第三章化学原理热力学优秀课件

• 化学热力学回答前3个问题，但不能回答后2 个问题，后2个问题由化学动力学等回答
• (四）热力学研究方法特点
• 1. 研究系统的宏观性质
•
即大量质点的平均行为，所得结论具有
统计意义；不涉及个别质点的微观结构及个
体行为不依据物质结构的知识
• 2. 不涉及时间概念
•
无机化学课的化学热力学初步，着重应
• 例2：密度ρ • 277K，1mol H2O（l）密度ρ= 1 g·cm-3 • 277K, 5mol H2O（l）密度ρ= 1 g·cm-3 • 可见， ρ与物质的量无关，是强度性质 • 小结：常见的状态函数 • 广度性质：V、n、U、H、S、G…… • （数学上是“一次齐函数”，《物理化学》） • 强度性质：p、T、ρ（密度）、电导率、粘
• 系统分类

• 按系统与环境的关系（有无物质交换和/或能量交换） 进行分类
•
物质交换 能量交换
• 敞开体系 有
有
• (open system)
• 封闭体系 无
有
• (closed system)
• 孤立体系 无
无
• (isolated system)
• 例：
• 热水置于敞口瓶中——“敞开体系”
• 热水置于敞口瓶中加盖——“封闭体系”
• 2.状态函数（state functions）
• 即确定体系热力学状态的物理量。如：p，V，T，n， ρ（密度），U（热力学能或内能），H（焓），S （熵），G（自由能）等
• 3 状态函数的特征
• 一个体系的某个状态函数的值改变，该体系的 状态就改变了
•
例： 状态1 状态2
•
p = 101.325 kPa 320 kPa
• （五）状态和状态函数
• 通常用系统的宏观可测性质（V、p、T、ρ密度……） 等来描述体系的热力学状态
• 1.状态（state）——指体系总的宏观性质
• 例：气体的状态，可用宏观性质中p、V、T 和n （物质的量）来描述。
•
pV = nRT （理想气体状态方程）
• 4个物理量中，只有3个是独立的
始态、终态 T1 、T2 298K ← 350K
•
↓
↑
•
520K → 410K
•
△T = T2 - T1 = 298K – 298K = 0 K
对于任意循环过程（始态与终态相同），一个状 态函数的变化均为零。一个物理量，若同时 具备以上3个特征，它就是“状态函数”，否 则就不是状态函数。
• 4. 过程与途径 • (1). 过程（process） • 体系的状态发生了变化，就说发生了一个过程 • 过程的分类： • 恒温过程、恒压过程、恒容过程、 • 绝热过程、循环过程…… • (2). 途径（path） • 发生过程所经历的具体步骤。 • 可逆过程：是无限接近平衡态的过程。 • 过程 • 自发过程：是自然界自然而然发生的过程 • 非自发过程：是不会自然发生的过程
• 热水置于敞口瓶中加盖，再放入保温瓶中——
• 近似“孤立体系”
• 环境是除划定为研究系统而外的整个物质世界,因 而它的温度和压力可认为恒定不变
• 环境温度-----298.15K
• 环境压力-----标准大气层
• P=760mmHg = 760torr =1atm= 1.01325×105Pa
•
热力学标准压力 p°
度……
• 六) 热和功 • (1).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
• (2).功（work）——除热之外，其他形式被传递的能量 • 热和功的符号： • 体系从环境吸热：Q > 0 • 体系向环境放热：Q < 0 • 体系对环境做功：W < 0 • 环境对体系做功：W > 0 • (3). 特征 • 热和功不是体系固有的性质 • 体系的状态不变（一定）无热和功 • 体系的状态改变（发生一个“过程”）体系与环境
• pV = nRT (理想气体,恒定T、p )
• 22.4 dm3 O2(g) + 44.8 dm3 O2(g) → 67.2 dm3 O2(g)
•
V1
V2
VT
•
n1
n2
nT
• T1
T2
TT
• VT = ∑ Vi 体积属广度性质, 既具有加和 性
• nT = ∑ ni 物质的量也是广度性质
• 但：T1 = T2 = TT 温度是强度性质
• 在一个封闭系统内若发生自发过程，系统必具有向环 境做有用功的可能性。反之，若必须向一个封闭系统 做有用功，系统内才会发生一个过程（非自发过程）
• 5. 广度（容量）性质和强度性质 • 状态函数 • 强度性质：与物质的量无关不具加和性 • 广度（容量）性质：与物质的量有关，具加
和性
• 例1: 气体体积
第三章化学原理热力学
3-1 热力学简介 3-2 热力学基本概念 3-3 热力学第一定律与热化学 3-4 化学反应的方向 3-5 化学热化学的应用
• 3-1、热力学简介
• （一）什么叫热力学
• 热力学是研究宏观过程的能量变化， 过程的方向与限度所遵循的规律
• （二）什么叫化学热力学
• 应用热力学原理，研究化学反应过程 及伴随这些过程的物理现象。例如研究化 学反应的热效应、化学反应的方向与限度、 化学平衡、溶液与相平衡、电化学与热力 学、表面与表面化学热力学等
用热力学的一些结论，去解释一些无机化学
现象；严格的理论推导、详细地学习化学热
力学，是物理化学课程的任务之一
• 3-2 热力学基本概念
• (一) 系统和环境 (system and surroundings)
• 系统——即作为研究对象的物质体系
• 环境——系统之外，与系统密切相关
（物质交换和能量交换）所及的部分
•
物理量 = 纯数 量纲
• ● 殊途同归变化等
• 例：始态 T1 298K → 350K T2 终态
•
↓
↑
•
520K → 410K
•
（ → 途经1 ， →途经2 ）
• 途经1 和途经2：
•
△T = T2 - T1 =350K – 298K = 52K
• 状态函数的变化只取决于始态和终态，而与 途经无关 周而复始变化零
• （三）化学热力学解决的问题
• 1. 反应的方向 (△rGm ø ﹤0 ?)
• 指定条件下，正反应可否自发进行 • 2. 反应的限度——正反应如果能进行，则反应
进行的限度？
• 3. 反应过程的能量转换——放热？吸热？
• （ △rHm﹤0: 放热; △rHm﹥0: 吸热）
• 4. 反应机理——反应是如何进行的？ • 5. 反应速率——反应进行的快慢？