北京化工大学：《无机化学》课程教学资源（PPT课件）第三章 平衡体系的化学热力学基础

4h无机化学Inorganic Chemistry第三章平衡体系的化学热力学基础

1 无机化学 Inorganic Chemistry 第三章 平衡体系的化学热力学基础 4h

有什么问题2

2 有什么问题

化学反应中关注的宏观问题一为什么化学反应的可能性（方向）1.化学反应能否进行2.如果能进行，有无热量放出或吸收化学反应中的能量转化（热效应）3.反应进行的程度化学反应的限度问题（平衡）4.需要多长时间才能进行完全化学反应中的速率问题化学热力学：从化学反应中的能量变化出发，去研究化学反应的方向和程度的一门科学3

3 化学热力学：从化学反应中的能量变化出发，去研 究化学反应的方向和程度的一门科学。 化学反应中关注的宏观问题—为什么 1. 化学反应能否进行 化学反应的可能性(方向） 2. 如果能进行，有无热量放出或吸收 化学反应中的能量转化(热效应) 3. 反应进行的程度 化学反应的限度问题(平衡) 4. 需要多长时间才能进行完全 化学反应中的速率问题

热力学关注热量与温度的科学>热力学（thermodynamics）是从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律的学科。属于物理学的分支，它与统计物理学分别构成了热学理论的宏观和微观两个方面>热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质它提示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律，总结了物质的宏观现象而得到的热学理论。>热力学并不追究由大量微观粒子组成的物质的微观结构而只关心系统在整体上表现出来的热现象及其变化发展所必须遵循的基本规律>热力学从实验观测得到的基本定律为基础和出发点，应用数学方法，通过逻辑演绎，得出有关物质各种宏观性质之间的关系和宏观物理过程进行的方向和限度。热力学属于唯象理论，由它引出的结论具有高度的可靠性和普适性

4 热力学 ➢ 热力学（thermodynamics）是从宏观角度研究物质的 热运动性质及其规律的学科。属于物理学的分支，它与 统计物理学分别构成了热学理论的宏观和微观两个方面。 ➢ 热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质 ， 它提示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏 观规律，总结了物质的宏观现象而得到的热学理论。 ➢ 热力学并不追究由大量微观粒子组成的物质的微观结构， 而只关心系统在整体上表现出来的热现象及其变化发展 所必须遵循的基本规律。 ➢ 热力学从实验观测得到的基本定律为基础和出发点，应 用数学方法，通过逻辑演绎，得出有关物质各种宏观性 质之间的关系和宏观物理过程进行的方向和限度。热力 学属于唯象理论，由它引出的结论具有高度的可靠性和 普适性。 关注热量与温度的科学

四大定律热力学内容的核心：热力学第零定律（定义温度，1939）如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。热力学第一定律（能量转化与守恒定律，△U=Q+W）热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但在转换过程中能量总值保持不变热力学第二定律（热现象的方向性，1850）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。增原理：不可逆热力过程中增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“摘”）不会减小。热力学第三定律（1906）热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时将趋于定值，而对于完整晶体而言，这个定值为零。5

5 热力学内容的核心：四大定律 ◆ 热力学第零定律 (定义温度，1939) 如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也 必然处于热平衡。 ◆热力学第一定律 (能量转化与守恒定律，△U=Q+W) 热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或 其他能量互相转换，但在转换过程中能量总值保持不变。 ◆热力学第二定律 (热现象的方向性，1850) ✓ 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。 ✓ 开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的 功而不产生其他影响。 ✓ 熵增原理：不可逆热力过程中熵增量总是大于零。在自然过程 中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。 ◆热力学第三定律(1906) 热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时将趋于定值，而对于 完整晶体而言，这个定值为零

内容要点热力学的特点2.内能、焰、熵、自由能的作用及区别3.热一定律与反应热计算；热二定律与反应方向判断4.自由能的计算与反应方向的判断5.反应焰变的计算6

6 内容要点 1. 热力学的特点 2. 内能、焓、熵、自由能的作用及区别 3. 热一定律与反应热计算；热二定律与反 应方向判断 4. 自由能的计算与反应方向的判断 5. 反应焓变的计算

化学热力学1.研究系统的特征：关注大量粒子集体作用的宏观性质，宏观性质是微观状态的统计平均(统计力学)2.研究体系的共性：热运动中的热量与温度3.研究的方法论：状态函数法(U, H, S, G)4.理论体系：热力学四大定律

7 化学热力学 1. 研究系统的特征： 关注大量粒子集体作用的宏观性质，宏观性 质是微观状态的统计平均 (统计力学) 2. 研究体系的共性： 热运动中的热量与温度 3. 研究的方法论： 状态函数法 （U, H, S, G） 4. 理论体系： 热力学四大定律

热力学基本概念3.1系统与环境状态与状态函数广度性质与强度性质过程与途径可逆过程与非可逆过程热和功化学反应计量式及反应进度热力学能(内能)、恰、熵、自由能标准状态面

8 3.1 热力学基本概念  系统与环境  状态与状态函数  广度性质与强度性质  过程与途径  可逆过程与非可逆过程  热和功  化学反应计量式及反应进度  热力学能(内能)、焓、熵、自由能  标准状态

3.1.1系统和环境意一一研究对象范围的界定系统，又称体系，是热力学中被研究的对象，系统以外的其它部分称为环境故口杯三类热HLLLALLLLLL保温瓶力学系统开系统封闭系统孤立系统开系统：既有能量交换，又有物质交换封闭系统：有能量交换，但没有物质交换孤立系统：既无能量交换，又无物质交换9

9 系统，又称体系，是热力学中被研究的对象， 系统以外的其它部分称为环境。 3.1.1 系统和环境——研究对象范围的界定 敞开系统：既有能量交换，又有物质交换。 封闭系统：有能量交换，但没有物质交换。 孤立系统：既无能量交换，又无物质交换。 敞开系统 封闭系统 孤立系统 三类热 力学系 统

3.1.2状态和状态函数由一系列表征系统性质的物理量所确定的系统的存在形式称为系统的状态，用以确定系统状态的物理量称为系统的状态函数对理想气体，p、V、T、n即为系统的状态函数状态一定，状态函数也一定理想气体状态函数变化，状态也变化。n=lmolp=1.013×105Pa始态和终态：系统变化前的状态V=22.4L为始态，变化后的状态为终态。T=273K系统的始终态确定后，各状态函数的改变量就确定了。△p、△V、△T、△n△T= T终- T始状态丽数的变化量只取决于初束慈，与过程及路径无美

10 3.1.2 状态和状态函数 由一系列表征系统性质的物理量所确定的系统的 存在形式称为系统的状态，用以确定系统状态的 物理量称为系统的状态函数。 对理想气体，p、V、T、n 即为系统的状态函数 状态一定，状态函数也一定。 状态函数变化，状态也变化。 系统的始终态确定后，各状态函数的改变量就确定了。 p、V、T、n 始态和终态：系统变化前的状态 为始态，变化后的状态为终态。 T = T终 – T始 ！状态函数的变化量只取决于初末态，与过程及路径无关！