了如下说明：“当我们仔细考虑无限冷相当于空气温度计零度以下的某一确定的温度时，如果把分度的严格原理推延足够地远，我们就可以达到这样一个点，在这个点上空气的体积将缩减到无，在刻度上可以标以-273°，所以空气温度计的（-273°）是这样一个点，不管温度降到多低都无法达到这点。
”
普朗克把熵当作热力学最基本的概念之一，他的表述是：“在接近绝对零度时，所有过程都没有熵的变化”。
1912 年能斯特说：“不可能通过有限的循环过程，使物体冷到绝对零度。
”这就是绝对零度不可能达到定律，也是热力学第三定律通常采用的表述方法。
西蒙（F．Simon）在1927—1937 年对热力学第三定律作了改进和推广：当温度趋近绝对零度时，凝聚系统（固体和液体）的任何可逆等温过程，熵的变化趋近于零。
以上对热力学第三定律的不同表述，实际上都是相当的。
通过学习，我认识到了热力学基本定律是人类在长期生产经验和科学实验的基础上总结出来的，他们虽不能用其他理论方法加以证明，但由它们出发得出的热力学关系及结论都与事实或经验相符，这有力地说明了热力学定律的正确性。
第二、三章的学习告诉我们利用热力学第一定律可解决各种变化过程中的能量衡算问题；利用热力学第二定律可解决变化的方向、限度问题，它对于指导工业生产、开发新的工
艺路线等具有重要的意义；而热力学第三定律的确立，可由热性质计算物质在一定状态下的规定熵，实现了完全由热性质判断化学变化的方向。
纵观热力学定律的发展史，我深有体会：科学是一个集观察、思考、实验、总结、学习、于一体的事物，只有以谨慎的态度对待它，才会迎来科学事业的飞跃。
向伟大的科学家致敬！向曲折的热力学发展史致敬！
1.。