第二章化学热力学基础.ppt

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1、学习要求：第二章化学热力学基础1.了解U、H、S、G四个热力学函数的意义及相互关系。2.理解系统、环境、状态、状态函数、定容热、定压热等概念。3.理解热力学第一定律和盖斯定律，掌握有关的计算。5.掌握吉布斯一亥姆霍兹方程及其应用。4.掌握有关热力学函数的计算，根据热力学函数进行反应自发性的判断。热力学:是专门研究能量相互转变过程中所遵循法则的一门科学。化学工作者常面临以下几个问题：（1）某物质或混合物能否在一定条件下发生化学变化？（2）如果发生化学变化，伴随着该反应将有多少能量变化？（3）如果这个化学反应可以进行，在一定条件下达到的平衡状态如何？对于指定反应物，由

2、原料转化为产物的最大可能转化率有多大？（4）反应速率有多大？§2-1热力学基础知识一、体系与环境在热力学中，将研究的对象作为体系(system)，体系之外与体系有关的部分成为环境(surrounding)。按照体系和环境之间的物质及能量的交换关系，可以将体系分为三类：（1）敞开体系既有能量交换，又有物质交换；（2）封闭体系有能量交换，无物质交换；（3）孤立体系既无物质交换，又无能量交换。体系:敞开、封闭、孤立体系与环境的划分，是为了研究方便而人为确定的。体系与环境之间可能存在着界面，也可能没有实际的界面，但可以想象有一个界面将体系与环境分隔开。同一研究对象可能用不

3、同的方法划分为不同的体系以水为体系:以烧杯为体系:以绝热箱为体系:敞开体系封闭体系孤立体系二、状态和状态函数状态由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式，称为体系的状态。状态函数确定体系状态的物理量，称为状态函数。例如某理想气体体系n=2mol，p=1.013105Pa，V=44.8dm3，T=273K这就是一种状态。是由n、p、V、T所确定下来的体系的一种存在形式。因而n、p、V、T都是体系的状态函数。状态一定，则体系的状态函数一定。体系的一个或几个状态函数发生了变化，则体系的状态发生变化。状态与状态函数的关系：状态函数的改变量只取决于体系的

4、始态与终态,而与变化途径无关。状态函数的特性:例如，温度的改变量用T表示，则T=T终－T始3.广度性质与强度性质extensiveproperties&intensiveproperties广度性质：又称为容量性质具有加和性的性质是广度性质如体积、质量、熵等强度性质：不具有加和性的性质是强度性质如温度、压力、浓度等三、过程和途径过程体系的状态发生变化，从始态到终态，变化的经过称为过程.若体系在恒温条件下发生了状态变化，我们说体系的变化为“恒温过程”；同样理解“恒压过程”，“恒容过程”。若体系变化时与环境之间无热量交换，则称之为“绝热过程”。途径体系由始态到终态

5、,完成一个变化过程,经历的具体步骤称为途径。体系与环境之间由于存在温差而传递的能量.热不是状态函数体系吸热:Q>0体系放热:Q<0热（Q）四、热和功体系与环境之间除热之外以其它形式传递的能量.功不是状态函数.体系对环境做功，W<0环境对体系做功，W>0功(W)功可分为体积功Wv(膨胀功volumework)定压下,体积功Wv=-pΔV和非体积功W’(非膨胀功nonvolumework)或有用功。五、热力学能U热力学能是体系内部所有能量之和，包括分子原子的动能，势能，核能，电子的动能以及一些尚未研究的能量。热力学上用符号U表示热力学能（经常称为内能）。虽

6、然体系的内能尚不能求得，但是体系的状态一定时，内能是一个固定值。因此，热力学能U是体系的状态函数。体系的状态发生变化，始终态确定，则内能变化量U是一定值，U=U终－U始。理想气体是最简单的体系，可以认为理想气体的内能只是温度的函数。温度一定，则U一定，即T=0，则U=0。六、热力学第一定律Thefirstlawofthermodynamics能量守衡定律应用于热力学就是热力学第一定律,它有多种表述:“第一类永动机是不可能制成的”“体系和环境的总能量不变”热力学第一定律的数学表达式U=Q+W某体系由状态I变化到状态II，在这一过程中体系吸热Q，做功W，

7、体系的内能改变量用U表示，则有U=Q+W例1某过程中，体系吸热100J，对环境做功20J。求体系的内能改变量。解由第一定律表达式U=Q+W=100+（-20）=80(J)体系的内能增加了80J。体系内能的改变量等于体系从环境吸收的热量加上体系对环境所做的功。显然，热力学第一定律的实质是能量守恒。2.2热化学Thermochemistry化学反应热化学反应产物的温度与反应物的温度相同，且反应体系不作有用功时，体系吸收或放出的热量称为化学反应的热效应(反应热)。一、反应进度煤炭燃烧中的重要反应C+O2=CO2该反应是个放热反应，放热多少显然和反应掉多少煤炭有关

8、。消耗掉1