基础化学第二章化学热力学基础

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1、第二章化学热力学基础第一节热力学第一定律第二节热化学第三节化学反应的方向第四节化学反应的摩尔吉布斯函数变的计算第五节热力学在生物化学中的应用热力学是研究热与其他形式的能量之间转化规律的一门科学。热力学的基础是热力学第一定律和热力学第二定律。这两个定律都是人类的大量经验的总结，有着广泛的、牢固的实验基础。利用热力学定律、原理和方法研究化学反应以及伴随这些化学反应而发生的物理变化过程就形成了化学热力学。化学热力学主要研究和解决的问题有：（1）化学反应及与化学反应密切相关的物理过程中的能量变化；（2）判断化学反应进行的方向和限度。第一节热力学第一定律一、热力学的一些基本概念二、热力学第一定律三

2、、焓一、热力学的一些基本概念（一）系统、环境和相系统：人为划定的热力学研究对象。(当人们以观察、实验等方法进行科学研究时，往往将某一部分的物质或空间与其余部分分开，作为研究的对象，这部分作为研究对象的物质或空间称为系统。)环境：与系统密切相关的部分。(在系统以外，与系统有互相影响的其他部分称为环境。)根据体系与环境间物质、能量交换情况，把系统分为三类：（1）敞开系统：系统与环境之间既有能量交换，又有物质交换。（2）封闭系统：系统与环境之间只有能量交换，没有物质交换。（3）隔离系统：系统与环境之间既没有能量交换，也没有物质交换。相：系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。相与相之

3、间存在明显的界面。均相系统：通常把只含有一个相的系统称为均相系统。多相系统：含两个或两个以上相的系统称为多相系统。（二）状态和状态函数状态：体系的物理、化学性质具有确定值，是体系各种宏观性质的综合表现。状态函数：在热力学中，把用于确定系统的物理量（性质）称为状态函数。状态函数的特点：其量值只取决系统所处的状态；其变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。状态变化：体系性质改变，状态随之改变；反之亦然。（始态、终态；）体系的性质性质：用于描述体系的宏观可测量；系统的状态函数分为广度性质和强度性质两类：广度性质：其大小与体系中物质的数量成正比，具有加和性，如V、m、U；强度性质：其

4、大小与体系中物质的本性有关，具有唯一性，如T、p、；状态与状态函数的理解①状态一定的体系，其状态函数具有唯一的确定值。②状态函数只取决体系现在的状态。③体系的状态函数只有部分是独立的。（三）过程和途径过程：体系变化的经过。（系统状态所发生的任何变化称为过程。）途径：体系变化的细节（具体步骤）。（系统经历一个过程，由始态变化到终态，可以采用多种不同的方式，通常把完成某一过程的具体方式称为途径。）同一过程体系的始、末状态一样，故其状态函数的变化量一致，如U。同一过程的不同途径中，如Q、W等宏观可测量的变化量不一定相同。过程和途径的关系是热力学第一定律的直接应用。据过程发生的条件，过程可分为

5、①等温过程、②等压过程、③等容过程、④循环过程。（1）等温过程：系统的始态温度与终态温度相同，并等于环境温度的过程称为等温过程。人体具有温度调节系统，从而保持一定的体温，因此在体内发生的生化反应可以认为是等温过程。（2）等压过程：系统始态的压力与终态的压力相同，并等于环境压力的过程称为等压过程。（3）等容过程：系统的体积不发生变化的过程称为等容过程。（4）循环过程：如果系统由某一状态出发，经过一系列变化又回到原来的状态，这种过程就称为循环过程。（四）热和功能量，难以下一确切的定义。热力学中，物体间能量交换只有热和功两种形式。1、热（Q）由于温度不同而在物体间交换的能量。热的交换是由于大

6、量质点无序运动引起的。热力学规定：系统吸热，Q＞0；系统向环境放热，Q＜0。1卡（cal）=4.184焦尔（J）2．功（W）除热外其余各种形式被传递的能量。热力学规定：环境对系统做功，W＞0；系统对环境做功，W＜0。体积功——是系统发生体积变化时与环境传递的功；W=-p外·V；非体积功——有用功：是除体积功以外的所有其他功，用符号W′表示。如电功、机械功，在化学反应中一般不予考虑。二、热力学第一定律热力学第一定律就是能量守恒定律，它是人类经验的总结，已为大量的实验所证实。热力学第一定律可表述为：能量具有各种不同的形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化

7、和传递的过程中能量的总值不变。（一）热力学能热力学能也称内能，用符号U表示，它是系统内部能量的总和，包括系统内分子运动的动能、分子间相互作用的势能和分子内各种粒子（原子、原子核、电子等）及其相互作用的能量等。物体总能量E=T+V+U；内能U=分子动能+分子间的势能+电子、核的能量。热力学能是状态函数，其量值取决于系统的状态。在确定状态下，热力学能的量值一定，它的改变量由系统的始态和终态决定，与变化所经历的途径无关。由于系统内部粒子的