第4章 化学热力学基本定律与函数(第1节).ppt

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1、化学热力学基本定律与函数化学热力学基本定律与函数 Concerned with the study of transformation of energy:Heat work第第 一一 章章第一第一(四四)章章 化学热力学基本定律与函数化学热力学基本定律与函数本章学习内容：本章学习内容：1-1 1-1 热力学的基本框架热力学的基本框架1-2 1-2 热力学能（热力学能（U U）和焓（和焓（H H）1-3 1-3 热化学热化学化学反应过程的化学反应过程的 U U 和和 H H1-4 1-4 熵（熵（S S）及其应用及其应用1-5 1-5 自由能自由能A A与与G G 本章教学目的本章教学目的:化

2、学热力学基本定律与函数及其在冶金、材化学热力学基本定律与函数及其在冶金、材料科学中的简单应用料科学中的简单应用 第一第一(四四)章章 化学热力学基本定律与函数化学热力学基本定律与函数1 1）热力学基本概念；可逆和不可逆过程的意义；热力学基本概念；可逆和不可逆过程的意义；状态函数法及其应用状态函数法及其应用2 2）热力学第一定律，内能热力学第一定律，内能U U；衍生参量衍生参量H H；3 3）热力学第二定律，熵热力学第二定律，熵S S；衍生参量衍生参量G G、A A4 4）温度对状态函数的影响：温度对状态函数的影响：基希霍夫（基希霍夫（Kirchhoff）定律定律吉布斯吉布斯亥姆霍斯方程亥姆霍斯

3、方程5 5）过程变化方向和限度的判据（主要：过程变化方向和限度的判据（主要：S S、G G ）；）；6 6）热力学第一、第二定律的简单应用：热力学第一、第二定律的简单应用：简单状态变化中的应用简单状态变化中的应用 相变过程中的应用相变过程中的应用 化学反应过程中的应用化学反应过程中的应用第一第一(四四)章章 化学热力学基本定律与函数化学热力学基本定律与函数本本章章学学习习的的重重点点 第一第一(4)(4)章章 化学热力学基本定律与函数化学热力学基本定律与函数4.1 4.1 化学热力学的科学框架化学热力学的科学框架4.2 4.2 热力学能（热力学能（U U）和焓（和焓（H H）4.3 4.3 热

4、化学热化学-化学反应过程的化学反应过程的UU和和HH4.4 4.4 熵（熵（S S）及其应用及其应用4.5 4.5 自由能自由能A A和和G G4.1化学热力学的科学框架化学热力学的科学框架4.1.1概述概述4.1.2化学热力学的研究对象化学热力学的研究对象4.1.3化学热力学方法化学热力学方法4.1.4化学热力学的建立及应用化学热力学的建立及应用体系与环境、过程体系与环境、过程体系的性质与分类体系的性质与分类状态与状态函数状态与状态函数热力学方法的特点是：热力学方法的特点是：(i)(i)只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构

5、；的微观结构；(ii)(ii)只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。的时间。热力学方法属于宏观方法热力学方法属于宏观方法热力学方法属于宏观方法热力学方法属于宏观方法4.1.1 4.1.1 概述概述化学热力学的任务：化学热力学的任务：通过研究化学反应及相关过程的能量传递和转换通过研究化学反应及相关过程的能量传递和转换以及能量与物质物性之间的普遍关系以及能量与物质物性之间的普遍关系,对化学反对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判

6、断。应的方向和进行的程度作出准确的判断。4.1.1 4.1.1 概述概述热力学热力学(thermodynamics)(thermodynamics)一词的意思是热一词的意思是热(thermo)(thermo)和动和动力力(dynamics)(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作功成为重要的研究课题。机器作功成为重要的研究课题。4.1.1 4.1.1

7、 概述概述1798年年，英英国国物物理理学学家家和和政政治治家家 Benjamin Thompson(1753-1814)通通过过炮炮膛膛钻钻孔孔实实验验开开始始对对功功转转换换为为热热进进行行研研究究。他他在在1798年年的的一一篇篇论论文文中中指指出出，制制造造枪枪炮炮所所切切下下的的铁铁屑屑温温度度很很高高，而而且且不不断断切切削削，高高温温铁铁屑屑就就不不断断产产生生。既既然然可可以以不不断断产产生生热热，热热就就非非是是一一种种运运动动不不可可。1799年年，英英国国化化学学家家 Humphry Davy(1778-1829)通通过过冰冰的的摩摩擦擦实实验验研研究究功功转转换换为为热

8、热。当当时时，他他们们的的工工作作并并未未引引起起物物理理界界的的重重视视，原原因在于还没有找到热功转换的数量关系。因在于还没有找到热功转换的数量关系。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述1842年年，德德国国医医生生Julius Robert Mayer(1814-1878)主主要要受受病病人人血血液液颜颜色色在在热热带带和和欧欧洲洲的的差差异异及及海海水水温温度度与与暴暴风风雨雨关关系系的的启启发发，提提出出了了热热与与机机械械运运动动之之间间相相互互转转化化的的思思想想，并并从从空空气气的的比比定定压压热热容容和和比比定定容容热热容容之之差差算算出出热热的的功功

9、当当量量。1847年年，德德国国物物理理学学家家和和生生物物学学家家 Hermann Ludwig von Helmholtz(1821-1894)发发表表了了“论论力力的的守守衡衡”一一文文，全全面面论论证证了了能能量量守守衡衡和和转转化化定定律律。1843-1848年年，英英国国酿酿酒酒商商 James Prescott Joule(1818-1889)以以确确凿凿无无疑疑的的定定量量实实验验结结果果为为基基础础，论论述述了了能能量量受受恒恒和和转转化化定定律律。焦焦耳耳的的热热功功当当量量实实验验是是热热力学第一定律的实验基础。力学第一定律的实验基础。1、热力学的发展、热力学的发展4.1

10、.1 4.1.1 概述概述根根据据热热力力学学第第一一定定律律热热功功可可以以按按当当量量转转化化，而而根根据据卡卡诺诺原原理理热热却却不不能能全全部部变变为为功功，当当时时不不少少人人认认为为二二者者之之间间存存在在着着根根本本性性的的矛矛盾盾。1850年年，德德国国物物理理学学家家Rudolf J.Clausius(1822-1888)进进一一步步研研究究了了热热力力学学第第一一定定律律和和克克拉拉佩佩隆隆转转述述的的卡卡诺诺原原理理，发发现现二二者者并并不不矛矛盾盾。他他指指出出，热热不不可可能能独独自自地地、不不付付任任何何代代价价地地从从冷冷物物体体转转向向热热物物体体，并并将将这这

11、个个结结论论称称为为热热力力学学第第二二定定律律。克克劳劳胥胥斯斯在在1854年年给给出出了了热热力力学学第第二二定定律律的的数数学学表表达达式式，1865年年提提出出“熵熵”的的概概念念。1851年年，英英国国物物理理学学家家 Lord Kelvin(1824-l907)指指出出，不不可可能能从从单单一一热热源源取取热热使使之之完完全全变变为为有有用用功功而而不不产产生生其其他他影影响响。这这是是热热力力学学第第二二定定律律的的另另一一种种说说法法。1853年年，他他把把能能量量转转化化与与物物系系的的内内能能联联系系起起来来，给给出出了了热热力力学学第第一一定定律律的的数数学学表表达达式式

12、。热热力力学学第第一一定定律律和和第第二二定定律奠定了热力学的理论基础。律奠定了热力学的理论基础。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述热热力力学学第第一一定定律律和和热热力力学学第第二二定定律律是是热热力力学学的的基基础础，是是人人类类经经验验的的总总结结，有有着着牢牢固固的的实实验验基基础础，是是物物理理化化学学中中最最基基本本的的定定律律。这这两两个个定定律律不不能能从从逻逻辑辑上上用用其其他他理论来证明，但其正确性已被实践所证实。理论来证明，但其正确性已被实践所证实。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述1906年年，能能斯斯特特（Wal

13、ter Nernst,1969-1941）根根据据低低温温下下化化学学反反应应的的大大量量实实验验事事实实归归纳纳出出了了新新的的规规律律，并并与与1912年年将将之之表表述述为为绝绝对对零零度度不不能能达达到到的的原原理理，即即热热力力学学第第三三定定律律。热力学第三定律的建立使经典热力学理论更趋完善。热力学第三定律的建立使经典热力学理论更趋完善。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述1824年年，法法国国陆陆军军工工程程师师Nicholas Lonard Sadi Carnot 发发表表了了“关关于于火火的的动动力力研研究究”的的论论文文。他他通通过过对对自自己己构

14、构想想的的理理想想热热机机的的分分析析得得出出结结论论：热热机机必必须须在在两两个个热热源源之之间间工工作作，理理想想热热机机的的效效率率只只取取决决与与两两个个热热源源的的温温度度，工工作作在在两两个个一一定定热热源源之之间间的的所所有有热热机机，其其效效率率都都超超不不过过可可逆逆热热机机，热热机机在在理理想想状状态态下下也也不不可可能能达达到到百百分分之之百百。这这就就是是卡卡诺诺定定理理。卡卡诺诺的的论论文文发发表表后后，没没有有马马上上引引起起人人们们的的注注意意。过过了了十十年年，法法国国工工程程师师Benlt Paul Emile Clapeyron(1799-1864)把把卡卡

15、诺诺循循环环以以解解析析图图的的形形式式表表示示出出来来，并并用用卡卡诺诺原原理理研研究究了了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述热力学基本定律反映了自然界的客观规律热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些定律为以这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力学关系与结论基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力学关系与结论,显显然具有高度的普遍性、可靠性与实用性然具有高度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于机械可以应用于机械工程、化学、化工等各个领域工程、化学、化工等各个领域,由此形成了化学热力学、由此形成了化学

16、热力学、工程热力学、化工热力学等重要的分支。工程热力学、化工热力学等重要的分支。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述1875年年，美美国国耶耶鲁鲁大大学学数数学学物物理理学学教教授授吉吉布布斯斯（Josiah Willard Gibbs）发发表表了了“论论多多相相物物质质之之平平衡衡”的的论论文文。他他在在熵熵函函数数的的基基础础上上，引引出出了了平平衡衡的的判判据据；提提出出热热力力学学势势的的重重要要概概念念，用用以以处处理理多多组组分分的的多多相相平平衡衡问问题题；导导出出相相律律，得得到到一一般般条条件件下下多多相相平平衡衡的的规规律律。吉吉布布斯斯的的工工作

17、作，把把热热力力学学和和化化学学在在理理论论上上紧紧密密结结合合起起来来，奠奠定定了了化化学学热热力力学学的的重重要基础。要基础。1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述经典热力学经典热力学 +应用学科理论应用学科理论 化学热力学化学热力学 溶液热力学，冶金热力学，化工热力学，材料热力学等。溶液热力学，冶金热力学，化工热力学，材料热力学等。2020世纪：非平衡热力学世纪：非平衡热力学1、热力学的发展、热力学的发展4.1.1 4.1.1 概述概述2热力学方法及其局限性热力学方法及其局限性热力学方法热力学方法是一种演绎的方法，它把由经验所得的几个是一种演绎的方法，它把由经验所

18、得的几个定律应用于讨论每一个热力学体系的宏观性质。定律应用于讨论每一个热力学体系的宏观性质。热力学的研究对象是热力学的研究对象是大量粒子（分子、原子和电子等）大量粒子（分子、原子和电子等）的集合体，因此所得的结论具有的集合体，因此所得的结论具有统计意义统计意义，它只反映所，它只反映所有粒子的平均行为，而不适应于个别粒子的个体行为。有粒子的平均行为，而不适应于个别粒子的个体行为。4.1.1 4.1.1 概述概述热力学是由几个经验定律构成，这就决定了它的优点和热力学是由几个经验定律构成，这就决定了它的优点和局限性。局限性。优点优点是它不受人们对物质微观结构认识不断深是它不受人们对物质微观结构认识不

19、断深化的影响，因而十分可靠；化的影响，因而十分可靠；局限性是：局限性是：它只能告诉我们在某种条件下变化是否能够它只能告诉我们在某种条件下变化是否能够发生，进行到什么程度，但它不能告诉我们变化所需要发生，进行到什么程度，但它不能告诉我们变化所需要的时间，变化发生的原因及变化的历程。的时间，变化发生的原因及变化的历程。2热力学方法及其局限性热力学方法及其局限性4.1.1 4.1.1 概述概述热力学的方法和局限性热力学方法研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的

20、时间。局限性不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。化学热力学化学热力学:把把热热力力学学中中最最基基本本的的原原理理用用来来研研究究化化学学现现象象以以及及 和和化化学学有有关关的物理现象，称为的物理现象，称为化学热力学化学热力学。化学热力学的主要内容是化学热力学的主要内容是:1)1)利用热力学第一定律来计算变化中的热效应利用热力学第一定律来计算变化中的热效应;2)2)利利用用热热力力学学第第二二定定律律来来解解决决变变化化的的方方向向和和限限度度问问题题，以以及及相相平平衡和化学平衡中的有关问题。衡和化学平衡中的有关问题。3)3)热热力力学学第第三三定定律律，是是一一个个

21、关关于于低低温温现现象象的的定定律律，主主要要用用来来计计算算体系的熵值。体系的熵值。2热力学方法及其局限性热力学方法及其局限性4.1.1 4.1.1 概述概述第一定律第一定律第二定律第二定律第三定律第三定律热力学能热力学能(U)和焓和焓(H)U，HrUm，rHm引出引出热热Q功功W引出引出熵熵(S)，亥氏自由能亥氏自由能(A)吉氏自由能吉氏自由能(G)S，A，G 引出引出判据判据化学势化学势rGm引引出出计算计算化学平化学平衡原理衡原理化学热力学化学热力学+3 化学热力学的建立及应用化学热力学的建立及应用化学热力学的基本框架：化学热力学的基本框架：4.1.1 4.1.1 概述概述化学热力学的

22、三个核心要点：化学热力学的三个核心要点：（1 1）所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能）所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能量可以相互转化；量可以相互转化；（2 2）能量的转化具有方向性，事物总是自发地趋向于）能量的转化具有方向性，事物总是自发地趋向于平衡态；平衡态；（3 3）处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。）处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。3 化学热力学的建立及应用化学热力学的建立及应用4.1.1 4.1.1 概述概述化化学学热热力力学学是是一一个个解解决决实实际际问问题题的的一一种种非非常常有有效效的的工工具具。例例如如，1774年年，当当人人们们知知道道金

23、金刚刚石石是是由由C组组成成时时，就就尝尝试试用用石石墨墨制制造造金金刚刚石石，但但所所有有的的实实验验都都以以失失败败告告终终。后后来来通通过过热热力力学学计计算算才才知知道道，只只有有当当压压力力超超过过15000个个大大气气压压时时，石石墨墨才才有有可可能能转转变变成成金金刚刚石石。现现在已成功地实现了这个转变过程。在已成功地实现了这个转变过程。能量？浓度？能量？浓度？温度？温度？2IO3-3O2+2I-hFe2+2H+Fe3+H2h3 化学热力学的建立及应用化学热力学的建立及应用4.1.1 4.1.1 概述概述4.1.2 4.1.2 化学热力学的研究对象化学热力学的研究对象4.1.2化

24、学热力学的研究对象化学热力学的研究对象体系与环境、过程体系与环境、过程过程与途径过程与途径1.1.体系和环境体系和环境体系体系:被研究的物质和空间。被研究的物质和空间。热力学研究的对象热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体微粒组成的宏观集合体)。体系与体系之外的周围部分存在边界。体系与体系之外的周围部分存在边界。环境环境:与体系发生密切联系的那部分物质与空间。与体系发生密切联系的那部分物质与空间。与体系通过物理界面与体系通过物理界面(或假想的界面或假想的界面)相隔开并与相隔开并与 体系密切相关的周围部分。体系密切相关的周围部分。(图片来自网站图片来自网站)过程：过程：过程：过程：在一定环境条件

25、下，体系由始态变化到终态的经过。在一定环境条件下，体系由始态变化到终态的经过。在一定环境条件下，体系由始态变化到终态的经过。在一定环境条件下，体系由始态变化到终态的经过。体系的变化过程分为：体系的变化过程分为：体系的变化过程分为：体系的变化过程分为：p p,V V,T T 变化过程变化过程变化过程变化过程,相变化过程相变化过程相变化过程相变化过程,化学变化过程化学变化过程化学变化过程化学变化过程。途径：途径：途径：途径：始态始态始态始态 终态终态终态终态 系统所经历过程的总和。系统所经历过程的总和。系统所经历过程的总和。系统所经历过程的总和。2.2.过程与途径过程与途径常见的变化过程（1）等温

26、过程（isothermal process)在变化过程中，体系的始态温度与终态温度 相同，并等于环境温度。（2）等压过程（isobaric process)在变化过程中，体系的始态压力与终态压力相同，并等于环境压力。（3）等容过程（isochoric process)在变化过程中，体系的容积始终保持不变。（4）绝热过程（adiabatic process)在变化过程中，体系与环境不发生热的传递。对那些变化极快的过程，如爆炸，快速燃烧，体系与环境来不及发生热交换，那个瞬间可近似作为绝热过程处理。（5）循环过程（cyclic process)体系从始态出发，经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。

27、在这个过程中，所有状态函数的变量等于零。（1 1）按变化性质分类）按变化性质分类）按变化性质分类）按变化性质分类简单状态变化简单状态变化简单状态变化简单状态变化p p,V V,T T 变化过程变化过程变化过程变化过程相态变化相态变化相态变化相态变化化学变化化学变化化学变化化学变化（2 2）按环境条件分类）按环境条件分类）按环境条件分类）按环境条件分类始态始态1终态终态2几种主要的几种主要的p p,V V,T T变化过程变化过程 (i(i）定温过程定温过程 T1=T2Tsu过程中温度恒定。过程中温度恒定。d dT=0,=0,T=0=0。定温变化，定温变化，T1=T2，过程中温度可不恒定。过程中温

28、度可不恒定。(ii)(ii)定压过程定压过程 p1p2psu过程中压力恒定。过程中压力恒定。d dp=0,=0,p=0=0。定压变化，定压变化，p1=p2 过程中压力可不恒定。过程中压力可不恒定。再罗嗦一遍 (iii)(iii)定容过程定容过程 V1=V2过程中体积保持恒定。过程中体积保持恒定。d dV=0,=0,V=0=0。(iv)(iv)绝热过程绝热过程 Q0 仅可能有功的能量传递形式。仅可能有功的能量传递形式。(v)v)循环过程循环过程 所有状态函数改变量为零所有状态函数改变量为零,如如 p0，T0，U0。气体气体真空真空气体向气体向真空真空膨胀膨胀(自由膨胀自由膨胀)状态状态1状状态态

29、2循环过程循环过程 (vi)(vi)对抗恒定外压过程对抗恒定外压过程 psu常数。常数。(vii)(vii)自由膨胀过程自由膨胀过程(向真空膨胀过程向真空膨胀过程)。如图所示如图所示4.1.3 4.1.3 化学热力学方法化学热力学方法4.1.3化学热力学方法化学热力学方法体系的性质与分类体系的性质与分类状态与状态函数状态与状态函数1 1、体系的性质与分类、体系的性质与分类用宏观可测性质来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：广度性质（extensive properties）又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学上是

30、一次齐函数。强度性质（intensive properties）它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。由大量微粒组成的宏观集合体所表现的集体行为。由大量微粒组成的宏观集合体所表现的集体行为。如如 p,V,T,U,H,S,A,G 等叫热力学系统的宏观性质等叫热力学系统的宏观性质(热力学性质热力学性质)。宏观性质分为两类：宏观性质分为两类：强度性质：强度性质：与体系中所含物质的量无关，无加和性与体系中所含物质的量无关，无加和性(如如 p,T 等等)；广度性质：广度性质：与体系中所含物

31、质的量有关，有加和性与体系中所含物质的量有关，有加和性(如如n,V,U,H等等)再罗嗦一遍2 2、状态和状态函数、状态和状态函数体系的状态体系的状态:体系所处的样子。体系所处的样子。用宏观性质描述体系的用宏观性质描述体系的状态状态。热力学平衡态当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列四个平衡：热平衡（thermal equilibrium）体系各部分温度相等。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。化学平衡（chemical equilibrium）反应体系中各物的数量不再随时间而改变。力学平衡（mechanical e

32、quilibrium）体系各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。定定义义：体体系系在在一一定定环环境境条条件件下下，经经足足够够长长的的时时间间，其其各各部部分分可可观观测测到到的的宏宏观观性性质质都都不不随随时时间间而而变变，此此后后将将体体系系隔隔离离，体体系系的的宏观性质仍不改变，此时体系所处的状态叫宏观性质仍不改变，此时体系所处的状态叫热力学平衡态热力学平衡态。热力学平衡态应同时有：热力学平衡态应同时有：(i)i)热平衡：热平衡：体系各部分体系各部分T 相等；若不绝热相等；若不绝热,则则T系统系统=T环境环境。(ii)ii)力平衡：力平衡：体

33、系各部分体系各部分p 相等；边界不相对位移。相等；边界不相对位移。(iii)iii)相平衡：相平衡：体系各相长时间共存体系各相长时间共存,组成和数量不随时间而变。组成和数量不随时间而变。(iv)iv)化学平衡：化学平衡：体系组成不随时间改变。体系组成不随时间改变。热力学平衡态热力学平衡态再罗嗦一遍体系的状态体系的状态:体系所处的样子。体系所处的样子。用宏观性质描述体系的用宏观性质描述体系的状态状态。宏观性质也称为体系的宏观性质也称为体系的状态函数状态函数。2 2、状态和状态函数、状态和状态函数体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，

34、而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。状态函数在数学上具有全微分的性质。体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（state equation）。对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT (i)(i)对于一定量组成不变的均相流体体系，体系的任意宏观对于一定量组成不变的均相流体体系，体系的任意宏观性质是另外两个独立

35、的宏观性质的函数性质是另外两个独立的宏观性质的函数:Zf(x,y)，如如(ii)(ii)状态函数的改变量只决定于体系的始态和终态，而与变化状态函数的改变量只决定于体系的始态和终态，而与变化的过程或途径无关。即的过程或途径无关。即 状态函数的改变量体系终态的函数值系统始态的函数值状态函数的改变量体系终态的函数值系统始态的函数值 如如 T=T2-T1,U=U2U1状态函数的特性状态函数的特性偏微分和全微分在描述系统状态变化上的应用偏微分和全微分在描述系统状态变化上的应用以 V=f(p,T)为例若Z=f(x、y),则其全微分为4.1.4 4.1.4 化学热力学的建立及应用化学热力学的建立及应用4.1

36、.1 4.1.1 概述概述 回回顾顾框框架架热力学能热力学能U焓焓H熵熵S亥姆霍茨函数亥姆霍茨函数A吉布斯函数吉布斯函数G总结总结提高提高归纳归纳引出或引出或定义出定义出热力学理论基础热力学理论基础热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律热力学方法热力学方法热力学方法热力学方法(状态函数法状态函数法状态函数法状态函数法)热力学公式热力学公式或结论或结论生活实践生活实践生产实践生产实践科学实验科学实验经验经验总结总结热力学第一定律热力学第一定律:能量不能创造，不能消灭，仅能由一种形式转化能量不能创造，不能消灭，仅能由一种形式转化为另一种形式。为另一种形式。实质实质能量守恒能量守恒热力学第二定律热力学第二定律:热和功等能量形式相互转化的热和功等能量形式相互转化的方向与限度方向与限度物质变化过程的方向与限度物质变化过程的方向与限度实质实质实际过程都不可逆实际过程都不可逆p,V,T 变化过程变化过程相变化过程相变化过程化学变化等过程化学变化等过程能量效应能量效应(功与热功与热)过程的方向与限度过程的方向与限度解决解决的的压力压力p体积体积V温度温度T可由实可由实验测定验测定即有关能量守恒即有关能量守恒和物质平衡的规律和物质平衡的规律