化学热力学基础

这是一篇关于化学热力学基础的思维导图，主要内容包括：化学热力学，基本概念，能量转换守恒与热力学能，化学反应热，热力学第二定律和熵，化学反应方向和吉布斯自由能。

化学热力学基础

• 化学热力学
  • 应用热力学原理，研究化学反应过程中能量变化规律的一门科学
  • 解决的主要问题
    • 化学反应可能性
    • 化学反应限度
    • 化学反应方向
  • 特征和局限性
    • 宏观方法，不能深入到微观领域、从原子分子运动的水平阐述变化发生原因
    • 只观测过程发生可能性，不能告诉我们变化所需时间及变化根本原因
• 基本概念
  • 体系与环境
    • 体系是热力学的研究对象；体系以外的其他部分常称为环境
    • 根据体系和环境间有无物质和能量交换，分为三类
      • 敞开体系（有能量与物质之间的交换）
      • 封闭体系（有能量交换无物质交换）（热力学主要研究）
      • 孤立体系（无物质能量交换）
  • 状态和状态函数
    • 体系所有宏观性质的综合表现叫 体系的状态；表述体系状态的宏观物理量称为状态函数
    • 状态函数特征
      • 状态函数是状态的单值函数
      • 条件变化时，状态也将变化，但状态函数的变化值只与始态终态有关
      • 不同状态函数集合也是状态函数
    • 状态函数分类
      • 广度性质
        • 一定条件下有加和性，其数值与体系中物质的量有关，如V、m等
      • 强度性质
        • 不具有加和性，不随体系物质的量改变而改变，由体系物质本身性质决定
  • 过程和途径
    • 热力学体系中发生的一切变化都称之为热力学过程，简称过程
    • 体系中由同一始态到同一种终态，可以采取多种不同方式来实现，每一种具体方式称为途径
    • 途径可以理解为体系由始态到终态所经历的所有过程之和
  • 热和功
    • 热：因温度不同而在体系和环境之间传递的能量形式，用Q表示
      • 无序能量
      • 化学反应热、相变热、简单变温引起的热传递本质是物质粒子做无序运动的结果
    • 功：除了热以外，体系和环境之间的其他一切能量传递形式都称为功，用W表示
      • 有序能量
      • 体积功（引起体系体积变化）
        • 机械功、电功通常只做体积功
      • 非体积功（除体积功外所有形式的功）
      • 功一定是反抗外界压力，克服阻力做功，特别关注体积功
  • 体积功计算（以理想气体等温膨胀为例）
    • 一次膨胀
      • W=-p外△V
    • 准静态等温膨胀（可逆过程）
      • 外压每次只比内压减小一个无穷小量，气缸内气体体积每次只增加无穷小量，使整个体系全过程都无限接近平衡态，最终要经历无限次时间和无限次膨胀
      • 体系对环境做的功最大（压缩同理，准静态等温压缩环境需要做的功最少）
        • 功、热不是状态函数
• 能量转换守恒与热力学能
• 化学反应热
• 热力学第二定律和熵
• 化学反应方向和吉布斯自由能