第一章 1化学热力学基础.ppt

第一篇 化学热力学 1、定义：化学热力学是将“热力学”运用于化学领域而产生的一门研究化学反应过程中能量变化的科学。热力学—简单地说“是研究能量相互 转换规律的科学”。 2、化学热力学主要解决的问题： （1）利用热力学第一定律解决系统变化过程中的能量计算问题。重点解决化学反应的热效应问题。 （2）利用热力学第二定律解决系统变化过程中的可能性问题，即过程的性质问题。重点解决化学反应变化自发方向和限度的问题。 （3）利用热力学基本原理研究热力学平衡系统的热力学性质以及各种性质间相互关系的一般规律。 3、热力学采用宏观的研究方法：依据系统的初始，终了状态及过程进行的外部条件（均是可以测量的宏观物理量)对系统的变化规律进行研究。 第一章 热力学第一定律 §1.1 热力学基本概念 相与聚集态 系统中物理性质和化学性质完全均匀（指在分子水平上均匀混合的状态）的部分称为相(phase)。 相与聚集态是不同的概念， 固态可以是不同的相， 石墨与金刚石都是固态碳， 但它们是不同的相。 根据系统中包含相的 数目将系统分为： 单相系统（均相系统） 多相系统（非均相系统）。 热力学平衡态 (equilibrium state) 当系统的性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡： 热平衡 （系统内如果不存在绝热壁，则各处温度相等） 力学平衡 （系统内如果不存在刚性壁，各处压力相等） 相平衡 （多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变） 化学平衡 （反应体系中各物的数量不再随时间而改变。） 稳态或定态 我们把非平衡态中，虽然有宏观量的流，但系统中各点的宏观性质不随时间变化的状态叫做稳态或定态。 常见状态函数：v、m、n（摩尔数）、内能、焓、自由能等。 状态函数Z具有全微分的性质： 当系统状态发生微小变化时 dZ= dT + dp 状态1 (Z1，T1，p1) 状态2 (Z2，T2，p2) ： ΔZ =Z2 - Z1= = 0 注： 状态函数的改变值只取决于系统的初、终态而与变化所经历的细节无关。 反应进度 反应进度 反应进度的单位是摩尔，当反应进度改变值Δ =1 mol时，各物质物质的量的改变值分别等于相应物质的计量系数。此时，我们称该化学反应按指定的反应方程式发生了单位反应。 热力学过程性质的改变值（ΔZ） ① 聚集状态的变化（相变）：α→β , = Z (β) - Z (α) 例如 ② 化学反应过程：在”Δ” 后加下标”r”（也可用下标”f ”表示化合物由元素生成的反应；”c”表示燃烧反应等） 例如 ③ 发生单位反应时性质的改变记为m,。对化学反应： 体积功的计算 (1)自由膨胀过程  (2)恒外压过程 (3) 等压过程 (4)可逆过程或准静态过程 理想气体等温可逆过程 (5)等温等压化学反应（或相变） 对化学反应 0= 体积功 W = - pΔV 当化学反应中有气体参加时，如果将气体视作理想气体，同时忽略非气态物质对体积改变的贡献，那么对单位反应 W = - p [ ] = - RT 如对相变过程： l → g (Δξ=1 mol ) ，则 W = - RT 【例1-1】 已知一定量的理想气体初态为298.15K，10.0 ，终态温度298.15K，体积20.0 , 压力 。计算沿下面不同的等温途径时系统所作的体积功；① 系统向真空膨胀至终态；② 系统反抗恒外压 ，一步膨胀变化到终态。 解：① 向真空膨胀，因未反抗外压 =0， 故 W = 0。 ② 恒外压膨胀 = , 故 W = - ΔV = -100 .0 (20.0-10.