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大学化学化学热力学基础
热力学基本概念与定律
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
非理想气体状态方程及混合气体性质研究
contents
目
录
01
热力学基本概念与定律
1
2
3
与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
孤立系统
与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
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
状态函数
描述系统状态的物理量，如内能、焓、熵等。状态函数的变化只与系统的始末状态有关，与过程无关。
过程函数
描述系统变化过程的物理量，如热、功等。过程函数的变化与具体的路径有关。
VS
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第一定律表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统与外界交换的热量，W为外界对系统所做的功。
能量守恒定律
不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。
热力学第二定律的表述
阐明了与热现象有关的宏观自然过程的方向性、不可逆性和有限性。
热力学第二定律的实质
02
热力学在化学反应中的应用
化学反应在恒压或恒容条件下吸收或放出的热量。
反应热
表示化学反应中物质变化和热效应的化学方程式。
热化学方程式
通过实验测定得到的各种热力学数据，如反应热、燃烧热、中和热等。
热力学数据
盖斯定律
化学反应的热效应只与始态和终态有关，与反应途径无关。
盖斯定律的应用
计算难以直接测定的反应热，比较不同反应途径的热效应，判断反应是否自发进行等。
热化学循环
利用盖斯定律构造的热化学循环，可以计算复杂反应的热效应。
根据热力学第二定律，自发反应总是向着体系自由能降低的方向进行。
化学反应的限度
在一定条件下，可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各组分浓度不再改变。此时，反应物和生成物的浓度比称为平衡常数，它反映了化学反应进行的程度。
平衡常数的应用
判断反应进行的程度，预测反应结果，指导实际生产等。
化学反应的方向
03
热化学方程式及计算
方程式必须标明物质聚集状态：气(g)、液(l)、固(s)、溶液(aq)。
反应物和生成物化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数。
热化学方程式中不用箭头，而用等号连接。
方程式左右两边能量相等。
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。单位为kJ/mol。
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参加反应的反应物和生成物的总能量变化。
测定方法
利用盖斯定律计算反应热；利用热化学方程式计算反应热；利用键能计算反应热。
例如，计算氢气在氧气中燃烧生成水的反应热，可以通过查找氢气和氧气的燃烧热数据，然后利用盖斯定律进行计算。或者通过查找氢气和氧气反应生成水的热化学方程式，直接进行计算。
计算技巧
实例分析
04
相平衡与相图分析
相平衡条件
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均保持恒定，且各相间的宏观物质交换达到动态平衡。
相律应用
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。对于简单系统，相律可表示为F=C-P+2，其中F为自由度，C为组元数，P为相数。利用相律可以判断系统可能存在的相数及自由度，进而分析系统的相平衡状态。
二组分系统相图类型
根据二组分混合物在不同温度和压力下的相平衡状态，可以绘制出不同类型的二组分系统相图，如液-固相图、液-液相图、固-固相图等。
二组分系统相图特点
二组分系统相图能够直观地反映混合物在不同条件下的相平衡关系，如溶解度、共晶点、共沸点等。通过分析二组分系统相图，可以了解混合物的分离提纯方法、物质性质变化规律以及预测新物质的生成等。
三组分系统相图概念
三组分系统是指由三种不同组元构成的混合物系统。三组分系统相图用于描述三组分混合物在不同条件下的相平衡关系。
三组分系统相图表示方法
三组分系统相图通常采用等边三角形或直角三角形表示，三角形的三个顶点分别代表三种纯组元，三角形内部的点表示不同组元的混合物。通过绘制等温线、等压线以及不同物系的区域界线，可以表示出混合物在不同条件下的相平衡状态。
三组分系统相图应用
三组分系统相图在化学工程、材料科学等领域具有广泛应用。例如，在合金制备过程中，可以利用三组分系统相图预测合金的组成和性能；在药物研发中，可以通过分析药物与辅料的相容性，选择合适的药物配方。
05
化学平衡移动原
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