第二章 化学热力学初步.ppt

《第二章 化学热力学初步.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章 化学热力学初步.ppt（68页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、无机与分析化学无机与分析化学-第二章第二章 化学热力学初化学热力学初步步200312/29/2022第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步212/29/20221、了了解解热热力力学学能能（内内能能）、焓焓、熵熵和和吉吉布布斯自由能等状态函数的概念；斯自由能等状态函数的概念；2、理理解解热热力力学学第第一一定定律律、第第二二定定律律和和第第三三定律的基本内容；定律的基本内容；3、掌掌握握化化学学反反应应的的标标准准摩摩尔尔焓焓变变的的各各种种计计算方法；（标准生成热、燃烧热。）算方法；（标准生成热、燃烧热。）4、掌掌握握化化学学反反应应的的标标准准摩摩尔尔熵熵变变和和标标准准摩摩尔吉布斯自由

2、能变的计算方法；尔吉布斯自由能变的计算方法；5、会会用用G来来判判断断化化学学反反应应的的方方向向，并并了了解温度对解温度对G的影响。的影响。学习要求：学习要求：第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步312/29/2022热力学的研究对象热力学的研究对象研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律；研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；研究化学变化的方向和限度。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步412/29/2022热力学的方法和局限性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

3、，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。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步512/29/2022体系与环境体系与环境体系（System）-被划定的研究对象环境（surroundings）-与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步612/29/2022体系的分类体系的分类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（1）敞开体系（open system）体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。第第二二章章化化学学热热力

4、力学学初初步步712/29/2022体系分类（体系分类（continuecontinue）（2）封闭体系（closed system）体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步812/29/2022体系分类（体系分类（continuecontinue）（3）孤立体系（isolated system）体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步912/29/2022体系的性质体系的性质广度性质（extensive properties）又称为又称

5、为容量性质容量性质，它的数值与体系的物质的，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。有加和性。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。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步1012/29/2022状态与状态函数状态与状态函数(State and State Function)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，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（stat

6、e 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。状态状态体体系的存在形式系的存在形式第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步1112/29/2022体系的状态方程体系的状态方程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：例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（state equation）。T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步1212/29/2022体系变化、过程、途径体系变化、过

7、程、途径变化：变化：体系由状态体系由状态A状态状态B过程过程：体系的状态发生变化时，：体系的状态发生变化时，状态变化的经过状态变化的经过途径途径：完成这个过程的具体：完成这个过程的具体步骤。步骤。同一过程可以通过不同的同一过程可以通过不同的途径来完成。途径来完成。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步1312/29/2022功和热功和热功（work）体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。功可分为体积功和非体积功两大类。W取号：体系对环境作功：W0；环境对体系作功：W0；体系放热，Q0 成键 放热 H 液液态态固固态态。H2O(g)188.7H2O(l)69.91H2O

8、(s)39.33（2）聚聚集集状状态态相相同同，复复杂杂分分子子比比简简单单分分子子有有较较大大的的熵值熵值。O(g)160.95O2(g)205.0 O3(g)238.8（3）结结构相似的物构相似的物质质，相，相对对分子量大的分子量大的熵值熵值大大。F2(g)202.7Cl2(g)223Br2(g)245.3I2(g)260.58常见物质熵值的比较常见物质熵值的比较（1）第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6112/29/2022（4）相对分子量相同，分子构型复杂，对称性差，熵值大。如：乙醇（气）282；CH3OCH3(g)266.3 这是由于二甲醚分子对称性大于乙醇。（5）压力对液体、

9、固体物质的熵值影响较小，而对气态物质硬性较大。压力增大，体系的混乱度减小，熵值减小。Attention：单单质质的的标标准准熵熵不不等等于于零零，而而且且某某一一化化合合物物的的标标准准熵熵也也不是由单质生成化合物时的熵变。不是由单质生成化合物时的熵变。熵熵的的绝绝对对值值可可测测，而而焓焓只只是是一一个个相相对对值值，而而且且标标准准熵熵都是正值，而焓变值是可正、可负！都是正值，而焓变值是可正、可负！（6）物质的熵值随温度的升高而增大。因为温度高，动能增大，质点运动的自由度增大，熵值自然会增大 常见物质熵值的比较（常见物质熵值的比较（2）第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6212/29

10、/2022吉布斯自由能吉布斯自由能（Gibbs free energy）G吉布斯自由能，状态函数，容量性质。熵判据：孤立体系，S0,自发进行等温等压下的化学反应,自发进行判据?定义：G=H-TSG 非等温、等压、可逆过程中，体系对外所作的最大非膨胀功等于体系吉布斯自由能的减少值。若是不可逆过程，体系所作的功小于吉布斯自由能的减少值。第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6312/29/2022吉布斯自由能判据吉布斯自由能判据GW非非，反，反应应以不可逆方式自以不可逆方式自发进发进行；行；G=W非非，反，反应应以可逆方式以可逆方式进进行；行；GW非非，不能，不能进进行。行。体系在等温、等压的条

11、件下:第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6412/29/2022吉布斯自由能判据吉布斯自由能判据(cont.)体系在等温、等压、且不作非膨胀功的条件下：等号-可逆过程不等号-自发的不可逆过程自发变化总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行G 0 第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6512/29/2022标准生成吉布斯自由能标准生成吉布斯自由能 等号-可逆过程不等号-自发的不可逆过程自发变化总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行定义：某温度下由处于标准状态的各种元素的最稳定的单质最稳定的单质生成mol某纯物质的吉布斯自由能改变量该温度下该物质的标准摩尔生成吉布斯自由能(标准生成吉布斯自由能)符号:fGm 第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6612/29/2022函数间关系的图示式函数间关系的图示式第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6712/29/2022水的生成与分解水的生成与分解第第二二章章化化学学热热力力学学初初步步6812/29/2022反应进程中反应进程中G G的变化的变化