普通化学无机化学2013化学热力学基础

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1、1本章从化学热力学的基本概念出发，介绍熵、焓和吉布斯自由能主要热力学函数，并运用这些函数讨论化学反应中能量的变化以及自发过程进行的方向和限度。内容提要2学习要求：1、掌握能量守恒定律的内容及其数学表达式；2、明确掌握状态函数的概念，理解内能焓、熵、吉布斯自由能等状态函数的物理意义；3、理解盖斯定律的意义，并熟练地运用它进行有关热效应的计算；34、熟悉自发过程的特征，善于利用标准热力学数据，计算反应的焓变、熵变和吉布斯自由能变，并根据吉布斯自由能变数据判断化学反应自发进行的方向和限度；5、理解吉布斯方程的意义，

2、并会分析△H、△S及T对化学反应自发性的影响。4热力学建立在著名的热力学第一、第二、第三定律的基础上，适用于对含有大量分子的宏观系统的研究。52.1热力学基础知识热力学是研究能量转换过程中所遵循规律的科学。把热力学原理用来研究化学反应中能量的变化规律，就成为化学热力学。化学热力学主要研究和解决化学反应中能量的转化和化学反应进行的方向和限度问题。具体有三方面：6化学热力学可判断物质间能否发生化学反应。例如：空气中有取之不尽的氮和氨，是否可利用氮和氨作用生成氧化氮，从而生产工业上需要的硝酸呢。化学热力学也可告诉我

3、们化学反应一旦发生将有怎样的能量变化。对于能量变化表现为吸热的化学反应，在其反应过程中就得不断供给热量。7化学热力学还能告诉我们化学反应能否进行到底。例如：氮和氨的合成氨反应，通过热力学研究不论设计多大的合成塔，使两种气体充分接触，其合成反应也不可能进行到底，只能创造一些条件使转化率提高。8热力学研究的特点：在热力学研究中也不涉及时间的概念，因此热力学只能告诉我们在一定条件下反应能否进行以及进行的程度，而不能告诉我们反应如何进行以及反应进行的速度。热力学讨论大量质点的平均行为，即讨论物质的宏观性质而不涉及个别

4、或少数分子、原子的微观性质，因而应用热力学方法研究化学进程时，并不依赖物质结构的知识，只需知道过程的始态、终态和外界条件，而无需知道过程的机理。92.1.1体系和环境自然科学研究的对象是千变万化的物质世界，各物质之间总会有或多或少的联系。为了研究方便，常取其一部分物质作为研究的对象，这一部分物质作为体系，而体系以外的其它部分称为环境。例：研究盐酸和氢氧化钠在水溶液中的反应。那么这个溶液就是体系，而与有联系的其它部分如杯子、玻璃棒、液面上的空气等都是环境。10体系和环境往往要进行物质和能量交换，按照交换情况的不

5、同，可将体系分为三种类型：（1）敞开体系：体系和环境之间既有物质交换，又有能量交换的体系。例：有一广口瓶，内盛一定量的水，这个盛水的广口瓶就可看作是敞开体系，既有能量交换，还有水的蒸发和气体溶解。研究对象是水。11（2）封闭体系：即体系和环境之间，只有能量交换，而无物质交换。例如：在上述广口瓶再加上一个塞子，就成为封闭体系。因为水的蒸发和气体的溶解作用都在内部进行，而在体系和环境之间仅有能量交换。12（3）孤立体系：即体系和环境之间，既无能量交换，也无物质交换。例如：将上述广口瓶改为保温瓶（理想保温），就成为

6、孤立体系。孤立体系是科学的想象。13一个人的健康状态常用体温、脉搏、血压等物理量来说明，一个体系的状态也可以用一系列物理量来确定。2.1.2状态和状态函数如理想气体的状态是由压力p、体积V、温度T和物质的量n，4个物理量来确定。14如果其一个或多个物理量发生变化，则体系由一种状态变成另一种状态。这些确定体系热力学状态的物理量（p、V、T、n）称之为状态函数。15状态函数的特征：（1）体系状态一定时状态函数有一定的值。（2）体系状态发生变化时，状态函数的变化只取决于体系的起始状态和最终状态，而与变化途径无关。（

7、3）体系恢复到原来状态时，状态函数则恢复到原值。16状态函数有特征；状态一定值一定；殊途同归变化等；周而复始变化零。17如果一个物理量具有这三个特征中的任何一个，而且在任何过程中无一例外，那么它必然是一个状态函数。例如：当水的状态一定时，水的温度是一定的，所以温度是状态函数（状态一定值一定）。18当然如果将水由298K直接加热到308K或先将水由298K冷却到273K，然后再加热到308K，不论通过这两途径中的哪一个，变化前后温差是一样的（殊途同归变化等）。如果由298K的状态经过任何一个循环过程，又回到29

8、8K状态的话，温度差自然都是零了（周而复始变化零）。19功和热是体系（研究对象）状态变化（用状态状态函数来描述）时，与环境交换能量时的两种形式。2.1.3功和热当体系和环境是由于温差而在两者之间传递的能量称为热。常以符号Q来表示，规定若系统吸热Q>0,系统放热Q<0.热的单位是J.20除了热以外，体系和环境之间传递能量的所有其它形式统称为功。功是由于压力差或其它机电“力”引起的能量在体系和环境之间的