化学热力学初步

1、1化学反应的能量变化、方向和限制，热力学第一定律，1)反应会发生吗？2)反应进行到什么程度？3)反应过程的热效应如何？(4)反应进行的速度，化学反应通常伴随能量变化，反应中的吸热和释放就是其中一个例子。(。即时冷包和100名选手受伤的时候，要用即时冷包和热包冷敷。为什么40g CaCl2不能将100毫升水从20o C精炼到90o C 30gNH4NO3，从20 o C精炼到0 o C以下，或者像Fe2O3(s) 3 CO(g) 2 Fe(l) 3 CO2(g)一样在高炉中精炼铝？NO和CO可以与汽车尾气的有毒成分相互反应，产生无毒的N2和CO2吗？2to (g) 2co (g) N2 (g)

2、2 co2 (g)，no，CO，C(石墨)？钻石)，库里南一号，金刚石，石墨子，化学热力学，所有物质的变化过程都伴随着能量的变化，all changes in matter are accomanied by changes in its energy content。将热力学的方法和理论应用于化学现象研究，化学热力学的重要领域热动力学化学热力学包括利用应用化学热力学的基本原理预测反应发生的可能性和判断反应进行方向等内容。化学热力学，热力学第零定律t热力学第一定律u是关于能量守恒和转化定律的，总结了人们实践的经验。热力学第二定律s是热与其他形式能量之间转换的特殊定律，在热机效率研究中建立和发展

3、，总结了人们的实践经验。20世纪初，热力学第三定律确立了。1906年，德国Nernst提出。在绝对温度下，每种物质的完美结晶熵为零。这些与质量作用定律、化学平衡理论、溶液理论等一起构成了化学热力学。热力学的方法和限制，研究对象是大分子的集合体(N 1020)，通过研究宏观性质得出的结论在统计上有意义。个别粒子的行为无法解释。2 .只考虑系统的开始、结束状态，只考虑平衡问题，不考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机制。3 .热力学的所有变量都没有时间概念，所以热力学的重点不包括速度问题。不知道热力学方法、极限、反应的机制、速度和微观特性，只说可能性，是不现实的。在科学研究中，必须先确

4、认研究对象，将部分物质与其馀部分分离，这种分离可能是实际的或想象的。这样确定的研究对象称为系统，也称为物界或系统。与系统紧密相关、交互或可访问的部分称为环境。系统和环境、1.1热力学的几个基本概念、(1)开放系统(open system)系统和环境之间的物质交换和能量交换。系统和环境之间存在的接口可以是真实的，也可以是虚幻的，根据系统和环境之间的物质和能量，可以分为隔离系统、封闭系统和开放系统三个系统。系统与环境，(2)封闭系统与环境之间没有物质交换，但有能源交换。系统和环境；(3)隔离系统(isolated system)系统和环境之间没有物质交换或能量交换，因此也称为隔离系统。有时，封闭的

5、系统和系统将受影响的环境视为孤立的系统。系统和环境(图：系统和环境为：(1)系统：电源电路容器加热器水环境3360其他，(2)系统：容器热水器环境3360电源电路，(3)系统：热水器环境3360容器电源电路，(2)这个特性有加法，在数学上是一个等式函数。(v，m，)示例：两杯100毫升的水混合通常使用系统的宏观测量特性(如体积、压力、温度、密度和表面张力)来描述系统的热力学状态，因此这些特性也称为热力学变量。系统的特性intensive properties。intensive properties中的数值取决于系统本身的特性，与系统数无关，并且没有温度、压力等可加性。数学上是零阶齐次函数。物

6、质指定容量的容量特性成为强度特性，例如模具热容量。(p，t，)例如：2杯100 的水混合，系统的特性，系统的特性，热力学平衡状态，特定环境条件下系统的所有特性不随时间变化；如果系统与环境隔离不引起任何性质的变化，那么系统就是热力学平衡状态。热平衡化学平衡，热力学平衡中的系统必须同时满足以下平衡。(1)热平衡(thermal equilibrium):如果不存在隔热壁，则系统内零件之间以及系统与环境之间没有温度差异。热力学第零定律表示，系统a与系统b达到热平衡，系统b和系统c达到热平衡，系统a和系统c也达到热平衡。热力学平衡状态，温度基准：温度测量常用的温度显示系统，以：摄氏度为基准： 1大气压

7、下水的冰点为0摄氏度；水的沸点为100 ，水的沸点和冰点之间距离的1/100是1。是2。理想气体温度指示：以低压气体为基准，水的三相点为273.16K，温度表上低压气体的压力为Pr，则特定熔岩时其他压力的温度为T/K=273.16lim(P/Pr)，P0 3。热力学温度计：对应值与理想气体温度计相同。从热力学第二定律导出。将1K定义为水三相热力学温度的1/273.16热力学温度和摄氏度之间的关系是t/k=t/c。273.15，热力学平衡状态，(2)没有力平衡，系统和环境之间就没有不平衡的力。不考虑重力场和其他护套的作用，系统的内部压力在任何地方都是相同的，热力学平衡状态(3)“相平衡”(pha

8、se equlibrium)，相系统的物理特性和化学特性完全统一的部分称为“一相”(phase equlibrium)。H2O(l)，糖水，均化系统(homogeneous system)，多相系统(heterogeneous system)，热力学平衡状态，在多相系统中，如果每个相组成和数量不随时间变化，则系统是相平衡的(4)化学平衡、热力学平衡状态、热力学平衡状态、温度调节器热源、t1、air、T2、t、t1、T2、稳态、非平衡、热力学平衡状态、状态函数变更值仅取决于系统的启动和关闭状态，与变更路径无关。具有此属性的物理量称为状态函数。状态函数的特性可以描述为异类、伪装等。重复，恢复数值。

9、状态函数在数学上具有完全微分特性。状态函数的特征：1 .在特定系统状态下，状态函数具有固定的数值。2.变更期间状态属性的变更取决于系统的启动和最终状态，与变更路径无关。这个特性可以在数学处理中应用完全微分的概念。3.系统状态函数相互连接，彼此不独立。状态函数更改时，一个或多个状态函数也会更改。状态函数，状态方程，系统状态函数之间的定量关系称为状态方程。对于一定量的一元均匀系统，状态函数T，p，V之间有一定量的连接。根据经验，只有两个是独立的，函数关系可以表示为：T=f(p，V) p=f(T，V) V=f(p，T)。例如，理想气体的状态方程可以表示为：pV=nRT，对于多成分系统，系统的状态也是

10、组件(例如，系统状态变为过程，更改的特定阶段称为路径)。可以分为三类：1、过程和路径、过程和路径、3、化学变化过程：化学反应、正温静压在烧杯上执行、正温在原始电池上执行、Zn cuso 4 (AQ) Cu ZnS o 4 (AQ)、2、相变，过程和路径、操作和热以及系统和环境之间的温差传递的能量称为热，用符号q表示。q的加热编号：系统吸热，Q0，系统发热，Q0，系统到环境活动，w0，W0，W0，Q0，环境活动，系统活动，u=q w，u 0，u 0，1 .自由延伸(free expansion)，(因此)，2 .等压扩展(PE保持不变)，系统按阴影区域中显示的那样工作。3 .要克服多次等外压力膨

11、胀、(1)外压力，体积在膨胀中；(2)克服从膨胀到膨胀的外部压力。(3)克服外部压力，体积从膨胀到膨胀。课程、课程外一杯水等，水继续蒸发，这种膨胀过程无限缓慢，每一步都接近平衡状态。操作包括：4.外部压力是无限小于内部压力的值，此程序执行的作业最多。操作和进程、开始状态、结束状态、操作和进程、压缩进程和卷从压缩到，以及。1.1.外部压力压缩，外部压力，从压缩到下一个，从系统接收的操作，从系统接收的操作，最终状态，压缩过程，2。多个其他压力压缩，(1)在压缩系统中；(2)使用的压力来自压缩系统；(3)使用的压力将系统从压缩到。整个过程加三个步骤，压缩过程，压缩过程，3。外部压力大于内部压力无限小

12、的值，通过缓慢凝结杯子中蒸发的水蒸气，使压力缓慢增加，恢复原状，将工作恢复到：使系统和环境恢复原状。压缩进程、开始状态、结束状态、压缩进程、操作和进程摘要，如上所述，操作与变更路径相关。始终处于同一状态，但路径不同的球也有很大的不同。上述准静态膨胀过程可以看作是可逆过程，如果没有摩擦等引起的能量耗散。进程中的每个阶段都可以接近平衡状态，从开始状态到结束状态、从结束状态到开始状态，以及将系统和环境返回到原始状态的相反方向。如果系统从状态(1)变为状态(2)，然后系统和环境都可以恢复到原始状态而不发生永久性变化，则此过程称为热力学可逆过程。否则，这是不可逆的过程。可逆过程，一些典型可逆过程：(1)

13、可逆膨胀和可逆压缩：机械平衡(2)可逆传热：热平衡(3)可逆相变：相平衡(4)可逆化学反应：a b c，可逆过程的重要性根据热力学第一定律，如果发生了小的变化，那么为什么要定义焓为：等压，在不做膨胀工作的条件下，系统的焓为等压热效应，焓，焓？使用方便，因为没有等压，非对称工作，焓变得像等压热效应。很容易测量其他热力学函数的变化值。焓由状态函数定义的焓由状态函数组成。焓不是能量的单位，但不符合能量保存的规律。对于构成热容量、不变(没有相变和化学变化)的均匀封闭系统，不执行非膨胀操作，设置系统吸热q，温度从T1上升到T2:定义平均热容量：单位，(温度变化很小)，比热容：摩尔热容量，单位具有多种热容

14、量，因为热容量的大小与系统中包含的物质量和加热条件明显相关。等压摩尔热容量Cp:等容量摩尔热容量Cv:热容量、热容量和温度的函数关系根据材料、状态和温度间隔有不同的形式。例如，气体的等压摩尔热容量与t的关系是热容量与温度的关系，或者表达式中的a，b，c，c，是由各种物质本身的特性决定的，可以在热力学数据表中找到的经验常数。理想气体的热力学能量和焓，盖鲁萨克焦耳实验中获得的理想气体的热力学能量和焓只是温度的函数，用数学表达式来表示，在恒温的情况下，体积或压力发生了变化，理想气体的热力学能量和焓没有发生变化。可以推广到理想气体的cv，CP也只是温度的函数。在Joule实验中，设定理想气体的热力学能

15、量就像是的函数一样，理想气体的总和和计算，理想气体的热力学能量和焓，理想气体的等效容量在不进行非膨胀操作的条件下，理想气体的等热容量和等压力热容量也在不进行体积或压力膨胀操作的条件下，理想气体的热力学能量和焓，理想气体的Cp和Cv的差异，气体的Cp比Cv的稳定大。对于理想气体：由于在当量过程中温度升高，系统中吸收的热量都用于增加热力学能量。在等压过程中，吸收的热量除了增加热力学能量外，还摄入了一点热量，进行膨胀工作，因此气体的Cp比Cv稳定大。单原子Cv，m=3/2 R Cp，m=5/2 R双原子Cv，m=5/2 R Cp，m=7/2 R，绝热过程的操作和过程方程，绝热过程的操作，绝热过程中系统和环境之间没有热交换根据热力学第一定律：此时系统对外运行，热力学可能会下降，系统温度必须降低，反之亦然，系统温度就会升高。因此，绝热压缩可以提高系统温度，绝热膨胀可以获得低温。(因为)，隔热阶段的一般性质：(1) u=w (2)一般隔热阶段p V同时变化。(3)从相同的状态