第五章节化学热力学幻灯片.pptVIP

第五章 化学热力学基础 5.1 化学热力学的研究对象 5.1.1 什么是化学热力学？ 用热力学的定律、原理和方法研究化学过程的能量变化、过程的方向与限度。 5.1.2 化学热力学解决的问题 (1) 预测反应进行的方向 (2) 反应进行的能量变化 (3) 反应进行的限度---化学平衡 5.1.3 学习或运用化学热力学应注意的几个问题 (1) 不依赖物质结构的知识 (2) 基本函数抽象 (3) 谈的是可能性问题 (4) 不能解决反应数率和反应机理问题 5.2 基本概念 5.2.1 系统和环境 系统是被人为地划定的作为研究对象的物质(又叫体系或物系)。除系统外的 物质世界就是环境。 孤立系统：与环境既无物质交换又无能量交换。 开放系统：与环境既有物质交换又有能量交换。 封闭系统：与环境无物质交换而有能量交换。 5.2.2 物质的量 摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与 0.012kg 碳-12 的原子数目相等。SI 制单位符号是：mol 表示物质的量时,应先指明基本单元。物质的基本单元可以是各种任意指定的微粒如:原子、分子、离子或特定组合。 摩尔反应的含义: 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) Δr Hm°(298) = -483.6kJ?mol-1 5.2.5 相 系统中物理性质和化学性质完全均匀的部分。存在光学界面。 相可分为均相系统 (或单相系统)，非均相系统(或多相系统)。 5.2.6 体系的性质 广度性质：有加合性。m, V 强度性质：无加合性。T, P, ○C 5.2.7 状态、过程与途径 状态：当系统的温度、压力、体积、物态物质的量、相、各种能量等物理量一定时，系统就处于一个状态。 过程：系统从一个状态（始态）变成另一个状态（终态）。 途径：系统状态变化所经历的具体步骤。 .2.8 热力学标准态 当系统中各种气态物质的分压均为标准压力p?=100kPa, 溶液中各物质的浓度 均为 1mol?L-1 时，这个热力学系统处于热力学标态。 注意：热力学标态没有对温度有限定，所以它不同于环境状态（298 K，101325 Pa），也不同于理想气体标准状态（273 K, 101325 Pa）。 5.2.9 状态函数 定义：由物质系统的状态决定的物理量。 5.2.10 热和功 热是系统与环境之间的温度差异引起的能量传递形式。热不是物质，不是系统的性质，是大量物质微粒作无序运动引起的能量传递形式。 功是除热而外的所有其他能量传递形式.可分为体积功(对等压膨胀W=F ?L = pS ?L =p ?V）和其他功（有用功，如对化学反应：W = - nFE)。 单位： J, kJ 特点：不是状态函数 正负号规定：对系统的均取正 5.3 热力学第一定律和热化学 5.3.1 热力学第一定律 热力学能(U)： 系统内各种形式能量之和，也称内能。 U是状态函数（ ? U = U 2 - U 1） ，广度性质，不能测定其绝对值。 对于封闭系统： Q U1 U2 W U2 = U1 + Q + W U2 - U1 = Q + W ? U = Q + W 5.3.2 焓(H) 对封闭系统，在变化中是等压过程，只做体积功： Q=Qp, W= -p ?V ΔU=Qp-p Δv U2-U1=Qp-(P2V2-P1V1) Qp=(U2+P2V2)-(U1+P1V1) 定义： H = U + PV (2) H的特点：状态函数（ ?H = H2 - H1） ，广度性质,不能测定其绝对值。 (3) 等压热效应 Qp = ?H 等容热效应 Qv = ?U (4) ?H 在化学反应中有重要意义 吸热反应?H 0，放热反应?H 0 5.3.3 热化学 含义：把热力学第一定律具体应用到化学反应上，讨论和计算化学反应的能量变化问题的学科。 反应热（化学反应的热效应）：在等压或恒容而且不做其它有用功的 条件下，当一个化学反应发生后若使生成物的温度回到反应物的起始温度，这时体系吸收或放出的热量称为化学反应的热效应。 反应热由实验测定：恒压热效应 QP = ?H