四、化学热力学基础

大学化学的化学热力学基础部分，教材为XJTU的蓝皮大学化学教材。大学物理热力学基础，详解思维导图。热力学是理工科，比如物理、化学、工程等学科的重要基础课程之一。内容详尽，大家可以根据自己的理解在此基础上自行增减，希望可以给备考的朋友们带来便捷，谢谢！

四、化学热力学基础

• 4.1热力学的基本概念
  • 4.1.1系统与环境
    • 概念
    • 系统的类型（3）
      • 敞开、封闭、孤立
    • 单相、多相
      • 区分的关键是有无相界面
        • 举例：理想气态物质、酒精与水、四氯化碳与水
  • 4.1.2状态与状态函数
    • 状态函数：描述系统状态的物理量。
    • 状态函数的特征
      • 状态一定，状态函数的数值一定
      • 状态函数的变化值只与始态终态有关，与具体过程无关
    • 状态函数按性质分
      • 强度性质——不具有加和性，如：温度、压力、粘度等
      • 容量性质——具有加和性，如：质量、体积、热力学能等。
  • 4.1.3过程与途径
    • 概念
      • 一个过程可由不同的途径实现
    • 一些过程：等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程。另外一种常见过程：可逆过程
      • 注意：等温（压/容）过程指的是始末态相同且与环境相同，中间可以波动
• 4.2热力学第一定律
  • 4.2.1热力学能（内能）（U）
    • 概念
      • 不考虑系统总体动能和势能
      • 内部所有微观粒子的能量之和
      • 以动能和势能的形式储存在系统中的总能量
    • 是一个状态函数
      • 具有容量性质
    • 热力学能的大小与系统的温度、体积以及物质的量有关
    • 对于一定量的理想气体，U与体积无关，从而只与温度有关
  • 4.2.2热和功
    • 系统和环境交换能量的两种形式
    • 本质
      • 热：大量微粒无序热运动造成的能量自发地由高温物体向低温物体的传递
      • 功：分子的有规则运动能量向无规则运动能量的转化和传递
    • 都不是状态函数，与过程相关，过程结束即不再区分
    • 功的分类
      • 体积功
      • 非体积功
  • 4.2.3热力学第二定律
    • ΔU = U2 - U1 = Q + W
      • 封闭系统
• 4.3焓与盖斯定律
  • 4.3.1焓及其性质
    • 焓
      • H = U + pV
        • 一个新的状态函数
    • 焓变
      • Q = H2 - H1 = ΔH
        • 等压，只做体积功的特定条件
    • 对不同系统焓变的讨论
      • 对同一物质
      • 对某一化学反应，等于等压反应热
      • 焓变的大小与物质的量成正比
  • 4.3.2化学反应热效应
    • 概念
      • 无非体积功，且在一定压力下，反应前后温度相同时，化学反应吸收或放出的热量
    • 量热计
      • 保温、测温
    • 等容热效应
      • 简易量热计
        • 利用热容
    • 等压热效应
      • 弹式量热计
        • Qv = ΔU
    • 二者关系：Qp - Qv = pΔV = ΔnRT
  • 4.3.3化学反应热效应计算
    • 热力学标准状态
      • 标准压力---100kPa
      • 标准态没有特别指明温度，任何温度下都存在标准状态，常用 298.15 K （近似为298 K）
      • 气、液、固、溶液的标准态
    • 反应进度（ξ）
      • 标准摩尔反应晗
    • 热化学方程式
      • 既能表明物质的量的关系，又能反映标准摩尔焓变值
      • 热效应 kJ/mol、聚集状态、反应条件（298K可省）
    • 标准摩尔生成焓
      • 由参考单质生成单位物质的量的化合物 formation
      • C（石墨）、P（白磷）、金属固体、气体...这些物质为0
    • 标准摩尔燃烧焓
      • 单位物质的量完全燃烧时的焓变 combustion
      • 完全燃烧产物 水（液），二氧化碳（气）...这些物质为0
    • 键焓
      • 标准压力下，气态分子断开1mol特定化学键
  • 焓变计算
    • f
      • 生 - 反
    • c
      • 反 - 生
    • b
  • 盖斯定律
    • 方程式组解法、图解法
• 4.4热力学第二定律
  • 自发过程特点
    • 不可逆
    • 有限度
    • 有判据
  • 混乱度&熵
    • S = k lnΩ
    • ΔS = Qr / T
      • 热温商--可逆反应
  • 熵的性质
    • 同一物质，固液气
    • 同一聚集态，温度压力
    • 不同物质，结构
    • 热力学第三定律
    • 状态函数
    • 平衡态与自发态，系统与环境的总熵
  • 化学反应的熵变
    • 生 - 反
  • 热力学第二定律
    • 三种表述
• 4.5吉布斯函数与化学反应自发性的判据
  • 吉布斯函数
    • G = H - TS
    • 吉布斯等温方程式，> < = 0
  • 物理意义
    • 状态函数
    • 自发过程的推动力
    • 可利用的能量
  • 吉布斯函数变计算
    • 用标准生成吉布斯函数变 计算 反应的标准吉布斯函数变—— 生 - 反
    • 100kPa，1mol/L理想溶液，H离子，标准 生成焓 生成吉布斯函数变 熵 均为0
  • 应用
    • 判断化学反应进行的方向
      • 非标准态与标准态反应的吉布斯函数变的关系
        • (标准) +RT lnJ
    • 判断物质的稳定性
      • 标准生成吉布斯函数变的负值越大，稳定性越大
    • 估计反应进行的温度——转变温度
    • 设计耦合反应