西北大学：《无机化学与分析化学》课程教学资源（PPT课件）第03章 化学热力学的初步概念与化学平衡

第3章 化学热力学 的初步概念 与化学平衡

第3章 化学热力学 的初步概念 与化学平衡

1．了解化学变化过程中的热效应、恒容反应热和恒压反应热 的概念与测定；会写热化学方程式； 2．初步了解焓的概念，知道焓变是化学反应自发过程的一种 驱动力； 3．会进行有关热化学的一般计算； 4．初步了解熵、熵变和绝对熵的概念，知道熵变是化学反应 的自发过程的另一种驱动力； 5．初步了解热力学第一、第二、第三定律的概念； 6．初步了解吉布斯自由能及吉布斯-亥姆霍兹方程，初步学会用其判 据化学反应的自发性； 7．掌握化学平衡状态及标准平衡常数概念，会进行简单的化 学平衡移动判断及有关计算。 本章教学要求

1．了解化学变化过程中的热效应、恒容反应热和恒压反应热 的概念与测定；会写热化学方程式； 2．初步了解焓的概念，知道焓变是化学反应自发过程的一种 驱动力； 3．会进行有关热化学的一般计算； 4．初步了解熵、熵变和绝对熵的概念，知道熵变是化学反应 的自发过程的另一种驱动力； 5．初步了解热力学第一、第二、第三定律的概念； 6．初步了解吉布斯自由能及吉布斯-亥姆霍兹方程，初步学会用其判 据化学反应的自发性； 7．掌握化学平衡状态及标准平衡常数概念，会进行简单的化 学平衡移动判断及有关计算。 本章教学要求

3.1 热化学和焓 Thermochemistry and enthalpy 3.2 熵和熵变—反应自发性的另一种 判据 Entropy and entropy change — judgment for spontaneous reaction 3.3 自由能——反应自发性的最终判 据 Free energy－the determined criterion for the spontaneous process 3.4 平衡状态和标准平衡常数 Equilibrium and standard equilibrium constant

3.1 热化学和焓 Thermochemistry and enthalpy 3.2 熵和熵变—反应自发性的另一种 判据 Entropy and entropy change — judgment for spontaneous reaction 3.3 自由能——反应自发性的最终判 据 Free energy－the determined criterion for the spontaneous process 3.4 平衡状态和标准平衡常数 Equilibrium and standard equilibrium constant

热力学是研究各种形式能量相互转化时遵循的规律 。 “themodynamics”一词是由希腊文中的“therme”(意 为“热”或“能”)与“dynamics”(意为“力”)组合而成 的。将热力学原理和方法用于研究化学问题产生了化学 热力学(Chemical thermodynamics), 主要回答诸如化学反 应过程中吸收或放出的热量、化学反应的自发性(即两种 物质之间能否发生化学反应)以及化学反应的限度(反应完 成之后反应物的量与产物的量之间的关系)等化学家十分 关注的一类基本问题

热力学是研究各种形式能量相互转化时遵循的规律 。 “themodynamics”一词是由希腊文中的“therme”(意 为“热”或“能”)与“dynamics”(意为“力”)组合而成 的。将热力学原理和方法用于研究化学问题产生了化学 热力学(Chemical thermodynamics), 主要回答诸如化学反 应过程中吸收或放出的热量、化学反应的自发性(即两种 物质之间能否发生化学反应)以及化学反应的限度(反应完 成之后反应物的量与产物的量之间的关系)等化学家十分 关注的一类基本问题

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

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

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 ★ 状态和状态函数 (state and state function) 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！

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 ★ 状态和状态函数 (state and state function) 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！

★ 过程和途径 (process & road) 恒温过程(isaothermal process): T1 = T2 = Tex 恒压过程(isobaric process): p1 = p2 = pex 恒容过程(constant volume process): V1 = V2 可逆过程(reversible process): 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。 ★ 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)。 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

★ 过程和途径 (process & road) 恒温过程(isaothermal process): T1 = T2 = Tex 恒压过程(isobaric process): p1 = p2 = pex 恒容过程(constant volume process): V1 = V2 可逆过程(reversible process): 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。 ★ 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)。 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

    B 0 BB A B Y Z  a b y z ★ 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（x 的单位是 mol） B B B B B 0  x  x n n ( )  n ( )     B 物质B的化学计量数 y z a b  Z          Y A B

    B 0 BB A B Y Z  a b y z ★ 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（x 的单位是 mol） B B B B B 0  x  x n n ( )  n ( )     B 物质B的化学计量数 y z a b  Z          Y A B

N g  3 H g  2 NH g  2  2  3 x 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 1.5 5.5 3.0 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                   x  x  x  x n n n 反应进度必须对应具体的反应方程式！ Question 1 Solution

N g  3 H g  2 NH g  2  2  3 x 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 1.5 5.5 3.0 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                   x  x  x  x n n n 反应进度必须对应具体的反应方程式！ Question 1 Solution

3.1 热化学和焓 Thermochemistry and enthalpy 3.1.1 化学和物理变化过程中的热效应 Heat ef ect during the chemical and physical processes 3.1.3 热化学计算和盖斯定律 Thermochemical calculation and Hess’ law 3.1.2 焓和焓变—反应自发性的一种判 据 Enthalpy and enthalpy change — the criterion of spontaneous reaction

3.1 热化学和焓 Thermochemistry and enthalpy 3.1.1 化学和物理变化过程中的热效应 Heat ef ect during the chemical and physical processes 3.1.3 热化学计算和盖斯定律 Thermochemical calculation and Hess’ law 3.1.2 焓和焓变—反应自发性的一种判 据 Enthalpy and enthalpy change — the criterion of spontaneous reaction