同济大学普通化学课件2

(总压力等于分压力之和)
pAnA,pBnB,pCnC...p .m . .n.m. P nP nP n P n
pA = xA P, pB = xB P, … pi = xi P
(其中：xi = ni/ n总称作摩尔分数)
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2、化学热力学概论
1）、什么是化学热力学 2）、热力学方法的特点 3）、研究化学热力学的意义
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3）研究化学热力学的意义
化学反应有的是吸热的，有的是放热的， 这种热量的变化，是和参加反应的物质化学 键的能量变化密切相关。研究能量的变化， 为我们提供有关分子稳定性、化学键强度等 方面的基本情况。
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8.3145JK 1m ol 1
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2．理想气体分子的特征 严格遵守理想气体状态方程的气体称为理想气体。 *理想气体分子间的作用力忽略不计； *理想气体分子本身占有的体积忽略不计。 严格意义上的理想气体实际上是不存在的。但对实际气体来
说，只要温度不是太低，压力不是太高，都可以近似用理想
气体状态方程作有关p、V、T、n 的计算。
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七、理想气体状态方程与分压定律
1．理想气体状态方程
理想气体的温度（T）、压力（p）、体积(V)和物质的量（n）之 间, 具有如下的方程式关系：
pV = nRT
在SI制中，p的单位是Pa，V的单位是m，T的单位是K，n的单位是 mol，摩尔气体常数R的单位及数值为:
R p V 1 .01 1 3 5 P 0 2 2 a 5 .4 2 1 1 3 4 m 0 3 nT 1 m 2 o.1 7 lK 5 3 8 .3 1 4 5 P a m 3 K 1 m o l 1
(3) 液态物质视其互溶程度通常可以是一相（例如水与酒精的混合 物）、两相（例如水和油的混合物）、甚至三相共存（例如水、油和汞 的混合物）。
(4) 单相体系中不一定只有一种组分物质（例如气体混合物即由多种 物质所组成）；同一种物质也可因聚集状态的不同而形成多相体系（例 如水、水蒸气和冰三相共存）；聚集状态相同的物质在一起也不一定就 是单相体系（例如油水分层的液态体系有两相）。
程、绝热过程等。7Leabharlann 101.325 kPa 恒温
278 K
80 kPa 278 K
恒压
80 kPa 328 K
恒 压
101.325 kPa 298 K
恒 压
恒压过程
101.325 kPa 278 K
恒 温
101.328kPa 328 K
恒 压
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五、热和功
当体系的状态发生变化时，体系与环境之间必然伴随 着能量的交换，其交换形式可概括为“热”和“功”两 种。
汽 油
冰 水
汽 水 铁粉和硫磺粉
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*对于相这个概念，要注意如下几点：
(1) 不论有多少种气体组分都只有一个相（即气相）。这种只有一个 相的体系称为单相体系或均匀体系。
(2) 除固溶体（固体溶液）外，每一种固态物质即为一个相，体系中 有多少种固态物质即有多少相。含有两个或多个相的体系称为多相体系 或非均匀体系。
状态函数的特点：“状态一定值一定、殊途同归变 化等、周而复始变化零。” 并非所有的状态函数都 是独立的，有些是相互关联、相互制约的。 例如： P、V、T、n四个只有三个是独立的。
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四、过程与途径 过程：体系从始态到终态变化的经过。 途径：完成这一变化经过的具体步骤、路线。 过程可分为：恒温过程、恒压过程、恒容过
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3、气体的分压定律 * 什么叫分压力pi ？
某一组分气体对器壁产生的（施加的）压力叫该组 分气体的分压力 pi。——等于该气体单独占有该容器时 产生的压力。
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* 分压力与总压力的关系 假如容器中有A、B、C。。。等多种气体，则：
P = pA + pB + pC +… =ΣpI = nRT/V
体系与环境之间因温度的不同而交换或传递的能量称 为热（heat）。热的常用符号为Q。
除了热以外的一切交换或传递的能量都称为功 （work）。功的常用符号为W。
热和功的单位都采用J或kJ。
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* 注意它们的正负号： 通常是站在体系的立场来规定的：
体系从环境吸热 （获得能量），Q为正值； 体系向环境放热（损失能量）， Q为负值。 环境对体系作功（获得能量），W为正值; 体系对环境作功（损失能量），W为负值 ①。
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1）什么是化学热力学
热力学：是研究热和其他形式能量间的转换 规律的科学。
化学热力学：运用热力学的基本原理来研究 化学现象以及与化学反应有关的物 理现象的一门科学。包括化学变化 与能量传递、能量交换间的关系， 化学变化发生的方向等。
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2）热力学方法的特点
• 是实验结果的归纳和演绎，不考虑证实。 • 是宏观的性质、集合体的行为 • 只论始终，不论过程 • 不涉及时间的概念（速度、快慢）
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六、相与界面
体系中物理性质和化学性质完全相同的部分称为相 （phase）。将相与相分隔开来的部分称为相界面（简 称为界面,interface）。
相与相之间在指定的条件下具有明确的界面，在界
面两边体系的性质会有突跃变化。处于界面上的原子 或分子的受力情况与相内部的不同，往往存在剩余引 力，具有界面能。一般来说，体系中存在的界面越多， 能量就会越高，体系也会越不稳定。
① 对于功（W）的正负符号规定，有的书刊与此相反。
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*功有不同的形式：
热力学中涉及最多的功是体系因体积变化而与环境交换的体积功 （亦称膨胀功），用We表示；
体积功以外的其它功（如电功、表面功等）都称为非体积功（亦称 非膨胀功，或有用功），用W’表示。
*热和功不是状态函数：
体系只有在状态发生变化时才能与环境发生能量交换，所以热和功 不是体系的状态函数。体系发生变化时吸收（或放出）多少热、得到 （或给出）多少功，其数量不仅与变化的始终状态有关，还与变化所 经历的途径有关。对于相同的始态与相同的终态间的同一变化过程， 若经历的途径不同，热和功的值就不同。因此，在计算某一变化过程 中体系放出或得到的功或热时，不能仅看过程的始终状态，而必须根 据变化所经历的途径来进行。这一点与状态函数明显不同。
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二、体系的性质
在热力学体系中，温度、压力、体积、密度等宏观性质称作体系的 热力学性质（thermodynamic property of system），简称为体系的性质。
按其特征可将体系的性质分为两种类型：
1．广度性质（extensive property）：量值与体系中物质的数量成正比， 所以又称容量性质。比如物质的体积、质量、热容量以及随后将介绍的 热力学能和焓等都是广度性质。广度性质具有加和性。
第一节
基本概念
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1、一些基本术语
一、体系、环境 体系：划分出来的被研究的物质系统、对象。 环境：除体系以外的其他所有部分。
例如：溶液反应， 海洋、地球
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体系的划分：
根据体系与环境间的关系可将体系分为三大类：
分类 敞开体系 封闭体系 孤立体系
物质交换 有 无 无
能量交换 有 有 无
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敞开体系
封闭体系 孤立体系
2．强度性质（intensive property）：量值取决于体系的自身特性，与 体系中物质的数量无关，不具有加和性。比如温度、压力、浓度、密度、 粘度等即都是体系的强度性质。
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三、状态与状态函数 状态：体系的基本性质的集合 状态函数：表征和确定体系状态的宏观性质，例
如：温度、压力、体积、密度、能量、形态等，还 有后面将要介绍的热力学函数：U、H、G、S等。