【课件-无机化学】_5+3临床 化学热力学基础_
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11
广度性质和强度性质示意图
12
2. 状态和状态函数
状态 —— 一定条件下系统存在的形式
状态函数 —— 描述系统状态的物理量
如：T、p、V
例如：某理想气体系统 n = 1mol，p =1.013105 Pa，V = 22.4L，
T = 273K，这就是一种状态。是由 n、p、V、T
所确定下来的系统的一种存在形式 。
热和功总是与过程所经历的途径密切相关。因 此，热和功都不是状态函数，其值与“途径”有关 。
热和功不是状态函数！！
22
Relationship between Work, Heat and Path
The Isothermal Expansion of an Ideal Gas
4 10 5 Pa
T= 0
P = 2×105 Pa V = 1 dm3
17
例如：某理想气体, 经历一个恒温过程,
由P = 1×105 Pa 恒温过程 V = 2 dm3
P = 2×105 Pa V = 1 dm3
可以有许多不同的途径。
途径 I
P = 1×105 Pa V = 2 dm3
P = 0.5×105Pa V= 4 dm3
△V = V终－V始＝ 1dm3－2 dm3 = –1 dm3
状态函数的变化量相同。 殊途同归变化等(与始终态有关而与途径无关）， 周而复始变化零
19
4. 热 (Q) 和功 (W)
热 Q —— 由于温差而在系统和环境之间传递的能量 功 W —— 除了热外，系统和环境之间传递的其它能量
系统吸收热量 Q > 0； 系统放出热量 Q < 0
1 10 5 Pa 16 L
wa p V 1105 Pa (16 4) 103 m3 1200J
热水
热水
热水
①
②
③
10
系统的性质： 温度、压强、体积、质量、密度、热容量 等宏观物理量都是物质的宏观性质，统称为系 统的热力学性质。按照这些性质与系统中物质 数量的关系，可将其分为两类。
(1) 广度性质：具有加合性
(2) 强度性质：此种性质的数值不随体系中
物质的总量而变，它仅由体系中物质本身的特 性所决定，也就是没有加合性。
7
系统 环境
敞开系统
人为地划分出来的研究对象
系统外与其密切相关的部分
物质
系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 能量 环境
孤立 系统 封闭系统
8
物质交换
敞开系统
有
(open system)
封闭系统
无
(closed system)
孤立系统
无
(isolated system）
能量交换 有
有
无
物质
系统 能量 环境
9
Question
以下系统各属于什么系统？
1
v 热力学：研究各种形式的能量相互转变 过程中所遵循规律的科学。 v 化学热力学：将热力学的原理应用于化 学变化过程。
2
化学热力学研究以下哪些问题？
？
1. 反应的方向 指定条件下，正反应可否自发进行；
2. 反应的限度——如果正反应可自发进行， 正反应能否进行到底 ;
3. 反应过程的能量转换——放热？吸热？ 4. 反应机理——反应是如何进行的？ 5. 反应速率——反应多快？
等容过程：始态、终态体积相等，并且过程中始
终保持这个体积。V1 = V2
16
途径：完成一个热力学过程, 可以采取不同的方 式。我们把每种具体的方式, 称为一种途径。
过程着重于始态和终态; 而途径着重于具体方式。
例如：某理想气体, 经历一个恒温过程,
由P = 1×105 Pa 等温过程 V = 2 dm3
始态和终态：系统变化前的状态为始态; 变化后的状态为终态。
始态
（Ⅰ）
终态
（Ⅱ）
15
3. 过程与途径 始态
（Ⅰ）
终态
（Ⅱ）
过程：系统的状态发生变化, 从始态到终态, 我们说 经历了一个热力学过程，简称过程。
等温过程：始态、终态温度相等，并且过程中始 终保持这个温度。T1 = T2
等压过程：始态、终态压力相等，并且过程中始 终保持这个压力。p1 = p2
系统做功 W < 0； 环境做功 W > 0
20
体积功——系统体积变化反抗外力所做的功 W体积 = - P外△V
非体积功—— 除体积功外的功，如电功 W电功= - nFE
体积功示意图
W体积= – P外 AΔr = – P外 Δ V
21
热和功不是体系固有的性质 1.体系的状态不变（一定）无热和功。 2.体系的状态改变（发生一个“过程”）体系与环 境有能量交换，有热或功。
1 10 5 Pa
4L
16 L
(a) One-Step Expansion
Decrease the external pressure from p1 to p1/4 and the gas expands from the initial state (p1, V1) to finial state (p2, V2)
P = 2×105Pa V = 1 dm3
途径 II
P=1×105Pa V=2 dm3
P=4×105Pa V=0.5 dm3
P=2×105Pa
V=1 dm3
18
状态函数改变量, 取决于始、终态, 无论途 径如何不同，如上述过程的两种途径中：
△P = P终－P始＝ 2×105－1×105 ＝ 1×105 Pa
6
1、系统和环境 (system and surroundings) 被研究的物质称为系统。也就是说为了研究的需 要和周围的物质和空间隔离开来的被研究的对象。 而系统以外的与体系有密切关系的周围部分称为 环境。 如 AgNO3 与 NaCl 在溶液中的反应；含有这两种 物质的水溶液就是系统；而溶液之外的一切东西(烧 杯、玻璃棒、溶液上方的空气等)都是环境。
3
研究对象 ● 研究化学反应中的能量变化 ● 研究化学变化的方向和限度
局限性 ● 只预言反应的可能性 ● 只描述宏观行为，不能预言反应的 微观机理
4
主要内容
• 热力学的基本概念 • 四个重要的状态函数 • 化学热力学的应用
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一、热力学的基本概念 1. 系统和环境 2. 状态与状态函数 3. 过程与途径 4. 热和功
因而 n、p、V、T 都是体系的状态函数。
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● 状态函数的特征
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。
理想气体 T=300K
理想气体 T=280K
理想气体 T=350K
△T = 350K – 300K = 50K
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广度性质和强度性质示意图
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2. 状态和状态函数
状态 —— 一定条件下系统存在的形式
状态函数 —— 描述系统状态的物理量
如：T、p、V
例如：某理想气体系统 n = 1mol，p =1.013105 Pa，V = 22.4L，
T = 273K，这就是一种状态。是由 n、p、V、T
所确定下来的系统的一种存在形式 。
热和功总是与过程所经历的途径密切相关。因 此，热和功都不是状态函数，其值与“途径”有关 。
热和功不是状态函数！！
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Relationship between Work, Heat and Path
The Isothermal Expansion of an Ideal Gas
4 10 5 Pa
T= 0
P = 2×105 Pa V = 1 dm3
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例如：某理想气体, 经历一个恒温过程,
由P = 1×105 Pa 恒温过程 V = 2 dm3
P = 2×105 Pa V = 1 dm3
可以有许多不同的途径。
途径 I
P = 1×105 Pa V = 2 dm3
P = 0.5×105Pa V= 4 dm3
△V = V终－V始＝ 1dm3－2 dm3 = –1 dm3
状态函数的变化量相同。 殊途同归变化等(与始终态有关而与途径无关）， 周而复始变化零
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4. 热 (Q) 和功 (W)
热 Q —— 由于温差而在系统和环境之间传递的能量 功 W —— 除了热外，系统和环境之间传递的其它能量
系统吸收热量 Q > 0； 系统放出热量 Q < 0
1 10 5 Pa 16 L
wa p V 1105 Pa (16 4) 103 m3 1200J
热水
热水
热水
①
②
③
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系统的性质： 温度、压强、体积、质量、密度、热容量 等宏观物理量都是物质的宏观性质，统称为系 统的热力学性质。按照这些性质与系统中物质 数量的关系，可将其分为两类。
(1) 广度性质：具有加合性
(2) 强度性质：此种性质的数值不随体系中
物质的总量而变，它仅由体系中物质本身的特 性所决定，也就是没有加合性。
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系统 环境
敞开系统
人为地划分出来的研究对象
系统外与其密切相关的部分
物质
系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 能量 环境
孤立 系统 封闭系统
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物质交换
敞开系统
有
(open system)
封闭系统
无
(closed system)
孤立系统
无
(isolated system）
能量交换 有
有
无
物质
系统 能量 环境
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Question
以下系统各属于什么系统？
1
v 热力学：研究各种形式的能量相互转变 过程中所遵循规律的科学。 v 化学热力学：将热力学的原理应用于化 学变化过程。
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化学热力学研究以下哪些问题？
？
1. 反应的方向 指定条件下，正反应可否自发进行；
2. 反应的限度——如果正反应可自发进行， 正反应能否进行到底 ;
3. 反应过程的能量转换——放热？吸热？ 4. 反应机理——反应是如何进行的？ 5. 反应速率——反应多快？
等容过程：始态、终态体积相等，并且过程中始
终保持这个体积。V1 = V2
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途径：完成一个热力学过程, 可以采取不同的方 式。我们把每种具体的方式, 称为一种途径。
过程着重于始态和终态; 而途径着重于具体方式。
例如：某理想气体, 经历一个恒温过程,
由P = 1×105 Pa 等温过程 V = 2 dm3
始态和终态：系统变化前的状态为始态; 变化后的状态为终态。
始态
（Ⅰ）
终态
（Ⅱ）
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3. 过程与途径 始态
（Ⅰ）
终态
（Ⅱ）
过程：系统的状态发生变化, 从始态到终态, 我们说 经历了一个热力学过程，简称过程。
等温过程：始态、终态温度相等，并且过程中始 终保持这个温度。T1 = T2
等压过程：始态、终态压力相等，并且过程中始 终保持这个压力。p1 = p2
系统做功 W < 0； 环境做功 W > 0
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体积功——系统体积变化反抗外力所做的功 W体积 = - P外△V
非体积功—— 除体积功外的功，如电功 W电功= - nFE
体积功示意图
W体积= – P外 AΔr = – P外 Δ V
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热和功不是体系固有的性质 1.体系的状态不变（一定）无热和功。 2.体系的状态改变（发生一个“过程”）体系与环 境有能量交换，有热或功。
1 10 5 Pa
4L
16 L
(a) One-Step Expansion
Decrease the external pressure from p1 to p1/4 and the gas expands from the initial state (p1, V1) to finial state (p2, V2)
P = 2×105Pa V = 1 dm3
途径 II
P=1×105Pa V=2 dm3
P=4×105Pa V=0.5 dm3
P=2×105Pa
V=1 dm3
18
状态函数改变量, 取决于始、终态, 无论途 径如何不同，如上述过程的两种途径中：
△P = P终－P始＝ 2×105－1×105 ＝ 1×105 Pa
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1、系统和环境 (system and surroundings) 被研究的物质称为系统。也就是说为了研究的需 要和周围的物质和空间隔离开来的被研究的对象。 而系统以外的与体系有密切关系的周围部分称为 环境。 如 AgNO3 与 NaCl 在溶液中的反应；含有这两种 物质的水溶液就是系统；而溶液之外的一切东西(烧 杯、玻璃棒、溶液上方的空气等)都是环境。
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研究对象 ● 研究化学反应中的能量变化 ● 研究化学变化的方向和限度
局限性 ● 只预言反应的可能性 ● 只描述宏观行为，不能预言反应的 微观机理
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主要内容
• 热力学的基本概念 • 四个重要的状态函数 • 化学热力学的应用
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一、热力学的基本概念 1. 系统和环境 2. 状态与状态函数 3. 过程与途径 4. 热和功
因而 n、p、V、T 都是体系的状态函数。
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● 状态函数的特征
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。
理想气体 T=300K
理想气体 T=280K
理想气体 T=350K
△T = 350K – 300K = 50K
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