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材料化学曾兆华第四章课件化学热力学
目录
化学热力学基本概念
热力学在化学反应中的应用
热化学方程式及计算
相平衡与相图分析
化学平衡移动原理及影响因素探讨
热力学在材料科学中应用举例
01
化学热力学基本概念
Chapter
01
02
03
04
与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
孤立系统
与外界仅有能量交换而无物质交换的系统。
封闭系统
与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
开放系统
描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等。
热力学性质
描述系统状态的物理量，其值仅与系统状态有关，与路径无关。如内能、焓、熵等。
状态函数
描述系统状态变化过程的物理量，其值不仅与系统状态有关，还与路径有关。如热量、功等。
过程函数
能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式，且转化前后总量保持不变。
ΔU=Q+W，其中ΔU为系统内能变化量，Q为系统吸收或放出的热量，W为外界对系统做功或系统对外界做功。
热力学第一定律表达式
能量守恒定律
不可能从单一热源吸热并全部用来做功而不引起其他变化。
热力学第二定律表述
在孤立系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。熵是描述系统无序度的物理量，熵增加意味着系统无序度增加。
熵增原理
02
热力学在化学反应中的应用
Chapter
化学反应中吸收或放出的热量。
热效应定义
热化学方程式
反应热计算
表示化学反应中物质变化和热量变化的方程式。
通过实验测定或理论计算得到反应热。
03
02
01
化学反应的热效应只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
盖斯定律内容
利用盖斯定律可以计算一些难以直接测量的反应热。
盖斯定律应用
利用盖斯定律设计热化学循环，计算多步反应的总反应热。
热化学循环
化学反应方向
熵变与焓变
吉布斯自由能
化学平衡
01
02
03
04
化学反应自发进行的趋势。
影响化学反应方向的两个重要因素。
判断化学反应方向的综合判据。
化学反应达到最大限度的状态。
沉淀溶解平衡
溶度积常数
溶度积规则
同离子效应
难溶电解质在溶液中的沉淀与溶解达到动态平衡。
判断沉淀生成与溶解的规则。
表示难溶电解质在溶液中的溶解能力。
在难溶电解质的饱和溶液中加入含有相同离子的强电解质，使难溶电解质的溶解度降低的现象。
03
热化学方程式及计算
Chapter
标明反应物和生成物的聚集状态：气体(g)、液体(l)、固体(s)、溶液(aq)。
ΔH的符号和单位：放热反应ΔH为“-”或负值，吸热反应ΔH为“+”或正值，单位为kJ/mol。
热化学方程式中化学计量数只表示物质的量，因此可以用分数或小数。
方程式右端用ΔH标出反应热，ΔH与测定条件(温度、压强)有关，因此书写热化学方程式时应注明(T,P)。
在25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。
燃烧热测定原理
在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1mol水时的反应热叫做中和热。
中和热测定原理
通过量热计直接测定反应前后体系温度的变化，并换算成热量值。
测定方法
盖斯定律应用
01
不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。即化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关。
热化学方程式叠加计算
02
将已知的热化学方程式根据盖斯定律进行叠加，可以得到目标反应的热化学方程式和反应热。
实例分析
03
通过具体实例分析，掌握反应热的计算方法和技巧。
04
相平衡与相图分析
Chapter
在恒温恒压下，当多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时，称系统处于相平衡状态。此时，各相中的组元成分和物性参数均保持恒定。
相律是描述相平衡系统中相数、组元数和自由度之间关系的定律。对于给定的系统，可以根据相律确定其自由度的数目，进而确定需要控制的变量数目。
相平衡条件
相律应用
绘制步骤
首先确定系统的温度和压力范围，选择合适的坐标轴比例；然后标出纯组分的饱和蒸气压曲线和临界点；接着根据实验数据或计算结果，绘制不同组成下的气液平衡曲线；最后在相图上标出各特殊点和区域，如临界点、共沸点等。
注意事项
在绘制二组分系统气液平衡相图时，需要注意选择合适的坐标轴比例，以便清晰地展示实验数据或计算结果；同时，要确保数据的准确性和可靠性，避免误差对相图的影响。
解读步骤
首先确定三组分系统的组成和温度范围；然后观察相图中的各区域和界线，了解不同组成和温度下的相平衡状态；接着根据实验数据或计算结果，分析各区域的物性参数和变化规律；最后结合实际应用需求，对相图进行综合评价和应用。
注意事项
在解读三组分系统液固平衡相图时，需要注意观察和分析各区域和界线的特点和变化规律；同时，要结合实际应用需求对相图进行综合评价和应用；此外，还需要注意数据的准确性和可靠
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