大学化学热力学基础课件.ppt

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1、第三章化学热力学初步§3.1热力学第一定律§3.2热化学§3.3化学反应的方向热力学——专门研究能量相互转变过程所遵循的法则的一门科学（不需知道物质的内部结构，只须知道能量的变化）。化学热力学——用热力学的定律、原理、方法来研究化学过程以及伴随这些过程而发生的能量变化。解决化学反应中的三个问题：A某混合物能否在一定的条件下发生化学反应？（化学反应的方向）B如果发生化学反应，伴随该反应有多少能量变化？（化学反应中能量是如何转化）C如果化学反应能够进行，在一定条件下达到的平衡状态如何？转化率有多大？（反应进行的程度）§3.1热力学

2、第一定律3.1.1基本概念(1)体系和环境(2)状态和状态函数(3)过程和途径(4)体积功和非体积功(5)热力学能(1)体系和环境体系：热力学中被研究的对象。环境：体系外与其密切相关的部分。敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换。封闭体系：与环境无物质交换有能量交换。孤立体系：与环境无物质、能量交换。(2)状态和状态函数状态：体系的宏观性质的综合表现。状态函数：描述和确定状态性质的物理量。(p,V,T)特点：①状态一定,状态函数一定。②状态变化,状态函数也随之而变,且状态函数的变化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关。始态终

3、态（Ⅰ）（Ⅱ）始态——体系发生变化前的状态终态——体系发生变化后的状态例如，对于某理想气体处于标准状态时n=1molp=1.013×105PaV=22.4LT=273K其中n、p、V、T就是体系的状态函数.p1,V1,T1p2,V2,T2状态Ⅰ(始态)状态Ⅱ(终态)△p=p2－p1,△T=T2－T1,△V=V2－V1容量性质——具有加和性的体系性质。(与体系所含物质的数量成正比的性质。如n，V)强度性质——不具有加和性的体系性质。(与体系所含物质的数量成正比的性质。如p,T)过程——体系状态发生变化的经过。恒温过程：始态、终态

4、温度相等，并且过程中始终保持这个温度。T1=T2恒压过程：始态、终态压力相等，并且过程中始终保持这个压力。p1=p2恒容过程：始态、终态容积相等，并且过程中始终保持这个容积。V1=V2(3)过程和途径途径——体系状态变化过程中所采取的每一种具体方式。每一种状态变化可以有不同的途径。例如，某理想气体的状态变化可有以下不同的途径：P1=1×105PaV1=2×10-3m3P2=2×105PaV2=1×10-3m30.5×105Pa4×10-3m34×105Pa0.5×10-3m3减压减压加压加压始态终态无论哪一种途径△p=p2－p

5、1△V=V2－V1p=p终－p始V=V终－V始=2105－1105=1－2=1105(Pa)=－1（dm3）途径I0.5105Pa4dm32105Pa1dm31105Pa2dm3途径II4105Pa0.5dm3体积功：体系反抗外界压强发生体积变化时产生的功。非体积功：除体积功以外的其它功。如电功、机械功、表面功等。W=F·L=p外·S·L=p外△V=p外(V2－V1)P外V2L,△VV1S体积功(5)热力学能(即内能)热力学能(U)：体系内一切能量的总和。主要包括体系内各物质分子或原子的电子能(包括电子的动能

6、、电子间以及电子与核间的势能)，原子核之间的势能，以及振动能、转动能和平动能等。特点：A体系处于某一状态时内能的绝对值不能确定(内能所包含的所有项目尚不明确)，只能求出体系状态变化时内能的变量U；B只要体系的状态确定了，内能就确定了，内能变，状态亦变，内能是状态的函数。即U=f(状态)；CU只取决于体系变化的始态和终态，而与变化的途径无关；D内能是广度性质。△U=U2－U13.1.2热力学第一定律热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律：在任何过程中能量是不会自生自灭的，只能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一

7、个物体，在转化和传递过程中能量的总值不变。或“第一类永动机不可能制成”U=Q+W热和功体系与环境之间由于存在温差而传递的能量。1.热(Q)规定：体系吸热：Q>0；体系放热：Q<0体系对环境做功:W＜0环境对体系做功:W＞02.功(W)体系与环境间除热之外以其它形式传递的能量。热力学中分为体积功和非体积功(有用功)例：某过程中，体系吸热100J，对环境做功20J。求体系的内能改变量。解由第一定律表达式U=Q+W=100－20=80(J)体系的内能增加了80J。环境的内能改变量怎样求得？从环境考虑，吸热－100J，做功+20J

8、，所以U环=(－100)+20=－80(J)环境的内能减少了80J。内能是容量性质，有加和性。体系加环境为宇宙，故U宇宙=U体+U环=80+(－80)=0，能量守恒。先考察途径A，反抗外压p=1105Pa，一次膨胀，WA=pV=1105Pa(16－4)10－