化学与环境 第一章 化学基本原理.pptVIP

化学与环境 化学平衡原理 2 水溶液中的离子平衡 3 化学热力学基础 1 第一章 化学基本原理 配位平衡 4 沉淀溶解平衡 5 1.1 化学热力学基础 一、化学反应的热效应 （一）热力学的一些基本概念 1.系统与环境 系统就是所研究的对象，在化学中就是所研究的物质和空间。系统之外并与系统有密切联系的其他物质和空间称为环境。系统和环境的范围是人为划定的，目的是便于研究。 如果环境与系统之间既有物质交换又有能量交换，则该系统称为敞开系统（opensystem）；环境与系统之间只有能量交换而没有物质交换，则该系统称为封闭系（closedsystem）；环境与系统之间既无物质交换又无能量交换，则该系统称为孤立系统（isolatedsystem）。 1.1 化学热力学基础 2.单相系统与多相系统 系统中物理性质和化学性质完全相同的任何均匀部分，而且同其他部分有一定的界面分隔开来的，叫作一个相。系统按照其相的组成可以分为单相系统和多相系统。单（均）相系统：只有一个相，比如氯化钠水溶液。溶液都是单相系统。单相系统不一定只有一种物质。多（非均）相系统：有两个或更多个相。 3.状态与状态函数 热力学状态不是指物质的聚集状态，而是指系统的物理性质和化学性质的总和。当这些性质都有确定的值时，就说系统处于一定的状态，即热力学状态。 1.1 化学热力学基础 4.过程 系统只要有一个性质在随时间而发生变化，就叫做发生着过程。 5.途径 状态变化所经历的具体步骤称为途径。 6.内能 内能是系统内部能量的总和，是系统本身的性质，所以仅决定于状态，在一定状态下，有一定的值，换言之，内能是状态函数。 （二）反应热效应的理论计算 1.能量守恒定律 照能量守恒定律，这个系统应该遵守如下关系： 1.1 化学热力学基础 化学热力学规定，系统从环境吸收热量，q为正值；系统向环境放热，q为负值；环境对系统作功，W为正值；系统对环境作功，W为负值。 1.1 化学热力学基础 2.化学反应的热效应 功的形式有多种，这里讨论只作体积功W′（即系统对环境作功）的情况。若在等容条件下，由于反应或过程中系统体积不变，即ΔV=0，也就是说，系统与环境之间未产生体积功，即W′=0。而此时的反应热效应为等容热效应，即q=qV，则式(1-1)变为 反应中系统内能的变化（ΔU）在数值上等于等容热效应qV。 1.1 化学热力学基础 2.化学反应的热效应 若在等压条件下（例如在大气压力下敞口容器中进行的反应），不少涉及气体的化学反应会发生很大的体积变化（从V1变到V2），因此可认为反应系统与环境之间产生了体积功W′，而此时的反应热效应可认为是等压热效应qp，则式(1-1)变为 H称为系统的焓（enthalpy）。ΔH称为反应或过程中系统焓的变化，简称（反应的）焓变。 1.1 化学热力学基础 3.标准摩尔生成焓 H与U相似，物质的焓绝对值难以确定，而实际应用中，人们关心的是反应或过程中系统的焓变ΔH，为此人们采用了相对值的办法，即规定了物质的相对焓值。化合物的标准摩尔生成焓是很重要的基础数据，可以计算化学反应的热效应。可从手册中查出。 1.1 化学热力学基础 4.反应的标准摩尔焓变 对于某一反应 在298.15K时，反应的标准焓变： 1.1 化学热力学基础 二、化学反应的方向和限度 （一）熵与熵变 1.熵的概念 熵的概念熵（entropy）是系统内部质点混乱程度或无序程度的量度，以“S”表示。任何系统或过程都是自发地向着混乱度增大的方向进行，系统的混乱度增加，熵值增大。系统倾向于取得最大的混乱度。熵值大小实质上代表系统的混乱度大小。热力学规定：在热力学零度时，任何纯净的完整晶态物质的熵等于零，即S(0K)=0。 1.1 化学热力学基础 2.反应的标准摩尔熵变 反应的标准摩尔熵变，以 表示，简写成标准熵变，以 表示。反应的标准熵变可由反应物与生成物的标准熵进行计算，设反应 1.1 化学热力学基础 （二）吉布斯函数与吉布斯函数变 1.吉布斯函数 G称为吉布斯函数或吉布斯自由能。 G是状态函数，因此当系统状态发生变化时，吉布斯函数的变化值ΔG只与系统的始、终态有关，与变化的途径无关。设系统由状态1变到状态2，则 1.1 化学热力学基础 若系统是恒温过程，即T2=T1=T，则 上式称为吉布斯公式。ΔG表示反应或过程的吉布斯函数的变化，简称吉布斯函数变（Gibbsfunctionchange）。 1.1 化学热力学基础 2.标准摩尔生成吉布斯函数和反应的摩尔吉布斯函数变 化学热力学规定，反应在298.15K，100kPa下进行时的吉布斯函数变，称为