第五章化学热力学基础.ppt

第五章化学热力学基础 第一页，共三十八页，2022年，8月28日 主要内容 1 热力学术语和基本概念 2 热化学 3 焓和焓变 4 熵和熵变 5 自由能——反应自发性的判据 第二页，共三十八页，2022年，8月28日 重难点: 教学方法：讲授法，归纳法 熵变、焓变、自由能、反应自发性判据 第三页，共三十八页，2022年，8月28日 5-1 化学热力学的研究对象 热力学是研究热和其他形式能量之间转化规律的科学。它不涉及到物质的微观结构，热力学的研究方法是宏观的方法，是以实验事实为基础，总结研究系统状态变化过程中的功能转化和热力学过程的方向性问题。 用热力学的原理和方法来研究化学过程及其伴随的能量变化就形成了化学热力学。 第四页，共三十八页，2022年，8月28日 5-2 基本概念 5-2-1、 体系和环境 体系 我们研究的对象，称为体系。 环境 体系以外的其它部分，称为环境。 例如，我们研究杯子中的水，则水是体系。 水 面上的空气，杯子皆为环境。当然，桌子，房屋，地球，太阳等也都是环境。但我们着眼于和体系密切相关的环境，即水面上的空气和杯子等。 第五页，共三十八页，2022年，8月28日 又如，若以 N2 和 O2 混合气体中的 O2 作为体系，则 N2 是环境，容器也是环境。 界面 体系和环境之间有时有明确的界面，如水和杯子；有时又无明确的界面，如 N2 和 O2 之间。此时，可以设计一个假想的界面，从分体积的概念出发，认为 VO 以内是体系，以外是环境。 宇宙 体系和环境放在一起，在热力学上称为宇宙。 第六页，共三十八页，2022年，8月28日 按照体系和环境之间的物质及能量的交换关系，可以将体系分为三类： 1） 敞开体系 既有能量交换，又有物质交换； 2） 封闭体系 有能量交换，无物质交换； 3） 孤立体系 既无物质交换，又无能量交换。 例如，一个敞着瓶口，盛满热水的瓶子。水为体系，则是一个 敞开体系。 若加上一个盖子，则成为封闭体系。 若将瓶子换成杜瓦瓶 ( 保温瓶 ) ，则变成孤立体系。 热力学上研究的，多是封闭体系。 第七页，共三十八页，2022年，8月28日 环境温度 环境压力 通常规定298.15K为环境 温度；以标准大气压为环境压力。 5-2-2、相 系统中物理状态、物理性质与化学性质完全均匀的部分 称为一个相（phase）。 如：系统里的气体，无论是纯气体还是混合气体，总是 1个相。系统中若只有一种液体，无论这种液体是纯物质 还是溶液，也总是一个相。 相是系统里物理性质完全均匀的的部分。 第八页，共三十八页，2022年，8月28日 5-2-3、热 ????? 系统与环境之间由于存在温度差而传递的能量称为热。????? 热力学中规定：系统吸热Q > 0；系统放热Q < 0。????? Q 不是状态函数，其值与具体的变化途径有关。 5-2-4、功 ??? 系统与环境之间以除热以外的其他形式而传递的能量称为功。 第九页，共三十八页，2022年，8月28日 环境对系统做功W > 0；系统对环境做功W < 0。W与Q 一样也不是状态函数，其值与具体的变化途径有关。????? 功分体积功和非体积功两大类。 1、体积功： 由于系统体积变化而与环境交换的功，称为体积功。例如：气缸中气体的膨胀或被压缩。 2、非体积功： 体积功以外的所有其他形式的功为非体积功， 如电功、表面功等。 第十页，共三十八页，2022年，8月28日 5-2-5、热力学能 在不考虑系统的整体与和势能的情况下，系统内所有微观粒子的全部能量之和称为系统的热力学能，又称为内能，记作U。?微观粒子的全部能量来自于微观粒子的运动与相互作用。这些运动与作用包括分子的平动、转动和振动，分子间的相互吸引与排斥，以及分子内原子间的相互作用，原子内核与电子的相互作用，核内基本粒子的相互作用等。当系统内部组成的物种的物质的量以及某些条件确定之后，即系统的状态一定时，系统内部的能量总和（热力学能）就有确定的值。所以，热力学能（U）是状态函数，其变化量ΔU与途径无关，其绝对值不可测定。 第十一页，共三十八页，2022年，8月28日 5-2-6、状态与状态函数 1、状态 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式，称为体系的状态。 2、状态函数 确定体系状态的物理量，