第三章 化学热力学基础及化学平衡

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1、第三章化学热力学基础及化学平衡热力学:定量研究能量相互转化所遵循规律的学科，其中心内容是热力学第一定律和第二定律化学热力学：把热力学基本原理用于研究化学现象以及与化学有关的物理现象，主要解决3个问题：⑴反应过程中是否伴随能量的变化？能量关系问题；⑵在一定条件下，反应能否发生？过程方向性问题；⑶如果反应能够发生，其程度如何？化学平衡问题。3.1.1系统与环境系统：我们所研究的对象。环境：系统以外并与系统相联系的物质部分。按照系统和环境之间物质和能量的交换关系,系统可分为：敞开系统、封闭系统、隔离系统。3.1基本

2、概念系统和环境是相互依存、相互制约的。如研究BaCl2和Na2SO4在水溶液中的反应,含有这两种物质及其反应产物的水溶液就是系统,溶液之外的烧杯和周围的空气等就是环境。敞开系统:体系与环境之间既有能量交换又有物质交换敞口烧杯装水体系：水体系环境能量物质(2)封闭体系:体系和环境之间无物质交换，只有能量交换。密闭容器装水体系：水+水蒸气体系环境能量(3)孤立体系:体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换。孤立体系也称为隔离体系。绝热装置盛水体系：水+水蒸气+绝热装置3.1.2状态和状态函数宏观性质:压力、体积、

3、温度、质量、密度、粘度、导热系数、物质的量、组成等一系列物理及物理化学性质。这些性质也称为系统的热力学性质。当系统的所有性质都具有一定数值且不随时间而变化时，系统就处于某一宏观的热力学状态，简称为状态。状态是系统所有宏观性质的综合表现1、状态：2、状态函数：（1）用来确定系统热力学状态的宏观性质。如压强、体积、温度等等pV=nRT（2）状态函数的特征：状态一定值一定殊途同归变化等周而复始变化零状态函数的分类：（1）广度性质状态函数的数值与系统内物质的量成正比，且具有加和性。（2）强度性质它是系统本身的特性，其

4、数值与系统中物质的量无关，不具有加和性。压力、密度、粘度、浓度等都是强度性质，通常是由两个广度性质之比构成。3.1.3过程和途径1、过程：系统状态发生变化时，变化的经过称为过程1）定温过程T始=T终=T环2）定压过程p始=p终=p环3）定容过程V始=V终4）绝热过程体系与环境之间不存在热量的传递5）循环过程体系由一状态出发，经过一系列的变化又回到原来的状态（过程后，状态函数的变化为0）热力学中基本过程有：2．途径系统由始态到终态所经历的过程的总和称为途径。3.1.4相系统中物理性质和化学性质完全相同而与其他部

5、分有明确界面分隔开来的任何均匀部分称为相。均（单）相系统：只有一个相的系统多相系统：含有两个或两个以上相的系统相和态的区别相和组分的区别3.1.5热力学标准状态2.分压定律3.热力学标准状态固态和液态物质表面承受的压力都等于标准压力溶液中各物质的浓度均为（严格地说浓度应为1时，我们就说这个热力学系统处于热力学标准态。当系统中各种气态物质的分压均为标准压力(100kPa)，1.理想气体状态方程3.1.6反应进度⑴是指化学反应按某一反应方程式进行的程度。⑵热力学中的每摩尔反应是按反应方程式=1.0mol的反应⑶对

6、于给定反应，当时，其对应热、功、热力并在这些物理量学能等物理量，单位为符号的右下角标注“m”。⑷反应进度与该反应在一定条件下达到平衡时的转化率无关注意：能量传递有两种形式:热和功1、热（Q）：系统与环境间由于温度差而引起的一种能量传递形式。它不是状态函数。规定：系统吸热Q为正值，系统放热Q为负值。2、功（W）：除热以外其它能量传递形式。它不是状态函数。规定：系统对外做功W为负值，系统得功W为正值。3.2化学反应的反应热3.2.1热力学第一定律1.热和功体积功W：系统因体积变化抵抗外压所作的功。热力学中功的分类

7、：等压过程中，系统膨胀对外作体积功：W=Fl非体积功Wf：除体积功外的所有功。如电功、机械功、表面功等.2.热力学能（U）系统内部所有的能量总和，又称为内能。用符号U表示它是系统的性质，是状态函数。其绝对值无法测出，但可测出其变化值。3.热力学第一定律当封闭系统从环境吸收热量Q，同时环境又对系统作功W，在此过程中系统内能的改变量△U为：△U=U2-U1=Q+W(封闭体系)例：某系统从始态变到终态，从环境吸热200kJ，同时对环境作功300kJ，求系统与环境的热力学能改变量。解：△U体系＝Q+W△U体系＝200

8、+(-300)＝-100(kJ)△U体系=－△U环境△U环境=100(kJ)反应热：当产物与反应物温度相同并且在化学反应时只做膨胀功的条件下，化学反应过程中系统吸收或放出的热量。3.2.2化学反应热1定容反应热（Qv）若系统在变化过程中保持体积恒定,此时的热称为定容热.W=-p△V=0△U=Qv+WQv=△U2定压反应热（Qp）若反应在定压条件下发生，只做体积功无其他功，此时的反应热称为定压反应热。