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
• 基本概念
• 能量转换与热力学能
• 化学反应热
• 热力学第二定律和熵
  • 自发反应与自发过程
    • 在一定条件下，不需要任何外力推动就能自动进行的过程（或反应）叫自发过程（或自发反应）
    • 特点
      • 有方向性
      • 有做非体积功的潜力
      • 有一定限度
    • 非自发过程也可以发生，但必须以另一个自发过程为代价
    • 推动力
      • 熵：描述体系混乱度（微观状态数）
        • 可逆过程热温商S=Qr/T，r表示可逆（reversible）
        • S=klnΩ；k：玻尔兹曼常数；Ω：热力学概率（微观状态数）
        • 特征
          • 体系混乱度越大，熵值越大
          • 熵是体系的状态函数，属于广度性质，具有加和性
          • 熵变大小只取决于体系终态与始态，与变化途径无关
        • 热力学第三定律
          • 0K时，一切纯物质的完整晶体熵值为0
        • 以某纯物质在0K时的完整晶体熵值（为0）为相对标准求得的熵值，称为该物质的规定熵，S(B)
          • 标准摩尔熵：标准状态下，1mol纯物质在温度T时的规定熵
        • 化学反应标准熵变计算
          • 生成物减反应物
          • 若温度改变没有引起物质聚集状态改变，熵变几乎不变
        • 熵增加原理
          • 在孤立体系中，任何变化都不可能使熵总值减少
          • 孤立体系过程或反应能否自发进行的熵判据
      • 能量降低；混乱度增加
  • 可逆过程
    • 某体系经一过程，由状态A变到状态B之后，再从状态B沿原路返回到状态A，不在环境中留下任何痕迹（系统和环境同时复原），则过程就是可逆过程
    • 特点
      • 有无限多微步骤，经无限长时间完成
      • 在等温可逆过程中，体系对环境做功最多，环境对体系做功最少
      • 理想过程
  • 热力学第二定律
    • 任何体系在没有外界影响时，总是单向的趋于某种极限状态——热力学平衡态，而绝不可能自动的逆向进行
    • 其他描述
      • 克劳修斯描述：在自然条件下，热不能自发地由低温物体传向高温物体
      • 开尔文描述：不可能从单一热源吸取热，使之全部转变为功，而不留下其他影响
• 化学反应方向和吉布斯自由能
  • △S孤立=（△S体系+△S环境）≥0； △S环境=Q环境/T；Q环境=-Q体系； 等温等压条件下，不做非体积功时， Q体系=△H体系； △S环境=-△H体系/T； △S孤立=△S体系-△H体系/T; -T△S孤立=△H体系-T△S体系
    • G=H-TS
    • 吉布斯-亥姆霍兹公式：△G=△H-T△S
      • △G<0自发
      • △G=0时的温度，即平衡时的温度，称为转变温度
    • 标准吉布斯自由能变：标准态下，由稳定单质生成1mol纯物质的生成反应的吉布斯自由能变，叫做该物质的标准摩尔生成吉布斯自由能，△fGmθ
      • 稳定单质：△fGmθ=0，△fHmθ=0，但Smθ≠0
    • 由△fGmθ计算△rGmθ：生成物减反应物
  • 最小自由能原理
    • 等温等压条件下，不做非体积功时，自发反应总是向着吉布斯自由能减小的方向进行，等温等压条件下，做非体积功时，-△G≥-W（非体积功）
    • 体系的吉布斯自由能变可以看做为系统总能量中具备做非体积功的能量