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无机及分析化学第2章-化学热力学基础1.ppt

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无机及分析化学第2章-化学热力学基础1.ppt
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第二章 化学热力学基础 Basic of Chemical Thermodynamics,,本章学习要求 1. 了解化学热力学基本概念,了解热力学能、焓、熵、自由能等状态函数的物理意义 2. 掌握热力学第一定律,第二定律的基本内容 3. 掌握化学反应热效应的各种计算方法,4. 掌握化学反应DrSmq、DrGmq的计算和过程自发性的判断方法 5. 掌握化学反应DrGmq与温度的关系式 Gibbs-Helmholtz方程, 及温度对反应自发性的影响,2.1 基本概念,热力学:研究物理的和化学的变化过 程中能量变化规律的科学称为热力学。,化学热力学:将热力学的基本原理用 来研究化学反应及与化学反应有关的物理 变化时,称为化学热力学。,热力学中不讨论物质的微观结构,也 不涉及变化速度的问题。,2.1 基本概念1 . 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)。,根据体系与环境之间的关系可将体系分为三类:物质交换 能量交换 敞开体系 √ √ open system 封闭体系  √ closed system 孤立体系   isolated system,open system,closed system,isolated system,同一研究对象可能用不同的方法划分为不同的体系,以水为体系: 敞开体系 以烧杯为体系: 封闭体系 以绝热箱为体系: 孤立体系,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。,2. 状态与状态函数 state & state function,体系的状态是体系各种性质的综合表现。 描述体系状态的物理量称为状态函数。 (1) 体系的状态确定,状态函数的数值随之确定; (2) 体系的状态发生变化时,状态函数也发生变化,其变化值只与体系的始态和终态有关,与变化途径无关; (3) 体系经过任何途径变化恢复到原来的状态,状态函数恢复原值,即变化值为零。,3. 广度性质与强度性质extensive properties & intensive properties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,4. 过程和途径 process & path 过程: 体系状态发生变化称为过程热力学变化中有各种不同的过程,如定温过程、定压过程、定容过程、绝热过程、循环过程、可逆过程、不可逆过程 途径: 某一过程中体系所经历的具 体变化步骤 某一过程中状态函数的变化值只取决于始态和终态,而与所经历的途径无关,5. 热和功 heat & work 热( Q ) --- 因温度不同而传递的能量,功( W ) --- 除热以外其它形式传递的能量功可分为 体积功 Wv(膨胀功 volume work)和非体积功 W ’(非膨胀功 nonvolume work)或有用功。定压下,体积功 Wv = -pDV,,热和功都不是状态函数,其数值与变化途径有关 热和功的符号:,,6. 热力学能thermodynamic energy热力学能也称为内能(internal energy)是体系内部各种形式能量的总和,它的绝对值无法测定热力学能是状态函数,用符号U 表示。,7. 热力学第一定律The first law of thermodynamics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,解: n = 460/46=10 molQ = – 43.510= –435kJW= – pΔV = –p(Vl –Vg) pVg= nRT= 10 8.31 351=29168J=29.2kJΔU = Q +W = –435+ 29.2 = – 405.8kJ,例 在351K、101kPa下,460g乙醇蒸气凝结为同温度的液体。已知乙醇的气化热为43.5kJ.mol-1,计算此过程的 Q 、W 、 ΔU。,2.2 热化学Thermochemistry,1. 化学反应热只做全积功不做其他功的化学反应体系,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)。,定容热QV 在定容条件下不做其它功时,定容热等于体系热力学能的变化值。 ΔU
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