第05章 化学热力学基础.ppt

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1、第五章化学热力学基础ChemicalThermodynamics§5.1热力学的一些基本概念和术语§5.2热力学第一定律和热化学§5.3熵和Gibbs自由能§5.4标准平衡常数和化学反应的限度化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效应）反应限度（化学平衡）反应速率反应机理化学热力学化学动力学反应的可能性反应的现实性化学反应研究目标什么是化学热力学化学热力学：将热力学的基本原理应用于化学现象及化学有关的物理现象的研究。经典（平衡态）热力学统计热力学非平衡体系热力学热力学：研究热、功、能转换规律的科学。化学热力学研究内容1

2、、利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。2、利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。3、利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。热力学的特点和局限性1、研究大量质点的集合体，结论具有统计性，不适合于个别分子、原子等微观粒子。2、只需知道对象的始态和终态及过程的外界条件，变化的历程不考虑。3、不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因体系system：作为研究对象的那一部分物质。环境surroundings：体系之外，与体系密切联系

3、的其它物质。§5.1热力学的一些基本概念和术语一、体系和环境封闭体系closedsystem孤立体系isolatedsystem敞开体系opensystem二、状态与状态函数状态函数statefunction：用于规定体系状态的物理量（p、V、T、n）。状态state：一定条件下体系的存在状况。体系所有宏观性质（p、V、T、n）的综合表现。平衡状态：体系内部各处宏观性质相同且不随时间变化的状态。经典热力学以平衡态为过程发生的出发点和归宿。各状态函数有相互联系：pV=nRT状态函数的特征（1）状态函数与体系状态一一对应；（

4、2）状态改变时，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）体系复原状态，状态函数恢复原值。状态函数变→状态变状态变→状态函数变？状态函数分类（1）广度性质(extensiveproperty)函数：其数值与体系中物质的量成正比，具有加合性。（2）强度性质(Intensiveproperty)函数：其数值与体系中物质的量无关，没有加合性。三、过程和途径processandpath过程：体系由一状态（始态）到另一状态（终态）的变化。途径：完成过程的具体步骤（经历）。(等)恒温过程(isothermalp

5、rocess)(等)恒压过程(isobaricprocess)(等)恒容过程(isometricprocess)绝热过程(adiabaticprocess)循环过程(cyclicprocess)过程与途径的关系np2T2V1np2T1V2np1T1V1恒容过程途径II始态终态恒温过程恒压过程途径Ⅰ四、热和功HeatandWork热：由于温度不同而在体系和环境之间传递的能量。符号Q，单位：J或kJQ不是状态函数；体系吸热：Q>0；体系放热：Q<0。功：除热以外，体系和环境之间传递的所有能量。符号W，单位：J或kJ。W不是状

6、态函数；体系对环境作功:W<0；环境对体系作功:W>0。微量的功或热用符号δW或δQ表示功的分类体积功（膨胀功）：体系反抗外压发生体积变化时而引起的体系与环境间传递的能量。非体积功（非膨胀功）：除体积功以外的功（电功、表面功、机械功）。p外V1p1V2p2=p外p外△lW=-F外△l=-p外A△l=-p外△V体积功的计算基本计算公式1mol理想气体从1.0L（100kPa）经下列不同的等温过程膨胀到10.0L（10kPa），分别计算体系对环境所做的功和其逆过程环境对体系所做的功。可得何结论？1、在真空环境中膨胀（p外=0

7、）2、一步恒压膨胀（p外=10kPa）3、两步恒外压膨胀（先p外1=50kPa膨胀到2.0L，再p外2=10kPa膨胀到10.0L）4、无穷多步恒外压膨胀（p外=p-dp膨胀到10.0L）例：1、在真空环境中膨胀（自由膨胀）解：W=-p△V=0100kPa，1.0L10kPa，10.0Lp外=02、一步恒压膨胀（压缩）膨胀：W=-10.0×(10.0－1.0)＝-90.0J100kPa，1.0L10kPa，10.0Lp外=10kPap外=100kPa压缩：W=-100.0×(1.0－10.0)＝900.0J3、两步恒外压

8、膨胀（压缩）膨胀：W=-p1△V1-p2△V2=-50.0×(2.0-1.0)-10×(10.0-2.0)=-130.0J100kPa1.0L50kPa2.0Lp外=50kPap外=100kPap外=10kPap外=50kPa10kPa10.0L压缩：W=p1*△V1*+p2*△V2*=-50×(2.0-10.0)-