中山大学：《无机化学》课程电子教案（PPT教学课件）第二章 化学热力学初步

第二章化学热力学初步 troduction to Chemical Thermodynamics “热力学”发展史: 19世纪中叶,发明蒸汽机 ■1884一热力学第一定律,德物理学家 Julius robert meger(迈尔); ■1885—热力学第二定律,德物理学家 Rudolph clausius(克劳修斯);1851, 英物理学家 William Thomson erman Nernst(能斯特)

第二章 化学热力学初步 Introduction to Chemical Thermodynamics “热力学”发展史： ◼ 19世纪中叶，发明蒸汽机 ◼ 1884 —热力学第一定律，德物理学家 Julius Robert Meger (迈尔); ◼ 1885 —热力学第二定律，德物理学家 Rudolph Clausius（克劳修斯）；1851， 英物理学家William Thomson Kermanm Nernst（能斯特）

热力学简介 (一)什么叫“热力学” 热力学是研究热和其他形式的能量 互相转变所遵循的规律的一门科学。 (二)什么叫“化学热力学” 应用热力学原理,研究化学反应过 程及伴随这些过程的物理现象,就形成 了“化学热力学

一、热力学简介 （一）什么叫“热力学” ◼ 热力学是研究热和其他形式的能量 互相转变所遵循的规律的一门科学。 （二）什么叫“化学热力学” ◼ 应用热力学原理，研究化学反应过 程及伴随这些过程的物理现象，就形成 了“化学热力学

热力学简介(续 (三)化学热力学研究什么问题(研究对象) ■例:29815K,各气体分压101325kPa下, N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △Gm°/kJ/mol0 165 △Gm0=2(-165)-0-3×0=-33kJ/mol ■指定条件(标准状态)下,正反应自发进行

一、热力学简介 （续） （三）化学热力学研究什么问题（研究对象） ◼ 例：298.15 K，各气体分压101.325 kPa下， ◼ N2 (g) + 3H2 (g) = 2 NH3 (g) ◼ △fGm ø/ kJ/mol 0 0 -16.5 △rGm ø = 2 (-16.5) – 0 – 3× 0 = - 33 kJ/mol ◼ 指定条件（标准状态）下，正反应自发进行

成NH3装置N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) Represen Fump to arculate Haber process for 30300am he reaction Pump to 8)= NH() Heat Heat Nand H, Orhei 130-300atm)

合成NH3装置 N2 (g) + 3H2 (g) = 2 NH3 (g)

热力学简介(续 反应的方向(△Gn°0.吸热) 4.反应机理—反应是如何进行的? 5.反应速率反应多快? ■“化学热力学”回答前3个问题; “化学动力学”回答后2个问题

一、热力学简介 （续） 1. 反应的方向 (△rGm ø ﹤0 ?) 指定条件下，正反应可否自发进行； 2. 反应的限度——如果正反应可自发进行，正 反应能否进行到底 (K 大小); 3. 反应过程的能量转换——放热？吸热？ （ △rHm﹤0,放热; △rHm﹥0,吸热） 4. 反应机理——反应是如何进行的？ 5. 反应速率——反应多快？ ◼ “化学热力学”回答前3个问题； ◼ “化学动力学”回答后2个问题

、热力学简介(续) (四)热力学方法的特点 ■1研究本系的宏观性质 即大量质点的平均行为,所得结论具有统计 意义;不涉及个别质点的微观结构及个体行为, 不依据物质结构的知识。 2不涉及时间概念 例:H2(g)+%O2(g)=%H2O( △Gn=-237.19kJ/mol<0正反应自发 无机化学课的“化学热力学初步”,着重应用热力学的一些结论, 去解释一些无机化学现象

一、热力学简介 （续） (四）热力学方法的特点 ◼ 1.研究本系的宏观性质 ◼ 即大量质点的平均行为，所得结论具有统计 意义；不涉及个别质点的微观结构及个体行为， 不依据物质结构的知识。 ◼ 2.不涉及时间概念。 例：H2 (g) + ½ O2 (g) = ½ H2O(l) △rGm ø= - 237.19 kJ/mol  0 正反应自发 ◼ 无机化学课的“化学热力学初步”，着重应用热力学的一些结论， 去解释一些无机化学现象

常用的热力学术语 (-)体系和环境( system and surrounding) 体系—即作为研究对象的物质。 环境—体系之外,与体系密切相关 影响(物质交换和能量交 换)所及的部分。 体系分类 按体系与环境的关系(有无物质交换和/或 能量交换)划分

二、常用的热力学术语 （一）体系和环境(system and surrounding) ◼ 体系——即作为研究对象的物质。 ◼ 环境——体系之外，与体系密切相关 影响（物质交换和能量交 换）所及的部分。 体系分类 按体系与环境的关系（有无物质交换和/或 能量交换）划分

(一)体系和环境(续) 物质交换能量交换 敞开体系 有 (open system) 封闭体系 无 (closed system) 有有无 孤立体系 无 (isolated system)

（一）体系和环境 （续） ◼ 物质交换 能量交换 ◼ 敞开体系 有 有 ◼ (open system) ◼ 封闭体系 无 有 ◼ (closed system) ◼ 孤立体系 无 无 （isolated system）

(一)体系和环境(续) 例:热水置于敞口瓶中—“敞开体系” 热水置于敞口瓶中,加盖—“封闭 体系” 热水置于敞口瓶中,加盖,再放入 保温瓶中—近似“孤立体系” (二)状态和状态函数 通常用体系的宏观可测性质(K、p 、p密度…)来描述体系的热力学状

（一）体系和环境 （续） ◼ 例：热水置于敞口瓶中——“敞开体系” ◼ 热水置于敞口瓶中，加盖——“封闭 体系” ◼ 热水置于敞口瓶中，加盖，再放入 保温瓶中——近似“孤立体系” （二）状态和状态函数 ◼ 通常用体系的宏观可测性质（V、p、 T、ρ密度……）来描述体系的热力学状 态

(二)状态和状态函数(续) 通常用体系的宏观可测性质(Ⅳ、p、T、p密 度∴.)来描述体系的热力学状态。 1.状态( state)指体系总的宏观性质。 例如:气体的状态,可用宏观性质中p、V T和n(物质的量)来描述 pV=nRT(理想气体状态方程) 显然,这4个物理量中,只有3个是独立的。 2.状态函数( state function)一即确定体系热 力学状态的物理量。如:p,V,T,n,p(密 度),U(热力学能或内能),H(焓),S 熵),G(自由能)等

（二）状态和状态函数（续） ◼ 通常用体系的宏观可测性质（V、p、T、ρ密 度……）来描述体系的热力学状态。 ◼ 1. 状态（state）——指体系总的宏观性质。 ◼ 例如：气体的状态，可用宏观性质中p、V、 T 和n（物质的量）来描述。 ◼ pV = nRT （理想气体状态方程） ◼ 显然，这4个物理量中，只有3个是独立的。 ◼ 2. 状态函数（state function）—即确定体系热 力学状态的物理量。如：p，V，T，n，ρ（密 度），U（热力学能或内能），H（焓），S （熵），G（自由能）等