第五章 化学热力学基础.ppt

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1、第五章化学热力学基础5-1化学热力学的研究对象5-2基本概念5-3化学热力学的四个重要状态函数5-4化学热力学的应用5-1化学热力学的研究对象热力学是研究提高热机效率的实践中发展起来的。是专门研究能量相互转变过程中所遵循的法则的一门科学。即不需知道物质的内部结构，只以能量观点出发便可得到一系列规律的一门科学。把热力学的定律，方法，原理用来研究化学过程以及伴随这些化学过程而发生的物理变化，就形成了化学热力学，即用热力学的理论和方法研究化学。在化学上经常碰到的问题是：一、两种或多种物质放在一起能否发生化学变化？二、如果发生了化学变化，将引起的能量的变化如何？三、反

2、应进行的程度如何？四、反应速度快慢。化学热力学解决前三个问题，不涉及第四个问题。5-2基本概念一、体系（system）和环境（surrounding）为了明确研究对象，指定所讨论的对象（物质或空间）与其余的物质与空间分开，所以热力学中称研究的对象为体系，称体系以外的其他部分为环境。例如：NaOH与HCl在烧杯中进行中和反应，体系就是NaOH与HCl溶液环境是溶液以外的一切东西。如烧杯、溶液上方的空气等。又如，某容器中充满空气，我们要研究其中的氧气，则O2是体系，其他如N2、CO2、H2O等均为环境、容器也是环境。但我们所说的环境经常指那些和体系之间有密切关系的

3、部分。5-2基本概念从此例中可以看到，体系和环境之间有时有实际的界面，如溶液和液面之上的空气之间，水和盛水的杯子之间就是这样；有时两者之间又没有实际的界面，如O2和N2混合气中作为研究体系的O2和作为环境的N2之间就属于这种情况。为了研究问题方便，可以设计一个假想的界面，如从分体积的概念出发，认为VO2以内是体系，外面则是环境，于是相当于有了体系与环境的界面。热力学上的体系必定是宏量级的，体系与环境是人为划分出来的，实际上是分不开的。体系与环境合起来，在热力学上称为宇宙。根据体系与环境的关系，通常将体系分为三类：敞开体系(opensystem)：体系与环境之间

4、既有能量交换又有物质交换；封闭体系(closedsystem)：体系与环境之间有能量交换没有物质交换；孤立体系(isolatedsystem)：体系与环境之间既无能量交换，又无物质交换。5-2基本概念实际上真正的孤立体系是不存在的，例如地心引力，但影响很小，可以忽略。可以认为，孤立体系是一门科学的抽象，一极限，同理想气体一样。后面主要讨论封闭体系。例：一个水杯中盛满热水，除有能量交换外，还有H2O（l）→H2O（g）；∴为敞开体系;水杯加盖，只有能量交换,∴为封闭体系;水杯换为保温杯，能量、物质都无交换；∴为孤立体系。敞开体系封闭体系孤立体系5-2基本概念二、

5、物质的量及单位（mol）定义：①1摩尔的一系统物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳—12的原子数目相等；②在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。①物质的量，这四个字是一个概念，不能把它分开，是表示组成物质的基本单元数目多少倍，则该系统中“物质的量”就是多少mol。②以Avogdro数为计数单位，较新测定的值为：NA=6.0220943×1023精确度1×10-6③定义的第二条的说明特别注意基本单元应予指明，为自然存在的个体微粒，要表明何种粒子。④特定组合：例HAc、(HAc)2、一个方

6、程式⑤可以加词冠：kmol、Mmol、mmol注意：5-2基本概念三、浓度①物质的量浓度（又叫体积摩尔浓度）cB=nB/V②质量摩尔浓度mB=nB/wA③质量分数④溶解度⑤摩尔分数：某组分气体的“物质的量”与混合气体的总“物质的量”之比，称为该组分气体的“物质的量分数”（又叫摩尔分数）。如n总＝nO2＋nN2＋n其它则：nO2／n总为氧气在混合气体中的摩尔分数nN2／n总为氮气在混合气体中的摩尔分数，一般用xi表示。5-2基本概念广度性质（广度量）：具有加和性强度性质（强度量）：没有加和性5-2基本概念四、气体气体的基本特征是：扩散性　　　压缩性4.1理想气体

7、定律　　即pV=nRT这个方程称理想气体定律（Idealgaslaw）或理想气体方程式，也称Clapeyron方程。这个方程以形式简单，变量多，适应范围广而著称，中学时就已熟悉。但在人类认识自然规律的长河中，这是经历了两个多世纪许多科学家的认真观察总结才取得的成果。这个涉及4个变量的方程式是汇总了若干只涉及2个变量的实验定律构成的（实际为四个定律的组合）。5-2基本概念1．n.T不变pV＝K1或P＝K1V或Vα即Boylelaw：当温度不变，一定量气体的体积与压力成反比2．p．n不变V＝K2T即查理盖吕萨克定律：在保持压力不变的条件下，一定量气体和体积与热力学

8、温度成正比。3．n.V不变p＝K3TC