第二章化学热力学初步.ppt

《第二章化学热力学初步.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章化学热力学初步2.1基本概念2.2热力学第一定律2.3热化学2.4熵2.5自由能及其应用2.1基本概念热力学：研究物理的和化学的变化过程中能量变化规律的科学称为热力学。化学热力学：将热力学的基本原理用来研究化学反应及与化学反应有关的物理变化时，称为化学热力学。热力学中不讨论物质的微观结构，也不涉及变化速度的问题。主要讨论能量的转化与反应的方向。2.1.1系统与环境系统：人为划分的研究对象。环境：系统以外与系统密切相关的其它部分叫环境。敞开系统：系统与环境之间既有能量交换，又有物质交换。系统能量物质环境封闭系统：系统和环境之间，无物质交换，

2、只有能量交换。系统能量环境孤立系统：系统与环境之间，既无物质交换，又无能量交换。孤立系统也称为隔离系统。(系统+环境)系统与环境的关系：状态：描述一个系统的一系列物理性质和化学性质的总和就称为系统的状态。如质量、温度、压力、体积、密度、组成等，当这些性质都有确定值时，系统就处于一定的状态。2.1.2状态与状态函数状态函数：确定系统状态的宏观物理量称为系统的状态函数。如质量、温度、压力、体积、密度、组成等是状态函数。状态函数的特点：1.系统的状态一定，状态函数值确定。2.状态函数的改变值只由系统的始态和终态决定，与系统经过的途径无关。3.循环过程

3、的状态函数改变值为零。2.1.3容量性质和强度性质强度性质按系统中性质与系统物质数量的关系为：容量性质容量性质：系统的性质在数值上与系统中物质的数量成正比，具有加和性。如：质量、内能、焓、熵、自由能等。强度性质：系统的性质在数值上与系统中物质的量无关，不具加和性。如温度、压力、浓度、密度等。2.1.4过程与途径过程：系统的状态发生变化,这种变化称为过程。途径：完成过程的具体步骤称为途径。P=101.3KPaV=2m3P=202.6KPaV=1m3P=1013KPaV=0.2m3加压加压减压始态终态等温过程：系统始态和终态温度相同△T=0.等压过

4、程：系统压力始终保持不变，且等于环境的压力，即p1=p2=p环或△p=0等容过程：系统体积始终保持不变，即V1=V2或△V=0绝热过程：系统与环境没有热交换，即Q=0.按过程发生时的条件，热力学中基本过程有：2.1.5热和功能量传递有两种形式，一种是传热，一种是做功。功：除热以外其它各种被传递的能量称为功。用符号W表示。热：因温度不同而在系统与环境之间进行的能量传递称为热。用符号Q表示。体积功W：系统因体积变化抵抗外压所作的功。非体积功W:除体积功外的所有功。如电功、机械功、表面功等。热力学中功的分类热和功不是体系的状态函数。热和功与过程紧密联

5、系，没有过程就没有能量的传递。热力学规定：系统从环境吸热，Q为正值，放热Q为负值。系统对环境作功，W为负值，反之W为正值.等压过程中，系统膨胀对外作体积功：W=-p外（V2-V1）=-p外△V2.2热力学第一定律热力学第一定律:自然界的一切物质都具有能量，能量有不同的形式，能量可从一个物体传递给另一个物体，也可从一种形式转化为另一种形式，在传递和转化过程中，能量总值不变。热力学能(内能)：它是系统内部物质各种微观形式能量的总和，包括：分子动能，分子势能等，用符号U表示。热力学能是系统的状态函数。△U=U2-U1状态1状态2无法知道一系统的热力学

6、能的绝对值，但是当系统状态发生变化时，系统与环境有能量交换，据此可以研究热力学能的变化△U。△U=U2-U1=Q+W(封闭体系)上式为热力学第一定律数学表达式当封闭系统从环境吸收热量Q，同时环境又对系统作功W，在此过程中系统热力学能的改变量△U为：【例】某系统从始态变到终态，从环境吸热200kJ，同时对环境作功300kJ，求系统与环境的热力学能改变量。解：△U系统＝Q+W△U系统＝200+(-300)＝-100(kJ)∵△U系统=－△U环境∴△U环境=100(kJ)2.3热化学热化学：把热力学第一定律具体应用到化学反应上，讨论和计算化学反应的热

7、量变化问题的学科，称为热化学。封闭体系在不作非体积功(Wf=0)的条件下，热力学第一定律表示为：△U=Q+We=Q–P外△V1.等容反应热∵△V=0∴△U=QV2.3.1反应热与焓反应热：在恒压或恒容而且不做其他功的条件下，当一个化学反应发生后，若使产物的温度回到反应物的起始温度，这时系统放出或吸收的热量称为反应热。2.等压热与焓变△U=Qp–P外△V∵P外=P系统＝P1＝P2△U=U2–U1△V=V2–V1∴U2–U1=Qp－P系统（V2–V1）移项：Qp=(U2+P系统V2)-(U1+P系统V1)Qp=(U2+P2V2)-(U1+P1V1)

8、定义：H=U+PVH称为焓，焓是体系的状态函数。∵U2+P2V2=H2U1+P1V1=H1∴Qp=H终–H始=H2–H1=△HQp=△H△H=△U+P