化学热力学基础

化学热力学基础化学热力学基础 1.1 热力学基本概念1.1.1 体系和环境1.1.2 状态和状态函数1.1.3 过程和途径1.1.4 热力学能热力学能1.1.5 热和功1.2 化学反应的能...

化学热力学基础

• 热力学第一定律
  • 热力学的基本概念和常用术语
    • 体系和环境：热力学中称研究的对象为体系（又称系统），称体系以外的其他部分为环境
    • 状态和状态函数：由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的存在形式称为体系的状态，借以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。
    • 过程和途径：体系的状态发生变化，从始态变到终态，则称体系经历了一个热力学过程，简称过程。体系经历一个过程，由始态变到终态，这种变化过程可以采取多种不同的具体方式来实现，实现过程的每一种具体方式称为一种途径
    • 体积功：在许多过程中，体系的体积发生变化，体系在反抗外界压强，发生体积变化时，有功产生这种功称为体积功
  • 热力学第一定律
    • 热力学第一定律的内容：△U＝Q＋W
    • 功和热
• 热化学
  • 化学反应的热效应
    • 恒容反应热：在恒容过程中完成的化学反应称，为恒容反应，其热效应称为恒容反应热，通常用Qv表示。 △U＝Qv＋W。式中的功W＝-P×△V，而恒容反应中△V＝0，故W＝0。则△∪＝Qv
    • Qp与Qv的关系：Qp＝Qv＋△nRT，当反应物与生成物气体的物质的量相等（△n＝0）时，或反应物与生成物全是固体或液体时，恒压反应热与恒容反应热近似相等，Qp＝Qv 引入反应摩尔焓变△rHm，他表示，某反应按所给定的反应方程式进行1mol反应，△rHm＝△rH／§。△rHm＝△rUm＋△vRT，△v＝△n／§
    • 恒压反应热：在恒压过程中完成的化学反应称，为恒压反应，其热效应称为恒压反应热，通常用Qp表示。 △U＝Qp＋W，Qp＝△U-W，由于W＝-p外△V，故Qp＝△U＋p外△V，即Qp＝U2-U1＋p外（V2-V1）由于恒压过程，即p2＝p1＝p外，Qp＝（U2＋p2V2）-（U1＋p1V1）因为∪，p，V都是体系的状态函数，故U＋pV必然是体系的状态，函数这个状态函数用H表示，称为焓，它是具有加和性的物理量。令H＝U＋pV，故Qp＝△H
    • 反应进度概念：反应进度是用来描述某一化学反应进行程度的物理量
  • 盖斯定律：一个化学反应，若能分解成几步来完成，咋总反应的热效应等于各部反应的热效应之和，这就是盖斯定律
  • 生成热：化学热力学规定某温度下，由于标准状态的各种元素的指定单质生成，标准状态的1mol纯物质的热效应叫做该温度下该物质的标准摩尔生成热，简称标准生成热用符号△fHm⊙表示。根据盖斯定律有生成热等于生成物减反应物
  • 燃烧热：化学热力学规定在100kPa压强下，1mol物质完全燃烧时的热效应，叫做该物质的标准摩尔燃烧热，简称标准燃烧热，用符号 表示。标准反应热等于反应物减生成物
  • 从键能估计反应热
• 化学反应的方向
  • 过程进行的方式
    • 各种途径的体积功
    • 可逆途径
  • 化学反应进行的方向：化学反应的方向，就是指各种物质均处于标准状态时，化学反应以不可逆方式进行的方向
  • 反应焓变对反应方向的影响：反应的标准，摩尔焓变对反应的进行方向有重要影响，但它不是唯一的影响因素，可以说，放热是化学反应进行的一种趋势，化学反应向吸热方向进行，时其原因有待于进一步探讨。
  • 状态函数 熵
    • 混乱度和微观状态函数：微观状态数越多，表明体系的混乱度越大，微观状态数可以定量的表明体系的混乱度
    • 状态函数 熵：熵是一种具有加和性的状态函数。△S＝Qr／T
    • 热力学第三定律和标准熵：标准摩尔熵变等于生成物减反应物
  • 状态函数 吉布斯自由能
    • 吉布斯自由能判据：若某化学反应在恒温恒压下进行过程中，不仅有体积功，且有非体积功，于是，热力学第一定 律表达式中的W应写成W体＋W非，△rU＝Q＋W体＋W非，Q＝△rU-W体-W非＝△rU-（-p△V）-W非，故Q＝△rH-W非。Qr＝T△S。 -△G＞-W非 反应以不可逆方式进行 -△G＝-W非 反应以可逆方式进行 -△G＜-W非 反应不能进行 恒温恒压下不做非体积功的化学反应进行方向的判据为 △G＜0 反应以不可逆方式进行 △G＝0 反应以可逆方式进行 △G＞0 反应不能进行
    • 标准摩尔生成吉布斯自由能：化学热力学规定某温度下，由于处于标准状态的各种元素的指定单质生成，1mol某纯物质的吉布斯自由能改变量，叫做这种温度下该物质的标准摩尔生成吉布斯自由能，用符号△fGm⊙表示。标准摩尔生成吉布斯自由能等于生成物减反应物。△rGm⊙＝△rHm⊙-T△rSm⊙