《普通化学》-2化学热力学基础

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1、《普通化学》网络课件授课教师：张大伟单位：化学教研室第二章化学热力学基础Chapter2PrimaryconceptionofChemicalThermodynamics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、二、三定律，这三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.化学反应过程中吸收或放出的热量；2.化学反应的

2、自发性(即两种物质之间能否发生化学反应)；3.化学反应的限度(反应完成之后反应物的量与产物的量之间的关系)。第一节几个基本概念一、热力学的一些基本概念二、热力学第一定律三、焓（一）系统和环境当人们以观察、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。除系统以外，与系统有互相影响的其它部分称为环境。根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统(Isolatedsystem)：系统与环境之间既有能量交换，又有物质交换。

3、（2）封闭系统(Closedsystem)：系统与环境之间只有能量交换，没有物质交换。（3）孤立系统(Opensystem)：系统与环境之间既没有能量交换，也没有物质交换。封闭系统孤立系统敞开系统孤立系统是一种科学的抽象,对于科学研究有重要意义.（二）状态和状态函数系统状态(State)是系统的各种物理性质和化学性质的综合表现。在热力学中，把用于确定系统状态的物理量（性质）称为状态函数(Statefunction)。状态函数的特点：①状态一定,状态函数一定。②状态变化,状态函数也随之而变,且状态函数的变

4、化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。途径1途径2系统的状态函数分为两类：（1）广度（容量）性质：广度性质的量值与系统中物质的量成正比，在系统内具有加和性。如V、m（2）强度性质：强度性质的量值与系统中物质的量无关，不具有加和性。如P、T等（三）过程和途径系统状态所发生的任何变化称为过程(Process)。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(Path)。根据过程发生时的条件不同，可分为以下几类：（1）等温过程：系统的始态温度与终态温度相同

5、，并等于环境温度的过程称为等温过程。T1=T2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。p1=p2（3）等容过程：系统的体积不发生变化的过程称为等容过程。V1=V2（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）热和功热力学中将能量交换形式分为热(Heat)和功(Work)。符号：Q单位：J；kJQ不是状态函数系统吸热：Q>0

6、，系统放热：Q<01.热是系统与环境因温度不同而传递的能量。功分为：体积功W(W=-PΔV)；非体积功W′（除体积功外其它各种形式功的统称，如电功，表面功等。）单位：J，kJ。W与实现过程的途径有关，不是状态函数。系统对环境作功:W<0；环境对系统作功:W>0。2.功除热以外，在系统与环境之间传递的其他能量都称为功。二、热力学第一定律（FirstLawThermodynamics）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。能量守恒定律认为：能量具有各种不同的形式，它能从一

7、种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化和传递的过程中能量的总值不变。能量是系统的状态函数。（一）热力学能热力学能也称内能(Internalenergy)，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。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运动方式及其相互作用非常复杂，

8、热力学能的绝对值无法测量，但能测量出其变化值。当系统由状态A变化到状态B时：（二）热力学第一定律的数学表达式系统的热力学能改变是由于系统与环境之间进行热和功传递的结果。由于能量既不能凭空产生，也不能自行消失，系统所增加的能量一定等于环境所失去的能量。在任何过程中，系统热力学能的增加等于系统从环境吸收的热与环境对系统所做的功之和。三、焓（一）定容热QV对于不做非体积功的等容过程QV＝△U–W＝△U–0＝△U上式表明，对于不做非体积功的等容过程