第3章 化学热力学基础（课件）- 《无机化学》同步教学（吉林大学版）

第 3 章 化学热力学基础 3 － 1 热力学第一定律 3 － 1 － 1 热力学的基本概念和常用术语 　　热力学中，称我们要研究的任何一部分真实世界为体系。 1　体系和环境 　　未选为体系部分的一切事物为环境。 HCl＋ NaOH 桌 子 研究对象 系统 环境 系统与环境间可有、可无界面 引入状态函数知识 物质 (H2O) 热流 体系和环境 热流 敞开体系 封闭体系 孤立体系 　　根据体系与环境之间物质与能量的交换 孤立体系 封闭体系 敞开体系 能量 × √ √ 物质 × × √ 热力学中，我们主要研究封闭体系。 2 　状态与状态函数 　　状态：热力学平衡态，是体系物理、化学性质的综合表现。 　　状态函数：用来说明、确定体系所处状态的宏观物理量。如 n 、 T、 V、 p…，是与体系的状态相联系的物理量。 　　状态函数的特性 ① 定值性—— 　　状态确定，状态函数确定。 　　体系的变化，用状态函数的改变来描述。 ② 状态函数的改变，只与过程有关，而与途径无关。 　　在计算有关状态函数变化的问题时，只需明确体系的始态和终态即可，而不需考虑具体的变化途径。 ③ 同一体系，状态函数之间相关。 　　状态函数的分类 　　(1) 容量性质: 即广度性质，如 V， m， U，H 等，具有加和性。 　　(2) 强度性质：如 T， p， c，ρ 等，不具有加和性。 3 过程和途径 在一定的环境下，体系状态发生变化的经过称为过程，而把完成这个过程的具体步骤称为途径。 n(H2)＝1 mol T ＝ 100 K p ＝ 100 kPa n(H2)＝1 mol T ＝ 200 K p ＝ 100 kPa n(H2)＝1mol T ＝ 200 K p ＝ 300 kPa n(H2)＝1mol T ＝ 100 K p ＝ 300 kPa 1 4 3 2 等温过程 定压过程 定压过程 等温过程 4　热力学的标准状态 (1) 气体物质的标准状态，是气体在指定温度T，压力p ＝ p的状态， p＝100 kPa; (2) 纯固体和液体的标准状态，分别是在指定温度T，压力p ＝ p时纯固体和纯液体的状态； (3) 溶液中溶质B的标准状态，是在指定温度T，压力p ＝ p，质量摩尔浓度b ＝ b时溶质的状态， b ＝ 1 mol·kg－1 。 5 　功和热 　　体系状态变化时与环境间的能量交换的三种形式： (1) 热(heat) (2) 功(work) (3) 辐射(radiation) 热力学中，只研究体系在过程中与环境以热和功两种形式交换的能量。 　　热 　　① 由于温度差引起的能量从环境到体系的流动 　　② 热交换过程中，体系发生化学变化或相变(变化过程中，温度不变)。 　　热用符号Q 表示， SI单位为J。 　　规定：若体系吸热，Q > 0 　　　　体系放热，Q <0 　　功是由于压力差或其他机电“力”引起的能量从环境到体系的流动。 　　功用符号W 表示，功的SI单位为J。 　　规定： 若体系对环境做功， W > 0 ； 　　　　 　　环境对体系做功， W < 0 。 　　功 　　① 体积功是体系体积变化时所做的功。 　　② 其他各种形式的功统称为非体积功，如电功、系统表面积变化时所做的表面功等。 计算理想气体在定压膨胀过程中所做的体积功 定压过程：环境压力(外压)保持不变的条件下，体系始态、终态压力相同且等于环境压力的过程： p1 ＝ p2 ＝ pe ＝ 常数 W ＝ pe S l ＝ pe V ＝ pV F＝ pe S 体积功示意图 S F L 　　①　热和功是与过程相联系的物理量，体系不发生变化，就没有热或功，故热和功均不是状态函数。 　　②　在处理热和功的问题时，不仅要考虑过程，还必须考虑途径。 　　热和功均不是状态函数 一定量的理想气体，从压强 p1 ＝ 16×105 Pa，体积 V1＝ 1×10 －3 m3 经过两个途径分别恒温膨胀至压强 p2 ＝ 1×105 Pa，体积 V2 ＝ 16×10－3 m3 的状态。 p1＝16 V1＝1 p1＝1 V＝16 p外＝1 p1＝16 V1＝1 p1＝8 V＝2 p外＝8 p1＝1 V＝