(课件)第二章化学热力学基础.ppt

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1、第二章化学热力学基础第一节热力学的一些基本概念第二节热力学第一定律第三节热化学第四节化学反应的方向第五节化学反应的摩尔吉布斯自由能变的计算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。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。第一节热力学的一些基本概念一、系统、环境和相二、状态和状态函数三、过程和途径四、

2、热和功一、系统、环境和相时，往往将某一部分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。在系统以外，与系统有互相影响的其他部分称为环境。当人们以观察、实验等方法进行科学研究根据系统与环境之间物质和能量的交换情况的不同，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。系统分类示意图通常把只含有一个相的系统称为均相系统；含两个或两个以上相的系统称为非均相系统。系统

3、中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相，相与相之间存在明显的界面。二、状态和状态函数的综合表现。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。状态函数的量值只取决于系统所处的状态，其改变量取决于系统的始态和终态，与实现变化的途径无关。系统的状态函数分为两类：（1）广度性质：广度性质具有加和性，某种广度性质的量值等于各部分该性质量值的总和。（2）强度性质：强度性质不具有加和性，某种强度性质的量值与各部分该性质的量值相等。系统的状态是系统的各种物理性质和化学性质广度性质和强度性质示意图三、过程和途径系统的状态所发生的任何变

4、化称为过程。某一过程的具体方式称为途径。过程可分为以下几类：（1）等温过程：系统的始态温度与终态温度相同，并等于环境温度的过程称为等温过程。（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：系统由某一状态经过一系列变化又回到原来状态，称为循环过程。四、热和功（一）热由于系统与环境的温度不同，而在系统与环境间所传递的能量称为热。系统从环境吸热，Q＞0；系统向环境放热，Q＜0。（二）功除热以外，在系统与环境之间传递的其他各种形式的能量称为功

5、。环境对系统做功，W＞0；系统对环境做功，W＜0。功可以分为体积功和非体积功。体积功是系统发生体积变化时与环境传递的功；非体积功是除体积功以外的所有其他功。功和热都与实现过程的途径有关，它们都不是状态函数。体积功的计算公式为：体积功示意图第二节热力学第一定律一、热力学能二、热力学第一定律的数学表达式三、焓人类经验的总结，已为大量的实验所证实。热力学第一定律可表述为：自然界中的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总值不变。热力学第一定律就是能量守恒定律，它是一、热力学能热力学能也称内能，

6、用符号U表示。热力学能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。当系统由状态A变化到状态B时，热力学能改变为：由于系统内部粒子的运动方式及其相互作用非常复杂，热力学能的绝对值无法测量。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。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。对于微小变化：三、焓对于不做非体积功的等容过程：dU=QV

7、对有限变化：ΔU＝QV对不做非体积功的等压过程：由于U、p、V都是状态函数，因此它们的组合U＋pV也是状态函数。这一状态函数称为焓，用符号H表示：HU+pV代入上式：对有限变化：第三节热化学一、反应进度二、热力学标准状态三、化学反应的摩尔热力学能变和摩尔焓变四、热化学方程式五、赫斯定律六、化学反应的标准摩尔焓变的计算一、反应进度化学反应一般可以写成如下通式：上式常写成下列简单形式：通常可写成如下更简单的形式：对任意反应，反应进度定义为：对有限变化，可以改写为：引入反应进度的优点是，用任一种反应物或产物表示反应进行的程度，所得值都是相同的。

8、应用反应进度时，必须指明化学反应方程式。例题例2-110molN2和20molH2在合成塔混合后，经多次循环反应生成了4molNH3。试分别以如下两个反应方程式为基础，计算反应进度变。（1）（