第二章化学热力学基础.ppt

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1、第二章化学热力学基础第一节热力学第一定律第二节热化学第三节化学反应的方向第四节化学反应的摩尔吉布斯函数变的计算第五节热力学在生物化学中的应用热力学是研究热与其他形式的能量之间转化规律的一门科学。热力学的基础是热力学第一定律和热力学第二定律。这两个定律都是人类的大量经验的总结，有着广泛的、牢固的实验基础。利用热力学定律、原理和方法研究化学反应以及伴随这些化学反应而发生的物理变化过程就形成了化学热力学。化学热力学主要研究和解决的问题有：（1）化学反应及与化学反应密切相关的物理过程中的能量变化；（2）判断化学反应进行的方向和限度。第一节热力学第一定律一、热力学的一些基本概念

2、二、热力学第一定律三、焓一、热力学的一些基本概念（一）系统、环境和相时，往往将某一部分的物质或空间与其余部分分开，作为研究的对象，这部分作为研究对象的物质或空间称为系统。在系统以外，与系统有互相影响的其他部分称为环境。当人们以观察、实验等方法进行科学研究根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统：系统与环境之间既有能量交换，又有物质交换。（2）封闭系统：系统与环境之间只有能量交换，没有物质交换。（3）隔离系统：系统与环境之间既没有能量交换，也没有物质交换。通常把只含有一个相的系统称为均相系统；含两个或两个以上相的系统称为多相系统。系统中物理性质和化学性质

3、完全相同的均匀部分称为相，相与相之间存在明显的界面。（二）状态和状态函数综合表现。在热力学中，把用于确定系统的物理量（性质）称为状态函数。状态函数的特点是：其量值只取决系统所处的状态；其变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。系统的状态函数分为广度性质和强度性质两类：（1）广度性质：广度性质的量值与系统中物质的量成正比，在系统内具有加和性。（2）强度性质：强度性质的量值与系统中物质的量无关，不具有加和性。系统状态是系统的各种物理性质和化学性质的（三）过程和途径系统状态所发生的任何变化称为过程。系统经历一个过程，由始态变化到终态，可以采用多种不同的方式，通常

4、把完成某一过程的具体方式称为途径。根据过程发生时的条件不同，可分为以下几类：（1）等温过程：系统的始态温度与终态温度相同，并等于环境温度的过程称为等温过程。人体具有温度调节系统，从而保持一定的体温，因此在体内发生的生化反应可以认为是等温过程。（2）等压过程：系统始态的压力与终态的压力相同，并等于环境压力的过程称为等压过程。（3）等容过程：系统的体积不发生变化的过程称为等容过程。（4）循环过程：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，这种过程就称为循环过程。（四）热和功1．热由于系统与环境的温度不同，而在系统与环境间所传递的能量称为热；用符号Q表示。系统

5、吸热，Q＞0；系统向环境放热，Q＜0。2．功除热以外，在系统与环境之间传递的其他能量都称为功，用符号W表示。环境对系统做功，W＞0；系统对环境做功，W＜0。功可以分为体积功和非体积功。体积功是系统发生体积变化时与环境传递的功；非体积功是除体积功以外的所有其他功，用符号表示。功也与实现过程的途径有关，它也不是状态函数。二、热力学第一定律人类经验的总结，已为大量的实验所证实。热力学第一定律可表述为：能量具有各种不同的形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化和传递的过程中能量的总值不变。热力学第一定律就是能量守恒定律，它是（一）热力学能热力

6、学能也称内能，用符号U表示，它是系统内部能量的总和，包括系统内分子运动的动能、分子间相互作用的势能和分子内各种粒子（原子、原子核、电子等）及其相互作用的能量等。热力学能是状态函数，其量值取决于系统的状态。在确定状态下，热力学能的量值一定，它的改变量由系统的始态和终态决定，与变化所经历的途径无关。由于系统内部粒子的运动方式及其相互作用非常复杂，热力学能的绝对值无法测量，但能测量出其变化值。当系统由状态A变化到状态B时：（二）热力学第一定律的数学表达式系统的热力学能改变是由于系统与环境之间进行热和功传递的结果。由于能量既不能凭空产生，也不能自行消失，系统所增加的能量一定等

7、于环境所失去的能量。在任何过程中，系统热力学能的增加等于系统从环境吸收的热与环境对系统所做的功之和。对于微小变化：三、焓对于不做非体积功的等压过程对等压下发生的过程，psu＝p，且为一常数，则：由于U，p，V都是状态函数，因此它们的组合U＋pV也是状态函数。这一状态函数称为焓，用符号H表示：HU+pV故：对于有限变化：上式表明：对于不做非体积功的等压过程，系统的焓变在数值上等于热。由于焓是状态函数，其改变量ΔH只取决于系统的始态和终态，与实现变化的途径无关。所以，必然也取决于系统的始态和终态，与实现变化的途径无关。第二节热化学一、反应进度二、化学反应