化学热力学基本定律与函数课件.ppt
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1、第 一 章化学热力学基本定律与函数,物理化学是化学学科中研究化学体系行为最一般规律和理论的学科。是化学理论的基础。结构化学 量子化学 化学热力学(含统计热力学)化学动力学 电化学 胶体与界面化学 催化化学 光化学,1.化学热力学的科学框架,一、概述 热功转换规律热力学1、2定律平衡热力学函数关系,3定律逸度与活度(实际体)。经典热力学+应用学科理论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。20世纪:非平衡热力学,二、化学热力学的研究对象 化学热力学就是用热力学的基本原理研究化学变化、相变化的最普遍规律。化学热力学的研究对象就是:一切客观实体及其变化规律体系与环境 体系:被研究
2、的物质与空间 环境:与体系发生关联的物质与空间 体系分为三类:封闭体系,开放体系,孤立体系,分类的依据是:体系与环境间的物质、能量的交换情况 封闭体系:有能量传递,无物质传递开放(敞开)体系:有能量传递,有物质传递孤立(隔离)体系:无能量传递,无物质传递2.过程:在一定条件下,体系由始态变化至末态,称体系经历了一个(变化)过程,实现变化的具体步骤称为途径。过程分类:,(1)按变化性质分类:简单状态变化(低级变化)过程 相态变化(中级变化)过程 化学变化(高级变化)过程(2)按环境条件分类:恒容过程:体系的体积恒定不变恒压过程:p始=p末=p外=const恒温过程:T始=T末=T外=const绝
3、热过程:体系与环境间无热交换自由膨胀过程:p外=0循环过程:始、末态为同一状态,状态函数的特点:(1)状态一定,状态函数一定;(2)状态函数变化量只与始末态有关,与体系 由始态到末态的变化途径无关。即,具有 数学上的全微分性质:,如:T=T2 T1,四、化学热力学的建立及应用 化学热力学就是要解决在指定条件下,某化学反应aA+bB eE+f F 的方向和限度,以及影响方向和限度的因素。通过认识客观事物的规律,达到改造和控制客观事物的目的。,2.热力学能(U)和焓(H),一、热力学能(U)的引出及其物理意义热和功热:体系与环境间因存在温度差而交换的能量多 少为热交换值,简称热。热是与体系始末态
4、和过程性质有关的参变量。即不是状态函数(是过程函数),所以,热不具有全微分性 质,其微小量只能用Q表示。Q0,体系放热(能量减少)Q 0,体系吸热(能量增加),2.热力学能(U)的引出及其物理意义(1)第一定律的表述及其实质(2)热力学能(U):体系内部质点的动能和势能 之和。U=f(T,V),是状态函数,讨论:体系热力学能的改变只能通过热或功的形式与 外界进行能量交换来实现;U是状态函数,在确定始末态间,U是确定 值,虽然Q和WT是过程函数,但它们的代数和 是确定值;WT=W+W 即WT=W+W,且 W=p外dV,所以 dU=Q p外dV+W 只作体积功时,dU=Q p外dV 自由膨胀p外=
5、0,则W=0,故U=Q 恒容过程 dV=0,则W=0,故U=QV,即:理想气体的热力学能只是温度的函数 U=f(T),3.焦耳实验与理想气体的热力学能因为:Q=0,W=0,所以:U=0,即 dU=0,又:dT=0,而dV0,,根据,4.可逆过程与最大功,|W胀|W缩|,这说明,虽然体系回到了始态,但留下了痕迹,即体系膨胀时放出的能量为|W胀|,而压缩时环境提供的能量为|W缩|,大于|W胀|,有净能量交换。,若膨胀过程是分多步完成,则:W胀=W1+W2+Wn,p外(i)=p体(i+1),p外(i)p体(i),Wi=p外(i)(Vi+1 Vi),|W缩|=|W胀|在图中,膨胀线与压缩线完全重合,可
6、逆过程有三大特点:见教材175页特点说明可逆过程一般是无限缓慢的过程,是一种理想过程。特点说明沿可逆过程走一个来回,体系和环境都完全回到原状态。正常相变点下进行的相变满足这一点,故为可逆过程,或可逆相变。特点说明可逆过程体系对外作功最大,环境对体系作功最小,无论什么功都是如此,这是生产所追求的理想境界,但不一定切合实际。,恒温可逆过程,体系对外作最大功;恒压过程(可逆),Wr=-p外(V2 V1)=-p体(V2 V1)恒外压过程(不可逆),Wir=-p外(V2 V1)=Wr恒容过程(可逆或不可逆),Wr=Wir=0 所以,可逆过程体系对外作最大功。问题:可逆热机的效率最高,在其他条件相同的情况
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