肇庆学院：《无机化学》课程教学资源（课件讲稿）第5章 化学热力学基础

第5章化学热力学基础5-1化学热力学的研究对象5-2基本概念5-3化学热力学的四个重要状态函数5-4化学热力学的应用

第5章 化学热力学基础 5-1 化学热力学的研究对象 5-2 基本概念 5-3 化学热力学的四个重要状态函数 5-4 化学热力学的应用

教学要求：1、掌握热力学的有关基本概念2、掌握热力学函数U、H、S、G的物理意义。3、应用热力学函数进行计算，根据热力学函数进行反应自发性的判断。4、掌握吉布斯一赫姆霍兹公式，计算及其应用。理解盖斯定律。本章重点：四个状态函数，用吉布斯自由能变化去判断化学反应的方向及平衡常数的计算。本章难点：状态函数概念的理解，运用热力学状态函数进行有关计算

教学要求： 1、掌握热力学的有关基本概念 2、掌握热力学函数U、H、S、G的物理意义。 3、应用热力学函数进行计算，根据热力学函数进 行反应自发性的判断。 4、掌握吉布斯-赫姆霍兹公式，计算及其应用。理解 盖斯定律。 本章重点：四个状态函数，用吉布斯自由能变化去判 断化学反应的方向及平衡常数的计算。 本章难点：状态函数概念的理解，运用热力学状态函 数进行有关计算

5-1化学热力学的研究对象化学热力学：应用热力学的基本原理研究化学反应，化和化学变化过程的能量变化问题，热力学：三主要解决化学反应中的三个问题1)化学反应中能量是如何转化：化学反应的方向性：反应进行的程度

化学热力学： 应用热力学的基本原理研究化学反应，化 和化学变化过程的能量变化问题。 热力学： 主要解决化学反应中的三个问题： ① 化学反应中能量是如何转化； ② 化学反应的方向性； ③ 反应进行的程度。 5-1 化学热力学的研究对象

化学热力学的特点化学热力学在讨论物质的变化时。是着眼于宏观性质的变化。并不需涉及物质的微观结构。因此运用化学热力学方法研究化学问题时，只需知道研究对象的起始状态和最终状态即可对许多过程的一般规律加以探讨。而无需知道变化的机理。这是化学热力学最成功的一面。但化学热力学方法没有时间的概念，因此不能解决变化进行的速率及其它和时间有关的问题。这又使得化学热力学的应用有一定的局限性

化学热力学的特点 化学热力学在讨论物质的变化时，是着眼于 宏观性质的变化，并不需涉及物质的微观结构。 因此运用化学热力学方法研究化学问题时，只需 知道研究对象的起始状态和最终状态即可对许多 过程的一般规律加以探讨，而无需知道变化的机 理。这是化学热力学最成功的一面。但化学热力 学方法没有时间的概念，因此不能解决变化进行 的速率及其它和时间有关的问题。这又使得化学 热力学的应用有一定的局限性

5-2基本概念一、 系统与环境系统：被研究对象。即作为研究对象的一部分物体，包含一定种类和一定数量的物质。环境环境：除体系以外的与体系密切相关的部分surroundings称为环境。体系system敲开系统：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，孤立系统：与环境无物质、能量交换。体系与环境

一、系统与环境 系统：被研究对象。即作为研究对象的一部分 物体，包含一定种类和一定数量的物质。 环境： 除体系以外的与体系密切相关的部分 称为环境。 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。 孤立系统：与环境无物质、能量交换。 5-2 基本概念

规定：环境温度：298.15K(K热力学温度单位，开尔文，注意K不能小写)环境压力：1 atm=765 mmHg =1.01325×105 Pa(帕斯卡)热力学标准压力：pe=1bar（巴）=100kPa单位中的k表示“千”，不能大写，如KPa则是错的物质的量n定义：系统物质的量，指某一系统的基本单元数目的物理量.该系统中所包含的基本单元数与0.0012kg碳-12的原子数目相等。在使用物质的量时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。“物质的量”的单位是摩尔（mo1）。0.0012kg碳-12的原子数目=6.022×1023。即一个基本单元的粒子数目（1摩尔）为6.022×1023。（阿佛加德罗常数）。下1mo1任何物质的指定基本单元，都含有相同的基本单元数。如：

规定： 环境温度：298.15K(K热力学温度单位，开尔文，注意K不能小写) 环境压力：1 atm＝765 mmHg =1.01325×105 Pa(帕斯卡) 热力学标准压力：pθ=1bar（巴）=100 kPa (单位中的k表示“千”，不能大写，如KPa则是错的） 二、 物质的量 n 定义：系统物质的量，指某一系统的基本单元数目的物理量.该系 统中所包含的基本单元数与0.0012kg碳-12的原子数目相等。 在使用物质的量时，基本单元应予指明,可以是原子、分子、 离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。 “物质的量”的单位是摩尔(mol) 。 0.0012kg碳-12的原子数目=6.022×1023。即一个基本单元的 粒子数目（1摩尔）为6.022×1023。（阿佛加德罗常数）。 1 mol任何物质的指定基本单元，都含有相同的基本单元数。 如：

1mo1 H,0分子中含有水分子的个数是6.022×1023含有的氢原子的个数是2×6.022×1023。含有的氧原子的个数是6.022×1023。摩尔质量每1摩尔物质的量的质量称为该物质的摩尔质量（M）M= m/n其数学表达式为：M：摩尔质量，单位是kg/mol（一般使用g/mol）m： 某系统的质量。 n：某系统物质的量。当使用g/mo1作为摩尔质量的单位时，任何元素原子的摩尔质量，在数值上等于其相对原子质量；任何分子的摩尔质量，在数值上等于其相对分子质量；任何离子的摩尔质量，在数值上等于其离子式量。摩尔分数：在混合物中，某组分的“物质的量”与混合物的“物质的量”之比称为某组分的摩尔分数。x

1mol H2O分子中含有水分子的个数是6.022×1023 。 含有的氢原子的个数是2×6.022×1023。含有的氧原子 的个数是6.022×1023 。 摩尔质量 每1摩尔物质的量的质量称为该物质的摩尔质量（M）。 其数学表达式为： M= m/n M：摩尔质量，单位是kg/mol（一般使用g/mol） m: 某系统的质量。 n：某系统物质的量。 当使用g/mol作为摩尔质量的单位时，任何元素 原子的摩尔质量，在数值上等于其相对原子质量；任何 分子的摩尔质量，在数值上等于其相对分子质量；任何 离子的摩尔质量，在数值上等于其离子式量。 摩尔分数： 在混合物中，某组分的“物质的量”与混合物 的“物质的量”之比称为某组分的摩尔分数。x

三、气体1、理想气体方程符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。理想气体状态方程式：pV= nRTR：摩尔气体常量，8.314J/mol.K在STP下，p =101.325kPa， T-273.15Kn=1.0 mol时, V.=22.414L=22.414X10-3m3R = pV101325 Pa × 22.414 ×10 -3 m福nT1.0mol x 273.15K一= 8.314 J mol -1 .K

三、气体 1、理想气体方程 符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身 的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。 理想气体状态方程式： pV = nRT R：摩尔气体常量，8.314J/mol.K 在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3 1 1 8.314 J mol K      1.0mol 273 .15K 101325 Pa 22.414 10 m 3 3     

例：某气体在293K和9.97×104Pa时的体积为0.19dm3,质量为0.132g。求该气体的相对分子质量。它可能是什么气体？解：pV= nRTn = m/MpV = mRT/M即：M = mRT/(pV)M = 0.132g ×8.314Pa.m3.mol-1.K-1 × 293K/(9.97×104Pa × 0.19x10-3 m3)= 17 g/mol该气体的相对分子质量17g/mol，它可能是NH3

解： pV = nRT n = m/M pV = mRT/M M = mRT/(pV) 即： M = 0.132g 8.314Pa.m3 .mol-1.K-1  293K/(9.97104Pa  0.1910-3 m3) = 17 g/mol 该气体的相对分子质量17 g/mol，它可能是NH3 例： 某气体在293K和9.97104Pa时的体积为0.19dm3， 质量为0.132g。求该气体的相对分子质量。它可能是什 么气体？

例：一个280K的敬开广口瓶里的气体需加热到什么温度才能使三分之一的气体逸出瓶外？解：pV = nRT因p,V一定，所以有nT=常数,即是n,Ti=n,T,而T,时瓶中的气体物质的量为：n, =n ×2/3所以 T2 = n,T,/n2 =T ×3/2 = 280K ×3/2 = 420K当温度达到420K时有三分之一的气体逸出瓶外

解： pV = nRT 因p,V一定，所以有nT=常数,即是n1T1=n2T2 而T2时瓶中的气体物质的量为：n2 = n1  2/3 所以 T2 = n1T1 /n2 =T1 3/2 = 280K 3/2 = 420K 当温度达到420K时有三分之一的气体逸出瓶外。 例：一个280K的敞开广口瓶里的气体需加热到什么 温度才能使三分之一的气体逸出瓶外？