医用基础化学5热力学

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1、第5章化学热力学基础ChemicalThermodynamics第5章化学热力学基础指定条件下能否发生反应？反应可以进行到什么程度？反应中能量变化如何？化学热力学是应用热力学的基本原理研究化学反应的物质转变规律和能量转变规律的一门科学化学热力学的研究内容§5.1基本概念和术语§5.1.1体系和环境体系：研究的对象。环境：体系以外并且与体系密切相关的部分。热力学体系分类：体系与环境之间的物质交换与环境之间的能量交换开放体系√√封闭体系×√孤立（隔离）体系×ק5.1基本概念和术语二、状态、状态函数和过程1.状态：即体系的存在形式，或体系的样子。体系的状态是体系全部性质（物理性质和化学性

2、质）的综合体现。2.状态函数：要知道体系处于什么状态，就需要用一些宏观物理量如体积V、温度T、压力p、质量m、物质的量n等对体系的状态进行描述和规定。这些宏观物理量称为体系的状态函数，又称为状态性质。这些性质都是宏观的物理量。当这些函数都具有确定的量值而且不随时间而变化时，体系就处在一定的状态。§5.1基本概念和术语当体系的状态发生了变化时，则体系必定有某些状态函数的值发生了改变。同样，只要体系有某个状态函数发生了改变，则体系的状态必然发生了变化。体系的各种状态函数之间是相互联系的，即相互之间存在函数关系。例如理想气体的p、V、n、T之间就存在关系式pV=nRT因此在描述体系的状态时

3、，并不需要将体系所有状态函数的值均列出来。§5.1基本概念和术语3.过程体系从一种状态变化到另一种状态的经历称为过程。始态过程的起始状态。终态过程的终止状态。（1）等温过程(恒温过程）:△T=0T始态=T终态=T环境T环境在过程中恒定不变（2）等压过程:△p=0p始态=p终态=p环境p环境在过程中恒定不变（3）等容过程:△V=0V始态=V终态V在过程中恒定不变过程进行的具体方式是多种多样的。每一种具体方式称为一种途径。§5.1基本概念和术语始态状态1T1,P1终态状态2T2,P2途径二先变压，后变温途径一先变温，后变压从一个状态变化到另一状态有多种途径§5.1基本概念和术语状态函数的

4、特性：体系的状态一定，状态函数的量值就一定。体系的状态改变，状态函数的量值可能改变，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，而与变化过程无关。△T＝T2－T1§5.1基本概念和术语热和功是体系在发生某一过程时与环境之间交换能量的两种不同形式。§5.1.3热与功热(Q)：体系和环境之间由于温度差而交换的能量形式。功(W)：体系和环境之间除了热以外的一切能量交换形式。§5.1基本概念和术语3.热力学规定：体系向环境放热，Q<0；体系从环境吸热，Q>0；体系对环境作功，W<0；体系从环境得功，W>0(环境对体系作功)要点：使体系能量升高为正§5.1基本概念和术语4.体积功和非体积功W总=W体

5、+W’W体：体积功或膨胀功，W’：非体积功体积功计算:W体=-F×l=-p外×A×l=-p外ΔV5.Q,W均不是状态函数。§5.1基本概念和术语化学反应式dD+eE=gG+hH0=–dD–eE+gG+hH或§5.1.4反应进度1.化学计量数式中，–d，–e，g，h即νB称为所给化学反应式中各物质的化学计量数§5.1基本概念和术语2.反应进度：化学反应dD+eE=gG+hH反应过程中，从反应开始到某一时刻，各物质的变化量ΔnB之间的关系为ξ称为化学反应进度，单位mol。简称反应进度。§5.1基本概念和术语例5-110.0molH2和5.0molN2在合成塔中混合后经过一定时间，反应生成

6、2.0molNH3，反应式可写成如下两种形式：(1)N2+3H2=2NH3(2)1/2N2+3/2H2=NH3分别按(1)和(2)两种方程式求算此反应的。§5.1基本概念和术语解：反应在不同时刻各物质的量（mol）为：n(N2)n(H2)n(NH3)t=0ξ=0时5.010.00t=tξ=ξ时4.07.02.0按方程式(1)N2+3H2=2NH3求ξ：§5.1基本概念和术语按方程式(2)1/2N2+3/2H2=NH3求ξ：§5.1基本概念和术语结论：对于同一反应方程式，的值与选择何种物质来求算无关。反应式写法不同，或者说化学反应的基本单元定义不同，反应进度也不同。注意：计算时必

7、须写出具体的反应方程式。§5.2化学反应热§5.2.1热力学能和焓1.热力学能：（内能U）体系内部能量的总和。包括：平动能；振动能；转动能；势能；核能等。单位是J或kJ特点：内能是状态函数：状态一定，U一定。因微观粒子运动复杂性，内能的绝对值无法确定。体系从状态1变化到状态2的热力学能的变化量ΔU=U2－U1ΔU称为热力学能变，很容易测定。§5.2化学反应热§5.2.1热力学能和焓2.焓定义H=U+pVH称作焓，单位J、kJ。焓H是由几个状态函数组合而成的