[工学]12热力学基础
49页1、1 热力学第一定律 2 熵和Gibbs函数 3 平衡常数与化学平衡表达 4 酸碱平衡,化学过程的控制,化学反应方向与限度,第一部分 化学热力学基础,化学热力学基础的学习要求,1、热力学函数 H与H, S与S,G与G 等初步概念及特点,2、会熟练运用Hess定律进行有关计算,,会查,从而计算一个化学反应的,3、利用Gibbs函数的改变,判断一个化学反应进行的,方向及限度,4、掌握 Gibbs公式 ,理解,之间的关系,,分析温度改变对化学反应自发性的影响,计算化学反应能够自发进行(或非自发进行)的温度,5、掌握,与,的关系,,会运用化学反应等温式计算,6、 热力学原理在化学方面的应用,任一给定的化学反应:HCl(g)+O2(g)Cl2(g)+H2O(g), 化学工作者面前的几个问题需要明确,(1)在一定条件下该反应能否发生?,除了实验测定外,,能否从理论上进行预测呢?,解决能否反应的问题,化学反应的方向性问题,(2)若反应进行,伴随着多少能量变化?是吸热还是放热?,化学反应的能量变化问题,(3)若反应进行,在一定条件下达到的平衡状态如何?,对于指定的反应物,转化为产物的最大转化率为多少?,
2、化学反应的平衡及限度问题,1. 热力学第一定律,1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律,1.1.1 系统和环境 1.1.2 状态和状态函数 1.1.3 标准状态 1.1.4 过程、相 1.1.5 化学反应计量式和反应进度,1.1 化学热力学基本概念,热力学:研究各种形式的能量相互转变过程中所遵循规律的科学,化学热力学:将热力学原理应用于化学变化过程,就称为化学热力学,1.1.1 系统和环境,系 统:被研究的对象 (也称 体系) 环 境:系统外,与其密切相关的部分 敞开系统:与环境有物质交换也有能量交换 封闭系统:与环境无物质交换有能量交换 隔离系统:与环境无物质、能量交换(孤立系统),1.1.2 状态和状态函数,状 态: 系统宏观性质的综合表现 状态函数: 描述系统性质的物理量 (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 状态函数的变化值只与始态、终态有关, 而与变化途径无关,(),(),终态,始态,状态(state)和状态函数(state function),状态:,体系的状态是体系的物理性质(P、V、T、n etc)和 化学
3、性质的综合表现,状态函数:确定体系状态的物理量,常用的状态函数,p , v , n , m , T, U , H , S , G etc.,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,且状态函数改变值只与始态、终态有关,而与变化途径无关,(3)体系一旦恢复到原来的状态,状态函数就恢复到原值,状态一定、值一定,殊途同归、周而复始变化为零,(1)状态函数变化值常用表示之,始态p1 T1 ,终态p2 T2 ,则改变值为 T=T2-T1 p=p2-p1 (2)体系各状态函数之间相互制约,若确定其中几个,其余的就随之确定 如一定量理想气体,只要确定p V 则T即可确定.任一状态函数X,X=X2-X1 仅与始终态有关,与过程无关,热力学中指的标准状态与讨论气体时经常用的标准状况是不一样的 气体的标准状况:压力:101.325kPa (或100kPa),温度273.15K的状况,只用于气体 热力学的标准状态:只涉及浓度(或压力)项,而与温度无关。标准状态不仅用于气体,也用于液体、固体或溶液,1.1.3 热力学标准状态,标准压力:p = 100kPa (应为101.32
4、5kPa,取100是为了计算方便),标准状态规定与物质状态有关,读作“标准”,气体:分压为标准压力下的理想气体 溶液:浓度C 1mol L-1的理想溶液(溶液中所有组分在全部浓度范围内都严格遵守拉乌尔定律) 在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中摩尔分数溶液 固体或纯液体:标准压力下的该物质的纯净物,1.1.4 相、过程,系统中物理性质和化学性质完全相同的 与其他部分有明确界面分隔开来的 任何均匀部分 均相系统(或单相系统) 非均相系统(或多相系统),1.1.4 相、过程,定容过程: 始态、终态容积相等,并且过程中始终保持这个容积,定温过程: 始态、终态温度相等,并且过程中始终保持这个温度,定压过程: 始态、终态压力相等,并且过程中始终保持这个压力,1.1.5 化学反应计量式和反应进度,物质B的化学计量数,化学反应计量式,反应进度,的单位:mol,3.0 10.0 0,2.0 7.0 2.0,1.5 5.5 3.0,实例,反应进度:指反应的进行程度,除与反应进行程度有关;而与采用何反应物、生成物来计算无关。但与反应式的书写形式相关(反应进度必须对应
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