无机化学第3章

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1、第三章化学热力学基础3.1能量转换守恒和热力学能3.2化学反应热效应和焓3.3自发过程和熵3.4化学反应方向和吉布斯自由能热力学(thermodynamics)是研究宏观体系热能与其他形式能量相互转换规律的科学。它建立在热力学第一、第二和第三定律的基础之上。化学热力学就是把热力学的基本原理用于化学反应的物质转变和能量变化上，它可以解决化学反应中能量如何转换、在指定条件下反应朝着什么方向进行及反应进行的限度问题。热力学方法的特点：热力学是一种宏观方法，它所讨论的是大量质点(原子、分子等)集体所表现出来的宏观性质(如温度、压力、体积……等)，而不是个别或少数分子、原子的行

2、为。对热力学来说，只需知道系统的起始状态和最终状态以及过程进行时的外界条件，就可进行相应的计算。它不依赖于物质结构知识，也无需知道过程的机理，这是热力学得到广泛应用的重要原因。热力学方法的局限性：热力学不能深入到微观领域、从原子分子运动的水平来阐述变化发生的原因。它只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，发生到什么程度，但不能告诉我们变化所需时间及变化的根本原因。虽然有这些局限性，但它有着极其牢固的实验基础，其结论具有高度的普遍性和可靠性。切不要浪费时间和精力试图去做违背热力学结论的事情。3.1能量转换守恒和热力学能3.1.1体系与环境3.1.2状态与状态函数3.1.

3、3过程与途径3.1.4热和功3.1.5热力学能3.1.6热力学第一定律及其数学表达式3.1能量转换守恒和热力学能体系（或系统）system——热力学体系的简称：——作为研究对象的那部分物质环境surrounding：——体系之外，与之有密切联系的其它物质3.1.1体系和环境三种热力学体系：开放体系封闭体系孤立体系3.1能量转换守恒和热力学能热力学体系的状态是体系宏观物理和化学性质的综合表现。当体系的宏观性质都具有确定的数值且不随时间变化时，体系就处在一定的热力学状态，简称状态。这种状态是一种平衡态，此时体系内已达到热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡。变化前的状态称为始态

4、(initialstate)，变化后的状态称为终态(finalstate)。在热力学中，用来确定体系状态的宏观物理量就是状态函数(statefunction)。3.1.2状态和状态函数3.1能量转换守恒和热力学能描述体系的性质可分为两类：广度性质(extensiveproperty)：——数值与系统中物质的数量成正比，具有加和性。如：V、m、n、U、H、S、G……强度性质(intensiveproperty)：——数值与体系中物质的数量无关，无加和性。如：T、P、黏度、密度、折光率……描述体系的状态往往只用某几个状态函数就行，因为这些状态函数间往往有一定的联系。例如，

5、理想气体：pV=nRT3.1能量转换守恒和热力学能▲状态函数的性质（1）外界条件一定时，状态一定，状态函数有一定值，而且是唯一值。（2）条件变化时，状态也变化，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，与状态变化的具体途径无关。（3）状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。热力学体系中状态随时间变化的经过，称为热力学过程，简称过程(process)。体系从始态到终态所经历的全过程称为途径(path)。、恒温过程isothermalprocessT始=T终=T环境，即T=0、恒压过程isobarprocessp始=p终=p环境，即p=0、恒容过程isovol

6、umicprocessV始=V终，即V=03.1.3过程和途径3.1能量转换守恒和热力学能常见热力学过程p1T1，V1p2T2，V2途径1始态终态p1T2，V`p`T2，V1途径2途径3恒p恒V恒T恒T3.1能量转换守恒和热力学能3.1.4热和功热（Q）：因温度不同而在体系和环境之间传递的能量形式，其本质是物质粒子混乱运动的宏观表现。功（W）：体系与环境之间以除热以外的其他形式传递的能量，其本质是物质粒子作定向运动的结果。注意：☆体系吸热Q>0；体系放热Q<0。☆环境对体系做功W>0；体系对环境做功W<0。☆Q和W都不是状态函数。3.1能量转换守恒和热力学能强调热

7、和功是能量传递的不同形式，只有在能量传递过程中它们才存在，因此不能说体系在某状态时具有多少热和功。若没有过程，体系和环境间没有能量传递，也就没有热和功。热和功都不是状态函数，不是物质固有的性质，它们的变化不仅与始态和终态有关，还与变化过程有关。这与状态函数的特点不相符。对于循环过程，不一定Q=0或W=0。使体系能量增加时，热和功的符号为+；使体系能量减少时，热和功的符号为–。3.1能量转换守恒和热力学能(Ⅰ)(Ⅱ)例：HCl+NaOH==NaCl+H2O(Ⅲ)½Cl2+½H2+NaOHⅠ→Ⅱ（中和）：Q1<0,W1=0（放热）Ⅱ→Ⅲ（电解）：Q