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第5章 化学热力学基础 Chemical Thermodynamics §5.1 基本概念和术语 §5.1.1 体系和环境 体系：研究的对象。 环境：体系以外并且与体系密切相关的部分。 热力学体系分类： §5.1 基本概念和术语 二、 状态、状态函数和过程 1. 状态： 即体系的存在形式，或体系的样子。体系的状态是体系全部性质（物理性质和化学性质）的综合体现。 2. 状态函数： 要知道体系处于什么状态，就需要用一些宏观物理量如体积V、温度T、压力p、质量m、物质的量n 等对体系的状态进行描述和规定。这些宏观物理量称为体系的状态函数，又称为状态性质。这些性质都是宏观的物理量。 当这些函数都具有确定的量值而且不随时间而变化时，体系就处在一定的状态。 §5.1 基本概念和术语 §5.1 基本概念和术语 3. 过程 体系从一种状态变化到另一种状态的经历称为过程。 始态 过程的起始状态。终态 过程的终止状态。 （1）等温过程(恒温过程） :△T = 0 T始态=T终态=T环境 T环境在过程中恒定不变 （2）等压过程: △p = 0 p始态=p终态=p环境 p环境在过程中恒定不变 （3）等容过程:△V = 0 V始态=V终态 V在过程中恒定不变 §5.1 基本概念和术语 §5.1 基本概念和术语 状态函数的特性： 体系的状态一定，状态函数的量值就一定。 体系的状态改变，状态函数的量值可能改变，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，而与变化过程无关。 △T＝T2 － T1 §5.1 基本概念和术语 热和功是体系在发生某一过程时与环境之间交换能量的两种不同形式。 §5.1.3 热与功 热(Q)：体系和环境之间由于温度差而交换的能量形式。 功(W)：体系和环境之间除了热以外的一切能量交换形式。 §5.1 基本概念和术语 3. 热力学规定： 体系向环境放热，Q 0 ； 体系从环境吸热，Q 0 ； 体系对环境作功，W 0 ； 体系从环境得功，W 0 (环境对体系作功) 要点：使体系能量升高为正 §5.1 基本概念和术语 4. 体积功和非体积功 W总 = W体 + W’ W体 ：体积功或膨胀功，W’ ：非体积功 §5.1 基本概念和术语 §5.1 基本概念和术语 2. 反应进度： 化学反应 d D + e E = g G + h H 反应过程中，从反应开始到某一时刻，各物质的变化量ΔnB 之间的关系为 §5.1 基本概念和术语 例5-1 10.0molH2和5.0molN2在合成塔中混合后经过一定时间，反应生成2.0molNH3，反应式可写成如下两种形式： (1) N2 + 3H2 = 2NH3 (2) 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3 分别按(1)和(2)两种方程式求算此反应的? 。 §5.1 基本概念和术语 解： 反应在不同时刻各物质的量（mol）为： n(N2) n(H2) n(NH3) t=0 ξ= 0 时 5.0 10.0 0 t=t ξ=ξ时 4.0 7.0 2.0 按方程式(1) N2 + 3H2 = 2NH3求ξ： §5.1 基本概念和术语 按方程式(2) 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3求ξ： §5.1 基本概念和术语 结论： 对于同一反 应方程式，? 的值与选择何种物质来求算无关。 反应式写法不同，或者说化学反应的基本单元定义不同，反应进度也不同。 注意： 计算? 时必须写出具体的反应方程式。 §5.2 化学反应热 §5.2.1 热力学能和焓 1. 热力学能： （内能U） 体系内部能量的总和。包括：平动能；振动能；转动能； 势能；核能等。单位是J或kJ 特点： 内能是状态函数：状态一定， U一定。 因微观粒子运动复杂性，内能的绝对值无法确定。 体系从状态1变化到状态2的热力学能的变化量 ΔU = U 2 － U 1 ΔU 称为热力学能变，很容易测定。 §5.2 化学反应热 §5.2.1 热力学能和焓 2. 焓 定义 H = U + pV H称作焓，单位J、kJ。焓H是由几个状态函数组合而成的，因此焓H也是一个状态函数。 焓的绝对值也无法测定。体系从状态1变化到状