第1章材料合成化学的理论基础ppt课件.ppt

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1、第1章材料合成化学的理论基础第1章材料合成化学的理论基础任一合成化学反应有两个基本问题需要研究:（1）有无可能性；其最后结果如何？-------化学反应的方向和限度------化学热力学。（2）若可能进行，多长时间能实现------反应速率------化学动力学。主要内容1.1化学热力学与材料合成1.2化学动力学与材料合成1.1化学热力学与材料合成化学热力学基本知识1.定义化学热力学是将“热力学”运用于化学领域而产生的一门研究化学反应过程中能量变化的科学。热力学——是研究能量相互转换规律的科学。2、化学热力学研究的主要内容（1）化学反应能否

2、发生，若发生，其能量如何变化；（2）化学反应的方向、限度及转化率。1.1化学热力学与材料合成3、化学热力学的特点（1）只能解决化学反应能否发生，反应进行的方向、限度及反应过程中能量的变化问题；（2）不能解决反应机理，反应速度问题。通过化学热力学计算可以：（1）预测反应能否发生；（2）预测反应进行的方向和限度。4、研究化学热力学的意义1.1化学热力学与材料合成5、相关术语和概念体系，环境，体系类型，状态，状态函数，过程，途径，热，功，焓，熵，内能，亥姆霍兹函数，吉布斯函数等。1.1化学热力学与材料合成Bron-Haber循环1.1.1化学反应

3、方向的判断定义：在一定条件下不需要外力作用或人为干预而能自动进行的过程。特征：（1）自发过程具有不可逆性，即它们只能朝某一确定的方向进行。（2）过程有一定的限度——平衡状态。（3）有一定的物理量判断变化的方向和限度。1、自发过程1.1.1化学反应方向的判断影响热力学自发过程自发进行方向的因素：（1）热量（2）系统混乱度任何自发过程都倾向于：（1）取得最低的能量（焓效应）；（2）取得最大的混乱度（熵效应）。定义：从物理意义上讲，熵（S）是系统中粒子运动混乱度的宏观量度。系统处于混乱度小或较有秩序的状态，熵值小；系统处于混乱度大或较无秩序的状态

4、，熵值大。2、系统的熵及熵判据1.1.1化学反应方向的判断1.1.1化学反应方向的判断从热力学的角度来看，熵是系统的一个状态函数，一定条件下系统有一固定的熵值。若系统发生变化时，其过程的熵变是系统在可逆过程中的吸收热量Qr与系统的热力学温度（T）之商，称为热温商。熵S与熵变△S应具有能量/温度的量纲，即J/K。如系统的熵变乘以温度，即组合为T·△S，则转变为能量项，该项的含义有下列三种情况。（1）如过程熵增，即△S>0，热力学温度T恒为正值，则T·△S>0，这意味着在一定温度下，系统需吸收能量，才能保证熵值增加，混乱度增大。（2）如过程熵减

5、，△S<0，则T·△S<0，即在一定温度下，系统的熵值减少，混乱度相应降低，随之释放能量。（3）如△S=0，则T·△S=0，即当温度与混乱度均不变时，系统无能量变化。1.1.1化学反应方向的判断1.1.1化学反应方向的判断标准摩尔熵在热力学标准态下，1mol纯物质的熵值，称为标准摩尔熵（简称标准熵），符号记为。物质B在温度T时的规定摩尔熵（绝对熵）1.1.1化学反应方向的判断化学反应的熵变根据熵的状态函数性质，一个化学反应前后的熵变应等于生成物（终态）的熵之总和减去反应物（始态）的熵之总和。即rS＝ΣS生成物―ΣS反应物如在热力学标准态下

6、，298K时进行的反应：aA＋bB＝lL＋mM1.1.1化学反应方向的判断熵判据：状态1状态2Q/T=△S——可逆过程，系统处于平衡状态；Q/T<△S——不可逆过程，系统为自发过程；Q/T>△S——非自发过程。过程方向的判断：Clausius不等式不可逆可逆1.1.1化学反应方向的判断对于绝热系统故不可逆可逆熵增加原理：一个封闭系统经绝热过程由初态到达终态，它的熵不会减少。若是可逆过程，熵值不变；若是不可逆过程，熵值增加。1.1.1化学反应方向的判断若将系统与环境合在一起作为孤立系统：引入“自发”判据熵增加原理的第二种说法：一个孤立系统的熵

7、永远不会减少。不可逆（自发）可逆（平衡）孤立孤立或不可逆（自发）可逆（平衡）孤立体系环境1.1.1化学反应方向的判断3、系统的U、H、A、G系统的内能（U）：热力学上是指系统内部能量的总和。U只取决于系统的状态，是一状态函数。△U是系统从始态变到终态时的内能变化值。△U=U2-U1=Q+W△U=QvQv——恒容热效应1.1.1化学反应方向的判断系统的焓（H）：在热力学上将（U+pV）定义为焓，组合成的一个状态函数。△H=QpQp—恒压热效应在恒压下只做体积功时，计算中常见的焓变形式：标准生成焓、标准反应焓、标准燃烧焓。1.1.1化学反应方向

8、的判断标准生成焓在标准态下、298K时，由最稳定的单质生成1mol化合物时的焓变，称为该化合物的标准生成焓（或标准生成热），用表示，符号中“f”表示生成反应，m表示摩尔量为1mo