第3章--化学热力学基础.ppt

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1、第3章化学热力学基础3－1热力学第一定律3－1－1热力学的基本概念和常用术语热力学中，称我们要研究的任何一部分真实世界为系统(旧称体系)。1系统和环境未选为系统部分的一切事物为环境。HCl＋NaOH桌子研究对象系统环境Matter(H2O)Heatflow系统和环境Heatflow敞开体系封闭体系孤立体系根据体系与环境之间物质与能量的交换孤立体系封闭体系敞开体系能量×√√物质××√热力学中，我们主要研究封闭体系。2状态与状态函数状态：热力学平衡态，是体系物理、化学性质的综合表现。状态函数：用来说明、确定系统所处状态的宏观物理量。

2、如n、T、V、p……，是与系统的状态相联系的物理量。状态函数的特性①定值性——状态确定，状态函数确定。系统的变化，用状态函数的改变来描述。②状态函数的改变，只与过程有关，而与途径无关。在计算有关状态函数变化的问题时，只需明确系统的始态和终态即可，而不需考虑具体的变化途径。③同一体系，状态函数之间相关。状态函数的分类(1)容量性质:即广度性质，如V，m，U，H等，具有加和性。(2)强度性质：如T，p，c，ρ等，不具有加和性。3过程和途径在一定的环境下，体系状态发生变化的经过称为过程，而把完成这个过程的具体步骤称为途径。n(H2)＝1

3、molT＝100Kp＝100kPan(H2)＝1molT＝200Kp＝100kPan(H2)＝1molT＝200Kp＝300kPan(H2)＝1molT＝100Kp＝300kPa1432等温过程定压过程定压过程等温过程4热力学的标准状态(1)气体物质的标准状态，是气体在指定温度T，压力p＝p的状态，p＝100kPa;(2)纯固体和液体的标准状态，分别是在指定温度T，压力p＝p时纯固体和纯液体的状态；(3)溶液中溶质B的标准状态，是在指定温度T，压力p＝p，质量摩尔浓度b＝b时溶质的状态，b＝1mol·kg－1。5功和热

4、系统状态变化时与环境间的能量交换的三种形式：(1)热(heat)(2)功(work)(3)辐射(radiation)热力学中，只研究系统在过程中与环境以热和功两种形式交换的能量。热①由于温度差引起的能量从环境到系统的流动②热交换过程中，体系发生化学变化或相变。(变化过程中，温度不变)热用符号Q表示，SI单位为J。规定：若系统吸热，Q>0系统放热，Q<0功是由于压力差或其他机电“力”引起的能量从环境到系统的流动。功用符号W表示，功的SI单位为J。规定：若系统对环境作功，W>0；环境对系统作功，W<0。功①体积功是系统体积变化时所作的

5、功。②其他各种形式的功统称为非体积功，如电功、系统表面积变化时所作的表面功等。计算理想气体在定压膨胀过程中所作的体积功定压过程：环境压力(外压)保持不变的条件下，系统始态、终态压力相同且等于环境压力的过程：p1＝p2＝pe＝常数W＝peSl＝peV＝pVF＝peS体积功示意图①　热和功是与过程相联系的物理量，系统不发生变化，就没有热或功，故热和功均不是状态函数。②　在处理热和功的问题时，不仅要考虑过程，还必须考虑途径。热和功均不是状态函数一定量的理想气体，从压强p1＝16×105Pa，体积V1＝1×10－3m3经过两个途径分

6、别恒温膨胀至压强p2＝1×105Pa，体积V2＝16×10－3m3的状态。p1＝16V1＝1p1＝1V＝16p外＝1p1＝16V1＝1p1＝8V＝2P外＝8p1＝1V＝16p外＝1p16V16Vp始终态相同，经过两个不同途径做的功不相等。3－1－2热力学第一定律对于一与环境没有物质交换的系统(封闭系统)，若环境对其作功W、系统从环境吸收热量Q，则系统的能量必有增加，根据能量守恒原理，增加的这部分能量等于W与Q之和：ΔU＝Q－W①　定义U为系统的热力学能(内能)，其SI单位为J②热力学能是系统的状态函数③　系统热力学能的绝对值无法测

7、量，可测量的只是ΔUΔU＝Q－W系统经由不同途径发生同一变化时，不同途径中的功或热不一定相同，但功和热的代数和却只与过程有关，与途径无关。例3－1某过程中，体系从环境吸收热量1000J，对环境做体积功300J。求过程中体系热力学能的改变量和环境热力学能的改变量。解：体系的热力学能的变化ΔU＝Q－W＝1000J－300J＝700J把环境作为研究对象Q’＝－1000J,W’＝－300J环境热力学能改变量为ΔU’＝Q’－W’＝－700J3－2热化学主要解决过程的能量效应问题，计算过程的功和反应热。ΔU＝Q＋W’＋W体＝Q＋W体①在计算应

8、用过程中，不考虑非体积功。即：W’＝0②化学反应发生后，T始＝T终定容热QV若系统在变化过程中保持体积恒定，此时的热称为定容热。△V＝0W体＝P·△V＝0QV＝ΔU－W体＝ΔU3－2－1化学反应的热效应1恒容反应热①在定容且不做非体积功的过程中，定