第五章 化学热力学基础ppt课件.ppt

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1、第五章化学热力学初步什么是热力学和化学热力学？热力学：是从18世纪末期发展起来的理论，热力学和力学不同，主要研究宏观物理系统的热、功、能、熵及其相互演化的一门科学。包括热力学四大定律。化学热力学：就是应用热力学的原理，研究和化学反应相关的能量问题以及研究化学反应的方向和进行程度的一门科学。化学学习者常常会遇到下列5个问题：某些物质在一起能否发生反应？化学反应一旦发生，有多少能量变化？在一定条件下，化学反应进行的程度或限度，即平衡转化率由多大？反应的速率和时间？反应机理和催化剂等问题？前三个属于化

2、学热力学问题，而后两个则属于化学动力学问题。化学热力学研究范围和特点研究范围：化学反应的方向和限度以及反应过程中伴随的能量变化。特点：（1）研究的是大量分子的集合体，即宏观系统，而不涉及具体的某个分子，具有统计的意义。（2）不考虑物质的微观结构和反应的机理，只需知道被研究对象的起始和最终的状态，以及过程的外界条件。并独立解决了判断化学过程的自发性问题。（3）没有时间观念，不涉及反应的速度问题。只说明反应的可能性，并不说明现实性。热力学中常用的术语一.体系和环境体系:我们研究的对象，称为体系(又叫

3、系统)。环境:体系以外与体系密切相关的周围其它部分，称为环境。按照体系和环境之间的物质、能量的交换关系,将体系分为三类：1.敞开体系:既有物质交换，也有能量交换；2.封闭体系:无物质交换，有能量交换；3.孤立体系:既无物质交换，也无能量交换。二.状态和状态函数1、定义：状态：由表征体系宏观性质的物理量所确定的体系存在形式称为体系的状态。表征体系宏观性质的物理量主要有P、V、T、n、U、H、S、G等。状态函数:确定体系状态的物理量,如P、V、T、n、U、H、S、G等是状态函数。2、状态函数的分类：

4、（1）广度性质，也称容量性质：它的数值与体系中的物质的数量成正比。在一定的条件下，具有加合性。如V、n、m、U、H、S、G等。（2）强度性质：它的数值与体系中的物质的数量无关，没有加合性，仅有体系中物质本身的特性所决定的。如T、P、密度、粘度等性质,无加合性,称强度性质的物理量。3、状态函数的性质（1）当体系状态确定以后，状态函数也随之确定，一旦状态改变，有的状态函数也随之改变。（2）状态函数的改变量只与体系的始终态有关，而与变化的途径无关。（3）周而复始变化为零。结论：状态函数有特征，状态一定

5、值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零。终态始态（Ⅰ）（Ⅱ）三.过程和途径过程:体系的状态发生变化,从始态到终态,就经历了一个热力学过程，简称过程。途径:完成过程的具体步骤称为途径。过程着重于始态和终态；而途径着重于具体方式。根据具体途径可分为以下几类典型过程：T一定ΔT=0(等温过程，指终始态的温度)p一定Δp=0(恒压过程，整个过程的压力)V一定ΔV=0(恒容过程，整个过程的体积)体系与环境间无热交换Q＝0(绝热过程)过程又可以分为以下几种：自发过程：不需要外界任何作用就自然而然发生的过程称

6、为自发过程。非自发过程：没有外界作用不会自然而然发生的过程称为非自发过程。可逆过程：某一系统经过一个过程，如果系统回到原来状态，环境也复原，该过程称为可逆过程。不可逆过程：某一系统经过一个过程，如果系统回到原来状态，而环境不能完全复原。该过程称为不可逆过程。实际过程与完成过程的不同途径:298K，101.3kPa298K，506.5kPa375K，101.3kPa375K，506.5kPa恒温过程途径(II)恒压过程途径(I)恒温过程(I)恒压过程(II)实际过程终态中间态中间态始态问题：“化学

7、中的可逆反应就是可逆过程”对吗？不对。化学中的可逆反应系指由反应物按正向反应得到产物，而产物也可按相反方向变为反应物，除此之外，没有别的限制。但热力学中的可逆过程要严格得多，它要求过程由一连串无限接近平衡的状态组成，也就是说可逆过程是无限接近平衡态的过程（准静态过程），其逆过程能使系统和环境同时恢复原状态，不留下任何痕迹。而化学反应中的可逆反应，则不考虑反应的能量和系统和环境是否能回到原来的状态。热力学可逆过程是理想化的抽象的极限过程，实际上并不存在；化学反应若安排在原电池中进行，通过人为控制，

8、可无限接近于可逆过程。四.热和功1.定义：热（Q）是体系与环境之间因温度差异而进行的能量传递的一种形式。即热不是物质，不是系统的性质，而是大量物质微粒作无序运动引起的能量传递形式。除热之外，体系与环境之间所有其他的能量的传递形式都叫功（W）。在热力学中又把功分为两大类，一类叫膨胀功，即体积功；另一类则是除膨胀功而外的“其他功”，或叫“有用功”，也叫非体积功。2.功和热的符号规定从系统的角度出发，系统向环境传递能量，即系统放热或系统向环境做功，热和功都是负值的。规定：体系从环境吸热时，Q为正值；体