西北大学：《普通化学》课程教学资源（PPT课件）第四章 化学热力学的初步概念与化学平衡 Primary Conception of Chemical Thermodynamics & Chemical Equilibrium

第4章 化学热力学的初步 概念与化学平衡 Chapter 4 Primary Conception of Chemical Thermodynamics Chemical Equilibrium

第4章 化学热力学的初步 概念与化学平衡 Chapter 4 Primary Conception of Chemical Thermodynamics & Chemical Equilibrium

4:1热力学术语和基本概念 Thermodynamics terms and primary concepts 4.2 热化学 Thermochemistry 4.3 焓和焓变 Enthalpy and enthalpy changes 4.4熵和熵变 Entropy and entropy changes 4.5自由能 反应自发性 Free energy-to relate it to 的判据 spontaneous process 4.6平衡状态和标准平衡常数 Equilibrium and standard equilibrium constant 上页下页 节首 节尾

2 4.1 热力学术语和基本概念 4.2 热化学 4.3 焓和焓变 4.5 自由能——反应自发性 的判据 4.6 平衡状态和标准平衡常数 4.4 熵和熵变 Thermodynamics terms and primary concepts Thermochemistry Enthalpy and enthalpy changes Free energy－to relate it to spontaneous process Entropy and entropy changes Equilibrium and standard equilibrium constant

4.1热力学术语和基本概念 4.1.1体系和环境 4.1.2状态和状态函数 4.1.3过程和途径 4.1.4相 4.1.5化学反应计量式和反应进度 上页下页节首节尾

3 4.1.1 体系和环境 4.1.2 状态和状态函数 4.1.3 过程和途径 4.1.4 相 4.1.5 化学反应计量式和反应进度 4.1 热力学术语和基本概念

4.1.1体系和环境 (system and environment) 体 系：被研究的直接对象 环境：体系外与其密切相关的部分 敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换 封闭体系：与环境有能量交换无物质交换 孤立体系：与环境无物质、能量交换 物质 物屙 物质 能量 能量 能量 上页下页 节首节尾

4 体 系：被研究的直接对象 环 境 : 体系外与其密切相关的部分 敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换 封闭体系：与环境有能量交换无物质交换 孤立体系：与环境无物质、能量交换 4.1.1 体系和环境 (system and environment)

4.1.2状态和状态函数(state and state function) 状态：一定条件下体系存在的形式 状态函数：描述系统性质的物理量，例如p，V,T等 状态函数具有鲜明的特点：()状态一定，状态函数一定.(2)状态变化， 状态函数也随之而变，且状态函数的变化值只与始态、终态有关， 而与变化途径无关 4.1.3过程和途径(process&road 恒温过程：T,=T2=T,恒压过程：P1=2=P、恒容过程：V=V 可逆过程：体系从终态到始态时，消除了对环境产生的一切影响，可 逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态 4.1.4相(phase 体系中物理性质和化学性质完全相同的任何均 匀部分.相和相之间有明显的界面. 相又分为均相体系（或单相体系）和非均相体系 (或多相体系)， 上页下页 节首 节尾

5 状 态: 一定条件下体系存在的形式 状态函数: 描述系统性质的物理量，例如 p，V，T等. 状态函数具有鲜明的特点: (1) 状态一定,状态函数一定. (2) 状态变化, 状态函数也随之而 变,且状态函数的变化值只与始态、终态有关, 而与变化途径无关. 4.1.2 状态和状态函数 (state and state function) 4. 1. 3 过程和途径 (process & road) 恒温过程: T1 = T2 = Tex 恒压过程: p1 = p2 = pex 恒容过程: V1 = V2 可逆过程: 体系从终态到始态时，消除了对环境产生的一切影响，可 逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态. 体系中物理性质和化学性质完全相同的任何均 匀部分.相和相之间有明显的界面. 4.1.4 相 (phase) 相又分为均相体系(或单相体系)和非均相体系 (或多相体系)

4.1.5化学反应计量式和反应进度 (stoichoimetric equation and reaction progress) 若化学反应计量式为 aA+bB→yY+Z 0=∑B B VB一物质B的化学计量数 VB=-b 则其反应进度为 △ne_-nB(5)-nB(0) VB VB 飞的单位是mol 上页下页 节首 节尾

6 物质B的化学计量数      B 0 BB A B Y Z  a b y z  B y z a b  Z          Y A B 4. 1. 5 化学反应计量式和反应进度 （stoichoimetric equation and reaction progress） 若化学反应计量式为 则其反应进度为 B B B B B ( ) (0)     n n  n     的单位是mol

Example 1 N,(g)+3H,(g)→2NH,(g) 5 t时ng/mol 3.0 10.0 0 0 t时ng/mol2.0 7.0 2.0 1 t时ng/mol 1.5 5.5 3.0 2 5=AmN,）_2.0-30)mol =1.0mol v(N2) -1 5= △m(H2)_(7.0-10.0)mol =1.0mol v(H2) -3 51= △n(NH,）(2.0-0)mol =1.0mol V(NH 3) 2 52=1.5mol 反应进度必须对应具体的反应方程式 N.()+II.(g)-NH,() t=t时 ,台==(2.0-30mol =2.0mol V(N2) -1/2 止页 下页 节首 节尾

7 N g  3H g  2 NH g  2  2  3  时 时 时 2 1 0 t t t /mol /mol /mol B B B n n n 3.0 10.0 0 0 2.0 7.0 2.0 1.5 5.5 3.0 1 2             1.5mol 1.0mol 2 (2.0 0)mol NH NH 1.0mol 3 (7.0 10 .0)mol H H 1.0mol 1 (2.0 3.0)mol N N 2 3 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1                          n n n Example 1   H g NH g 2 3 N g 2 1 2  2  3     2.0mol 1/ 2 (2.0 3.0)mol 2 2 N ' N 1         n , t  t1时 反应进度必须对应具体的反应方程式

4.2热化学(thermochemistry) 4.2.1化学和物理变化过程中的热效应 4.2.2热和功 4.2.3热力学能 4.2.4热效应的测定 4.2.5热化学方程式 Chemical reactions produce work and heat in the body 8 止页下节首节尾

8 4.2 热化学 (thermochemistry) 4.2.1 化学和物理变化过程中的热效应 4.2.2 热和功 4.2.3 热力学能 4.2.4 热效应的测定 4.2.5 热化学方程式 Chemical reactions produce work and heat in the body

4.2.1化学和物理变化过程中的热效应 (heat effect during the chemical and physical processes) (1)热效应：是各类过程中放出或吸收的热量，研究物质化学 和物理变化过程中热效应(heat effect)的学科. GAS Melting SOLID LIQUID Freezing (2) 能量守恒定律 Q得+Q失=0 任何形式的能都不能凭空产生也不能凭空消失，宇宙 (环境+体系)的能量是恒定的 上页下页 节首 节尾

9 4.2.1 化学和物理变化过程中的热效应 (heat effect during the chemical and physical processes) （1）热效应：是各类过程中放出或吸收的热量，研究物质化学 和物理变化过程中热效应(heat effect)的学科. （2） 能量守恒定律 Q得 + Q失 = O 任何形式的能都不能凭空产生也不能凭空消失，宇宙 （环境+体系）的能量是恒定的

(3)热容(heat capacity,.C) 使某物体温度升高1K时所需的热量，热容除以物质的量得摩尔 热容 (molar heat capacity)Cm 2=nCm AT Example 2 100.0J的热量可使1mol铁的温度上升3.98K,求铁的Cm Solution Substance specific heat capacity (J/C.g) H0(0 4.18 Cm=0 H20(s) 2.03 n△T Al(s) 0.89 100.0J Fe(s) 0.45 (1mol)(3.98K) Hg(1) 0.14 25.1 J.mol-.K-1 C(s) 0.71 上页 下页 节首 节尾

10 Q = nCm T (3) 热容（heat capacity, C） 使某物体温度升高1K时所需的热量.热容除以物质的量得摩尔 热容 (molar heat capacity) Cm 100.0 J 的热量可使 1mol 铁的温度上升 3.98 K,求铁的 Cm. Solution 1 1 m 25.1 J mol K (1mol)(3.98K) 100.0J         n T Q C Example 2 Substance specific heat capacity (J/℃·g) H2O (l) 4.18 H2O (s) 2.03 Al (s) 0.89 Fe (s) 0.45 Hg (l) 0.14 C (s) 0.71