第6章 化学热力学初步09讲解ppt课件.ppt

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1、第六章化学热力学初步(ChemicalThermodynamics)引言热力学——研究自然界各种形式能量之间相互转化的规律，以及能量转化对物质的影响的科学。热力学经典热力学统计热力学工程热力学化学热力学物理热力学在研究化学反应时，人们总会思考一些问题：当几种物质放在一起时?a.能否发生反应？b.反应速率多大？c.会发生怎样的能量变化？d.到什么程度时反应达到平衡？e.反应机理如何？化学热力学的范围:a,c,d属于化学热力学问题，而b,e属于化学动力学问题。即热力学研究范围为：化学反应方向，限度以及伴随能量的变化化学反应过程中的两个变化：物质和能量3H2

2、(g)+N2(g)=2NH3(g)Q=-92.2kJ（放热）化学热力学及其研究内容以热力学第一定律为基础，研究化学变化中的能量转换问题，计算化学变化中的热效应——热化学。以热力学第二定律为基础，研究一定条件下化学反应进行的方向和限度。研究内容问题：出口气体中含有22％～28％CO？以前认为是CO与铁矿石接触时间不够。解决办法：加高炉身、升高炉温。结果：出口气体中CO含量并未明显减少。热力学计算表明，此反应不能进行到底。高炉炼铁Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+CO2(g)研究对象由大量的微观粒子组成的宏观系统。其结果只具有统计意义。研究方法

3、以热力学三大定律为基础只考虑研究对象的始态和终态及变化条件，不考虑中间过程。特点不考虑物质的微观结构和反应机理。不涉及反应速率问题。只解决反应的可能性问题，不能解决反应的现实性问题。例：合成氨的反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)根据热力学计算，该反应可以在常温、常压下进行。解决办法：研究有效的催化剂及最佳途径。目前的反应条件：高温、高压。本章重点讨论：四个热力学状态函数：U(△U)、H(△H)、G(△G)、S(△S)两个过程变量：Q、W利用盖斯定律进行焓变的计算利用物质的热力学数据计算在标准态下的反应的熵、焓和自由能的变化。了解△G=△H-T

4、△S的关系式6.1化学热力学常用的一些基本概念6.1.1体系和环境体系(system):被研究对象。环境(surrounding):体系外与体系密切相关的部分。体系TheSystem环境TheSurroundings例如，我们研究杯子中的水，则水是体系。水面上的空气，杯子皆为环境。当然，桌子，房屋，地球，太阳等也都是环境。但我们着眼于和体系密切相关的环境，即水面上的空气和杯子等。宇宙：体系和环境放在一起，在热力学上称为宇宙。封闭体系：与环境无物质交换有能量交换。隔离体系：与环境无物质、能量交换。敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换。体系的分类：6.1

5、.2状态(state)和性质状态(state)：体系的宏观性质的综合表现。状态函数(statefunction)：描述系统性质的物理量。(p,V,T)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,且状态函数的变化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。始态终态（Ⅰ）（Ⅱ）③一个系统的状态函数之间是彼此关联的性质：1.广度（广延、容量）性质(extensiveproperty):表示这种性质的物理量的数值与体系中所含物质的量成正比，如体积，质量，物质的量。2.强度性质（intensiveproperty)：表示这种性质的数值不随物质的量

6、变化而变，仅取决于体系的特性，如温度，压强，密度。特点：(a)广度性质具有加和性，强度性质无加和性。(b)两个广度性质相除，所得为强度性质例如：Vm(摩尔体积)=V/n,ρ=m/V6.1.3过程和途径过程和途径：状态发生变化的经过称过程。完成这个过程的具体步骤称途径。等温过程：反应前后温度不变（T始=T终）等压过程：反应前后压力不变（p始=p终）等容过程：反应前后体积不变（V=0）绝热过程：反应中体系与环境无热量交换（Q=0）298K，101.3kPa298K，506.5kPa375K，101.3kPa375K，506.5kPa恒温过程途径(II)恒

7、压过程途径(I)恒温过程途径(I)恒压过程(II)实际过程实际过程与完成过程的不同途径，但只要始态和终态一定，状态函数的变化值一定。途径6.1.4热力学平衡体系和环境之间没有任何物质和能量交换，体系中各个状态性质又均不随时间而变化——热力学平衡态热平衡：没有温差力平衡：压力相同化学平衡：体系组成不变相平衡：各相的数量和组成不变糖水糖水糖均相体系多相体系系统中物理状态、物理性质与化学性质完全均匀的部分称为一个相（phase）。6.1.5热(量)(heat)和功(Work)1.热(heat)(1)定义:体系和环境之间由于温度的差别而交换(传递)的能量。表示

8、为Q(2)符号：规定：体系从环境吸热时，Q为正值；体系向环境放热时，Q为负值。(3)热与过程有