PPT《第二章 化学热力学初步》

第二章 化学热力学初步 一是物质方面.

人们研究化学反应的目的,有两个方面. 二是能量方面. 从物质方面考虑 目的是制取氨. 如进行反应 N2 +

3 H2

2 NH3 目的是消除单质汞,而绝不是制备 HgS. 用硫粉处理洒落的汞 S + Hg HgS 从能量方面考虑 目的是获得能量,不是制取 CO2,更不是为了将煤炭处理掉. 大量的煤炭燃烧 C + O2 CO2 化学热力学,就是从化学反应的能量出发,去研究化学反应的方向和进行程度的一门科学. 蓄电池充电的化学反应,是为了储存能量. 2.

1 基本概念 2. 1.

1 体系和环境 例如,我们研究杯子中的水,则水是体系. 体系 我们研究的对象,称为体系. 环境 体系以外的其他部分,称为环境. 水面上的空气,杯子皆为环境.当然,桌子、房屋、地球、太阳等也都是环境. 但我们着眼于和体系密切相关的环境,即水面上的空气和杯子等. 又如,若以 N2 和O2 混合气体中的 O2 作为体系,则N2 是环境,容器也是环境. 界面 体系和环境之间有时有明确的界面,如水和杯子之间. 体系和环境之间有时又无明确的界面,如N2 和O2 之间. 此时,可以设计一个假想界面,从分体积的概念出发,认为 V 以内是体系,以外是环境. O2 宇宙 体系和环境放在一起,在热力学上称为宇宙. 按照体系和环境之间的物质及能量的交换关系,可以将体系分为三类: 敞开体系、封闭体系和孤立体系 敞开体系 既有能量交换,又有物质交换;

封闭体系 有能量交换,无物质交换;

孤立体系 既无物质交换,又无能量交换. 若将瓶子换成杜瓦瓶(保温瓶),则变成孤立体系. 若加上一个盖子,则成为封闭体系. 一个敞着瓶口、盛满热水的瓶子.水为体系,则是一个敞开体系. 热力学上研究的,多是封闭体系. 2. 1.

2 状态和状态函数 状态函数 确定体系状态的物理量,称为状态函数. 状态 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式. 例如某理想气体体系 n =

1 mol,p = 1.013 ?

105 Pa,V = 22.4 dm3,T =

273 K 这就是一种状态. 是由 n,p,V,T 所确定下来的体系的一种存在形式. 状态一定,则体系的状态函数一定. 因而 n,p,V,T 都是体系的状态函数. 体系的一个或几个状态函数发生了变化,则体系的状态发生变化 始态和终态 体系变化前的状态称为始态,变化后的状态称为终态. 状态变化的始态和终态一经确定,则状态函数的改变量是一定的. 例如,温度的改变量用 ?T表示,则?T = T终-T始 同样理解 ?n,?p,?V 等的意义. 某些状态函数,如V,n 等所表示的体系的性质有加和性. 例如

5 dm3 气体,V =

5 dm3,它等于体系各部分的体积之和. 这些性质称为体系的量度性质,也称为广度性质或容量性质. T,p,? 等性质,无加和性,称为强度性质. 2. 1.

3 过程和途径 若体系在恒温条件下发生了状态变化,称体系的变化为 恒温过程 . 过程 体系的状态发生变化,从始态到终态,则称体系经历了一个热力学过程,简称过程. 同样理解 恒压过程 , 若体系变化时和环境之间无热量交换,则称之为 绝热过程 . 恒容过程 . 途径 完成一个热力学过程,可以采取多种不同的方式.每一种具体方式,称为一种途径. 过程着重于始态和终态;

而途径着重于具体方式. 例如,某理想气体,经历一个恒温过程 该过程可以经由许多不同的途径来完成. p =