大学化学思维导图

包含基本概念、热力学第一定律、热效应、自发过程、熵、吉布斯自由能、化学平衡、平衡常数、平衡移动等等。

化学热力学

• 能量关系
  • 基本概念
    • 体系与环境
      • 体系：人为划分开的与周围物质或空间的研究对象
      • 环境：体系以外的与体系密切相关的其他部分
      • 分类
        • 敞开体系：物质交换、能量交换
        • 封闭体系：能量交换
        • 孤立体系：无物质交换、无能量交换
    • 状态和状态函数
      • 体系的状态：体系的物理性质与化学性质的综合表现
      • 状态函数：体系性质与状态之间的函数关系
      • 特征
        • 体系状态一定，状态函数一定
        • 状态的变化只取决于体系的初始状态和终结状态
        • 各个状态函数之间相互联系、相互制约。如PV=nRT
    • 过程和途径
      • 过程：从始态到终态的变化
      • 途径：完成这个变化的路线或步骤
      • 基本过程
        • 等温过程 T1=T2
        • 等压过程 P1=P2=P外
        • 等容过程
        • 绝热过程 Q=0
  • 热力学第一定律
    • 能量守恒与转化定律 宏观静止体系 封闭体系
      • 表达式：
      • 始态内能U1，终态内能U2，从环境吸热Q，对环境做功W
    • 内能
      • 绝对值存在，但不清楚 状态函数
      • 体系内部所有粒子除整体势能及动能外，全部能量的总和
      • 一定量的理想气体，内能只是温度的函数
    • 热与功
      • 热
        • 途径函数
        • 体系与环境之间由于存在温度差别而交换的能量
        • 符号：Q 单位：J
      • 功
        • 途径函数
        • 体系与环境间除热以外以其他各种形式交换的能量
        • 符号：W 单位：J
          • 体系对环境做功，W>0；环境对体系做功，W<0
        • 分类
          • 体积功：由于体积变化做的功
          • 非体积功:体积功以外的功，也叫有用功
  • 热效应与焓
    • 热效应
      • 体系在物理的或化学的等温等压或等温等容过程中，不做非体积功时吸收或放出的热
      • 等容热效应
      • 等压热效应(敞口体系）
    • 焓
      • 状态函数
      • H(g)>H(l)>H(g) H(高温)>H(低温）
      • Qp=ΔH
        • 盖斯定律求ΔH
    • 标准摩尔反应焓变
      • 标准状态下，按照化学计量数反应吸收或放出的热量
      • 标准状态：100kPa 固体、液体的纯物质，气体为理想气体，溶液浓度为1mol/dm3
      • 符号：ΔrHmΘ 单位：kJ
    • 标准摩尔生成焓变
      • 标准状态下，由参考态单质生成1mol某物质的反应标准焓变
      • 参考态单质：在指定条件下单质最稳定的状态，参考态单质的标准生成焓为零
    • 相关计算
• 反应方向
  • 自发过程
    • 自发性的标准：产生有用功的本领
      • 可被利用做有用功，则反应可以自发进行；否则，反应不能自发进行
  • 熵
    • 绝对值清楚，并且知道 状态函数
    • 符号：S
      • 描述体系的混乱度
    • 热力学第三定律：在绝对零度时，任何纯物质的完整晶体的熵值为零
    • 摩尔规定熵：Sm(T)
      • 标准摩尔规定熵：
        • 单位：
    • 相关计算
  • 吉布斯自由能
    • 绝对值存在，但无法确定 状态函数
    • G=H-TS
      • 符号：G
    • 热力学第二定律：描述反应发生的方向
    • 标准摩尔吉布斯自由能变
      • 标准摩尔反应吉布斯自由能变
        • • 单位：
        • <0，此过程自发进行
        • =0，体系平衡
        • >0，是非自发反应
      • 标准摩尔生成吉布斯自由能变
        • 参考态单质的标准摩尔生成吉布斯自由能为零
      • 相关计算
  • 吉布斯-亥姆霍兹公式
    • • 为压力商
      • 为浓度商
• 反应限度
  • 化学平衡
    • 正逆反应
    • 平衡状态：在可逆反应中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度或分压不再随时间而改变的状态
    • 平衡态是一定条件下化学反应所能进行的最大限度
  • 平衡常数
    • 气相反应
      • =0
      • K只是温度的函数
    • 溶液反应
      • 同理气相反应
    • 意义
      • 相对平衡分压，相对平衡浓度
      • 平衡常数的大小，表明了在一定条件下反应进行的限度
      • 值越大，正反应进行越完全；反之，进行越不完全
    • 多重平衡规则
      • 条件：温度相同
      • 反应加减，平衡常数乘除
      • 反应乘n，平衡常数开n次方/平衡常数n次幂
  • 平衡移动
    • 浓度的影响
      • 增加反应物浓度或减少生成物浓度
        • J<K
          • <0
            • 平衡右移
      • 减少反应物浓度或增加生成物浓度
        • J>K
          • >0
            • 平衡左移
    • 压力的影响
      • 体系总压力改变是指所有组分气体的分压力同等程度的改变
      • 惰性气体的加入虽然改变体系的总压力，但不改变组分气体的分压力，故平衡不移动
    • 温度的影响
      • 吕•查德理原理：当体系达到平衡后，如果改变体系平衡条件之一，平衡就向减弱这个改变的方向移动