2.chapter—02—热力学基本概念.pptVIP

* 第二章 热力学第一定律 有关化学反应的问题： ?当两个或更多的物质放在一起，能否发生反应？ ?如果发生反应，能量将如何变化？ ?发生化学反应在一定条件下的平衡状态该如何描述？ ?发生化学反应的速率以及反应机理该如何描述？ ? 研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律 ? 变化过程的方向和限度 ? 阐明规定熵的数值 热力学第零定律 基 础 完整性 1. 热力学内容和任务 § 2.0 热力学内容和任务 — 热力学第一定律 —热力学第三定律 —热力学第二定律 用热力学中的最基本原理来研究化学现象以及和化学有关的物理现象 2. 化学热力学 ?研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。即只研究物质的宏观性质，不考虑微观性质和个别分子的行为。 1. 热力学方法特点： ? 只考虑变化前后的净结果(只须知道系统的始、终态)，不考虑物质的微观结构和反应机理。 ? 能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。即在热力学研究中无时间概念，即不管(反应)变化速率。 例：根据热力学计算，金刚石可自发地变成石墨，但这个过程需用多少时间？热力学中无法知道。 热力学方法和局限性 2. 局限性 不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。 1、系统和环境(system and surroundings) 系统：研究对象及其所处的空间 环境：系统以外并与系统有关的部分 极其所处的空间 注：1) 系统与环境是根据研究的需要来划分的－方便研究; 2) 系统与环境之间可以有真实的界面，也可以是虚拟的界面。 § 2.1 热力学基本概念 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类： （1）敞开系统(open system) 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 （2）封闭系统(closed system) 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。 （3）隔离系统(isolated system) 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为孤立系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。 2. 系统的性质 宏观可测性质：V、p、T、?等来描述系统所处的状态，这些性质又称为热力学变量(thermodynamic variable)。 状态：系统所有宏观性质(化学、物理性质)的综合表现。 性质分类 其数值与系统中物质的量成正比，且有加和性。 如：m, V, S, U等等 其数值取决于系统自身的特性，与系统中物质的数量无关，且不具有加和性。如：T，p，?，? 注意：1.p≠p1+p2 与分压定律的区别 2.两个容量性质相除得强度性质。 如：?＝m/V, Vm=V/n 指定了物质的量的容量性质即成为强度性质 ? 容量性质(或广度性质或广延性质)(extensive property)： ? 强度性质(intensive property)： 当一个系统的状态确定后，各种宏观性质也具有确定的值，热力学上将各种宏观性质称为状态函数. 如：T，p，?，V，m， U，H，S… 系统的状态函数仅取决于系统所处的状态，当系统的状态确定后，系统的状态函数就有确定的值；而当系统由某一状态变化到另一状态时，系统的状态函数的变化量只取决系统的始态和终态，而与变化的具体途径无关。 状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。 状态函数在数学上具有全微分的性质。 3. 状态函数(state function) 系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程。 对于一定量的单组分均匀系统，状态函数T, p, V 之间有一定量的联系。经验证明，其中只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为： T = f（p,V） p = f（T,V） V = f（p,T） 例如，理想气体的状态方程可表示为： pV=nRT 4. 状态方程(state equation) 对于多组分均相系统，系统的状态还与组成有关： 对于非均相(或多相)系统，每一相都有自己的状态方程。 5. 热力学标准态 压力为100 kPa(称为“py”)、温度为T的状态规定为标准态。 如： 298K，1mol 该物质在py下所具有的体积 纯理想气体的标准态 理想混合气体的标准态 纯实际气体的标准态 指多种气体的分压力均为标准压力py的状态 指标准压力为py下表现出理想气体特性的假想状态 指该气体处于标准压力py下的状态 6. 热力学平衡(