§3-3化学反应的限度——化学平衡

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1、化学热力学基础及化学平衡无机及分析化学第三章1世界上的各种物理变化、化学变化都伴随着能量的变化。定量研究能量相互转化过程中所遵循规律的学科称为热力学。将热力学的基本原理用于研究化学变化过程中能量转变过程中的规律称为化学热力学。它研究化学反应的自发进行的可能性及反应的限度——化学平衡。热力学研究问题的对象是宏观物体，得到宏观的规律性（具有统计性），它的研究方法是不需要知道宏观物体内部结构和反应机理，只需知道变化的始态和终态，就可得到一般性的结论。故热力学可以预测变化的可能性，但不能告之变化时间及反应历程，与化学动力学分属两个不同领域。23.1基本概念3.1.1系统和环境1.系统：

2、为研究问题的需要，把被研究的那部分物质或空间定为系统，是人们为研究问题需要而划分的，它包括一定量一定种类的物质和空间。2.环境：系统以外与系统密切相关的其余部分。系统与环境之间是相互依存、相互制约的。按照系统和环境之间物质和能量的交换关系，可把系统分为三种：3.系统的种类：3(1)敞开系统:系统与环境之间既有能量交换又有物质交换的系统;(2)封闭系统:只有能量交换而无物质交换的系统的系统；(3)孤立系统:既无能量交换又无物质交换的系统,又称隔离系统.3.1.2系统的状态1.状态:系统的一切性质的总和(包括物理性质、化学性质）。2.状态函数:由状态所决定的系统的宏观性质.如P、4

3、V、T、n等几个宏观性质。状态确定后，状态函数有一确定的值，若其中一个状态函数发生变化，则系统的状态就发生了变化，变化前的状态叫初态，变化后的状态为终态。3.状态函数的特点：(1)状态函数是相互联系、相互制约，状态一定，状态函数有一确定值，只要确定几个主要物理量，就可以确定系统的状态。如PV=nRT还可通过其他形式的方程式确定系统的密度、能量等状态函数。(2)状态函数的变量只与系统的始态、终态性质有关，而与变化途径无关。状态1→状态2T1→T2ΔT=T2-T15状态1→状态2→状态1则ΔT=04.状态函数的类型根据系统的状态函数（宏观性质）与系统中物质数量的关系，可将这些性质分

4、为两类。（1）广度性质状态函数：具有加和性，即其数值与系统中物质的数量成正比。如：V、n、m等。（2）强度性质状态函数：没有加和性，即其数值与系统中物质的数量无关，只取决于系统自身的性质。如：T、p等。3.1.3过程和途径61.过程:系统状态发生变化的经过.2.途径:系统状态变化时经历的具体路线.等温过程:系统状态变化中,温度保持不变,且始终等于环境温度.T1=T2=T环等压过程:系统状态变化中,压力保持不变.p1=p2=p环等容过程:系统状态变化中,体积保持不变.V1=V2绝热过程:系统状态变化中,与环境没有热交换.状态函数由状态1→状态2,不论经过什么途径,其变化只与始、终

5、态性质有关，而与变化途径无关。这一特点可使复杂问题简单化。7P1=101.3kPaV1=2LT1P=1013kPaV=0.2LT=T1P2=202.6kPaV2=1LT2=T1加压减压加压等温相同的终态和始态，可以经历不同的途径来完成，在上述变化中，温度都是不变的，这种变化过程称为恒温过程，实现这种恒温过程可以有多种不同途径。等温等温83.1.4热和功1.热Q：系统与环境间温度不同而传递的能量，单位：kJ、J。2.功W：系统与环境间以其他形式交换或传递的能量，单位：kJ、J。3.Q、W符号规定：系统从环境吸热，Q＞0；系统从环境得功W＞0；系统向环境放热，Q＜0；系统对环境作功

6、W＜0；热和功不是状态函数，其变化值与途径有关。不能说系统含有多少热、和功，只能说系统在变化过程中吸收或放出多少热，作了多少功。94.功的分类：（1）体积功：由于系统体积变化时反抗外力作功而与环境交换的能量。因气体的体积变化很大，体积功主要研究气体作的体积功。若在定压过程：p始=p终=p环体积功W=-p·ΔV=-ΔnRTΔn：反应前后气体物质的量变化值体积功：pexV1V2掌握A:活塞面积10P外P外△LL1L2活塞从L1→L2(膨胀功)室温下系统对环境作功W=-Fex·△L=-Pex(AL2-AL1)=-Pex(△V2-△V1)=-Pex△VFex:外界环境作用在活塞上的功P

7、ex:作用在活塞上的压力Pex=P外力膨胀功:△V＞0压缩功:△V＜0等容过程体积功等于零.11（2）非体积功（其他功、有用功）：除体积功外，其他各种形式的功，如电功、表面功、机械功等。3.1.5热力学能1.热力学能U：热力学系统内各种形式能量的总和，亦称内能。它包括系统内各种粒子（分子、原子、电子、原子核等）的动能（如分子的平动能、转动能、振动能等），和粒子间相互作用的势能（分子间的吸引能、排斥能、化学键等），单位kJ、J。2.热力学能U性质：（1）是具有加和性的状态函数，其绝对值无法求得