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第六章 化学热力学基础 化学热力学的定义 问题：出口气体中含有22％～28％CO？ 以前认为是CO与铁矿石接触时间不够。 解决办法：加高炉身、升高炉温。 结果：出口气体中CO含量并未明显减少。 热力学计算表明，此反应不能进行到底。反应有限度，放出的炉气中含一定量CO不可避免! 方向： 第一节 热力学系统和状态函数 过程的分类 等温过程 (isothermal process) : △T = 0 等压过程 (isobaric process) : △p = 0 等容过程 (isovolumic process) : △V = 0 循环过程 (cyclic process) : 体系中任何状态函数的 改变值均 = 0 绝热过程 (adiabatic process): Q = 0 解： 小 结 1、掌握和理解系统和环境的定义； 小 结 2、掌握和理解状态函数的定义和性质 3、掌握和理解过程和途径的定义和区别 4、掌握功和热的定义 5、掌握可逆过程和最大功 孤立体系 封闭体系 开放体系 体系 × × √ 与环境之间的 物质交换 × √ √ 与环境之间的 能量交换 热力学是研究能量及其转化规律的科学。 将热力学的原理和方法研究化学反应中物质变化和能量变化规律，就称为化学热力学。 化学反应 能否发生（反应方向） 能量转换（热效应） 反应限度（化学平衡） 反应速率 反应机理 化学热力学 化学动力学 反应的可能性 反应的现实性 化学热力学在生产实践和科学研究中都具有重大的指导作用。 意义: 二、化学热力学研究的内容 目前的反应条件：高温、高压。 根据热力学计算，该反应可以在常温、常压下进行。 解决办法：研究有效的催化剂及最佳途径。 N2 (g)+ 3H2 (g) = NH3 (g) 高炉炼铁 Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+CO2(g) 天然金刚石成因: 地壳内部（30-40m深处），相当于1.51×109P 以上，这是能形成天然金刚石矿的自然条件，高温下发生C石墨→C金刚石. 当地壳运动如火山爆发处于表面（电视剧《钻石王朝》）. 第一节 热力学的一些基本概念和术语 系统（System）－被划定的研究对象称为系统（体系） 环境（surroundings）－系统外与其密切相关的部分称为环境。 一、系统与环境 根据系统与环境之间物质和能量的交换情况的不同，把系统分为三类： （1）敞开系统 (open system) （2）封闭系统 (closed system) （3）孤立系统 (isolated system) （1）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 （2）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。 （3）孤立系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。 热力学上有时把系统和环境加在一起的总体看成是孤立系统。 一、系统与环境 （1）状态 状态——系统的全部性质（物理性质和化学性质）的综合体现，这些性质都是宏观的物理量。 系统的性质是彼此相互关联的，只要用系统的几个独立的性质就能完全描述系统的状态。 二、状态与状态函数 当系统的诸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： （1）热平衡（thermal equilibrium） 系统各部分温度相等。 （2）力学平衡（mechanical equilibrium） 系统各部的压力都相等，边界不再移动。 （3）相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。 （4）化学平衡（chemical equilibrium ） 反应系统中各物的数量不再随时间而改变。 （2）状态函数 ——描述系统状态的物理量 。系统的全部性质都是系统的状态函数。如：气体体系: p ,V , n , T… 二、状态与状态函数 二、状态与状态函数 状态函数的特点： （1）系统的状态一定，状态函数的值就一定。 （2）系统的状态改变，状态函数的值可能改变，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，而与变化过程无关。 △U＝U2 － U1 （3）状态函数的微小变化，在数学上是全微分。 （4）不同状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。 H＝U＋ pV 广度性质（extensive properties） 性质的数值与系统的物质的数量成正比，如V、m、熵等。这种性质