第2章 化学热力学基础ppt课件.ppt

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1、第二章化学热力学基础热力学第一定律热化学热力学第二定律化学反应的摩尔吉布斯自由能变热力学在生物化学中的应用掌握热力学能、焓、熵、吉布斯自由能、生化标准状态、耦合反应等概念。掌握系统、环境、状态及状态函数等概念。掌握热力学第一定律和盖斯定律及其计算。掌握标准状态下反应的摩尔焓(△rHmӨ)、化学反应的标准摩尔熵(△rSmӨ)、化学反应的标准摩尔吉布斯自由能(△rGmӨ)、生化标准状态的有关计算。本章要求热力学的研究对象研究各种化学变化过程中所发生的能量效应。研究化学变化的方向和限度。研究对象是大数量分子的集合体，所得结论具有统计意义。只考虑变化前后的净结果，

2、不考虑物质的微观结构和反应机理。能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。局限性不研究反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。第一节热力学第一定律TheFirstLawOfThermodynamics系统与环境系统的分类系统的性质热力学平衡态状态函数状态方程热和功系统：研究对象。环境：与系统密切相关部分。一、热力学的一些基本概念系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。相体系敞开系统封闭系统隔离系统物质交换有无无能量交换有有无环境系统环境系统系统环境物质能量能量系统与环境系统的性质用宏观可测性质来描述系统的热力学状态。

3、数值取决于系统自身的特点，与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。广度性质强度性质其数值与系统的物质的量成正比,如体积、质量等。广度性质和强度性质示意图系统的宏观性质的综合表现。始态终态（Ⅰ）（Ⅱ）描述系统性质的物理量。特点状态一定,状态函数一定。状态变化,状态函数也随之而变,且其变化值只与始态、终态有关,与变化途径无关。状态和状态函数始态:系统发生变化前的状态终态:系统发生变化后的状态状态状态函数【例】对于某理想气体处于标准状态时n=1mol，p=1.013×105Pa，V=22.4L，T=273K其中n、p、V、T就是系统的状态函数。过程和途径

4、过程:系统状态发生变化的经过。途径:系统状态变化过程中所采取的每一种具体方式。每一种状态变化可以有不同的途径。系统始态、终态温度相等，并且等于环境温度的过程。系统始态、终态压力相等，等于环境压力的过程。T1=T2P1=P2系统始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积。等温过程等压过程等容过程V1=V2途径(II)等温过程(I)等压过程途径实际过程与完成过程的不同途径图始态终态298K，101.3kPa298K，506.5kPa375K，506.5kPa375K，101.3kPa等压过程(II)实际过程等温过程(I)【例】某理想气体的状态变化可有以下不

5、同的途径：P1=1×105PaV1=2×10－3m3P2=2×105PaV2=1×10－3m30.5×105Pa4×10-3m34×105Pa0.5×10-3m3减压减压加压加压始态终态△p=p2－p1△V=V2－V1减压加压减压加压如果系统由某一状态出发，经过一系列变化又回到原来的状态。循环过程终态△p=p2－p1=0△V=V2－V1=0系统反抗外界压强发生体积变化时产生的功。W=–F·L=–p外·S·L=–p外△V=–p外(V2－V1)P外V2L,△VV1S体积功以外的其它功。体积功和p-V图功不是状态函数。体积功非体积功二、热力学第一定律TheFir

6、stLawOfThermodynamics系统与环境之间由于存在温差而传递的能量。热(Q)热力学中分为体积功和非体积功。系统与环境间除热之外以其它形式传递的能量。功(W)系统吸热放热系统对环境做功环境对系统做功正负号Q>0Q<0W＜0W＞0规定热力学第一定律的数学表达式设某封闭系统△U=Q+W状态Ⅰ状态Ⅱ做功WU1吸热QU2表明Q和W不是状态函数，而与状态变化的途径有关。U是状态函数，△U与状态变化的途径无关。dU=δQ+δW系统内一切能量的总和。系统本身的性质，仅决定于系统的状态。状态函数。系统的广度性质，具有加和性。分子或原子、离子的动能(转动、振动和

7、平动能)，势能(质点间的吸引和排斥能)。电子的动能。核能等。△U=U2－U1热力学能(U)【例】某封闭系统在某一过程中从环境中吸收了50kJ的热量，对环境做了30kJ的功，求系统在过程中热力学能。系统热力学能净增为20kJ。ΔU系统=（+50kJ）+（–30kJ）=20kJ解：根据公式△U=Q+W，已知Q=50kJW=–30kJ三、焓化学反应的热效应Q在化学反应过程中，当生成物的温度与反应物的温度相同，等压条件下反应过程中系统只做体积功而不做其它有用功时，化学反应中吸收或放出的热量称为化学反应的热效应。等压热效应QP=ΔH等容热效应QV=ΔU系统对外作功：

8、W=–pΔV=–p（V2–V1）令H=U＋pV焓H是状态函数等压反