第三章--化学原理-热力学.ppt

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1、第3章化学热力学基础BasistoChemicalThermodynamics3-1热力学简介3-2热力学基本概念3-3热力学第一定律与热化学3-4化学反应的方向3-5化学热化学的应用3-1、热力学简介（一）什么叫热力学热力学是研究宏观过程的能量变化，过程的方向与限度所遵循的规律（二）什么叫化学热力学应用热力学原理，研究化学反应过程及伴随这些过程的物理现象。例如研究化学反应的热效应、化学反应的方向与限度、化学平衡、溶液与相平衡、电化学与热力学、表面与表面化学热力学等（三）化学热力学解决的问题1.反应的方向(△rGmø﹤0?)指定条件下，正反应可否自发

2、进行2.反应的限度——正反应如果能进行，则反应　进行的限度？3.反应过程的能量转换——放热？吸热？（△rHm﹤0:放热;△rHm﹥0:吸热）4.反应机理——反应是如何进行的？5.反应速率——反应进行的快慢？化学热力学回答前3个问题，但不能回答后2个问题，后2个问题由化学动力学等回答(四）热力学研究方法特点1.研究系统的宏观性质即大量质点的平均行为，所得结论具有统计意义；不涉及个别质点的微观结构及个体行为不依据物质结构的知识2.不涉及时间概念无机化学课的化学热力学初步，着重应用热力学的一些结论，去解释一些无机化学现象；严格的理论推导、详细地学习化学热力

3、学，是物理化学课程的任务之一3-2热力学基本概念(一)系统和环境(systemandsurroundings)系统——即作为研究对象的物质体系环境——系统之外，与系统密切相关（物质交换和能量交换）所及的部分系统分类按系统与环境的关系（有无物质交换和/或能量交换）进行分类物质交换能量交换敞开体系有有(opensystem)封闭体系无有(closedsystem)孤立体系无无(isolatedsystem)例：热水置于敞口瓶中——“敞开体系”热水置于敞口瓶中加盖——“封闭体系”热水置于敞口瓶中加盖，再放入保温瓶中——近似“孤立体系”环境是除划定为研究系统

4、而外的整个物质世界,因而它的温度和压力可认为恒定不变环境温度-----298.15K环境压力-----标准大气层P=760mmHg=760torr=1atm=1.01325×105Pa热力学标准压力p°（五）状态和状态函数通常用系统的宏观可测性质（V、p、T、ρ密度……）等来描述体系的热力学状态1.状态（state）——指体系总的宏观性质例：气体的状态，可用宏观性质中p、V、T和n（物质的量）来描述。pV=nRT（理想气体状态方程）4个物理量中，只有3个是独立的2.状态函数（statefunctions）即确定体系热力学状态的物理量。如：p，V，T，

5、n，ρ（密度），U（热力学能或内能），H（焓），S（熵），G（自由能）等3状态函数的特征一个体系的某个状态函数的值改变，该体系的状态就改变了例：状态1状态2p=101.325kPa320kPa物理量=纯数量纲●殊途同归变化等例：始态T1298K→350KT2终态↓↑520K→410K（→途经1，→途经2）途经1和途经2：△T=T2-T1=350K–298K=52K状态函数的变化只取决于始态和终态，而与途经无关周而复始变化零始态、终态T1、T2298K←350K↓↑520K→410K△T=T2-T1=298K–298K=0K对于任意循环过程（始态与终

6、态相同），一个状态函数的变化均为零。一个物理量，若同时具备以上3个特征，它就是“状态函数”，否则就不是状态函数。4.过程与途径(1).过程（process）体系的状态发生了变化，就说发生了一个过程过程的分类：恒温过程、恒压过程、恒容过程、绝热过程、循环过程……(2).途径（path）发生过程所经历的具体步骤。可逆过程：是无限接近平衡态的过程。过程自发过程：是自然界自然而然发生的过程非自发过程：是不会自然发生的过程在一个封闭系统内若发生自发过程，系统必具有向环境做有用功的可能性。反之，若必须向一个封闭系统做有用功，系统内才会发生一个过程（非自发过程）5

7、.广度（容量）性质和强度性质状态函数强度性质：与物质的量无关不具加和性广度（容量）性质：与物质的量有关，具加和性例1:气体体积pV=nRT(理想气体,恒定T、p)22.4dm3O2(g)+44.8dm3O2(g)→67.2dm3O2(g)V1V2VTn1n2nTT1T2TTVT=∑Vi体积属广度性质,既具有加和性nT=∑ni物质的量也是广度性质但：T1=T2=TT温度是强度性质例2：密度ρ277K，1molH2O（l）密度ρ=1g·cm-3277K,5molH2O（l）密度ρ=1g·cm-3可见，ρ与物质的量无关，是强度性质小结：常见的状态函数广度性

8、质：V、n、U、H、S、G……（数学上是“一次齐函数”，《物理化学》）强度性质：p、T、ρ（密度）、电导率、