化学热力学(1)

化学热力学(1)的思维导图，其中热力学第一定律也称为能量守恒定律，它说明了在任何物理过程中，系统的内能都不会减少，只会发生转化或传递。

化学热力学

• 基本概念
  • 热力学基本定律
    • 热力学第一定律
      • 能量守恒
        • 1. 能量守恒定律是自然界中最基本的法则之一，它表明在一个封闭系统中，能量的总量是不变的。
        • 2. 热力学第一定律也称为能量守恒定律，它说明了在任何物理过程中，系统的内能都不会减少，只会发生转化或传递。
      • 热功转换
    • 热力学第二定律
      • 熵增原理
        • 1. 熵增原理：自然界中的过程总是沿着熵增的方向进行，即热量从高温处传递到低温处，使得系统总熵增加。
        • 2. 逆向不可行：在孤立系统中，熵增原理限制了逆向过程的进行，因为无法将热量反向传递回高温源。
        • 3. 热力学第二定律：熵增原理是热力学第二定律的核心内容之一，描述了自然界中不可逆过程的普遍性。4. 微观现象：熵增原理也适用于微观粒子的行为，如热运动和碰撞等过程。
      • 热力学效率
  • 状态函数
    • 内能
    • 焓
      • 1. 焓是热力学中用来描述系统内能变化的一个物理量，单位为焦耳。
      • 2. 焓的定义式为H = U + PV + W,其中U表示内能，P表示压强，V表示体积，W表示外功。
      • 3. 焓是一个状态函数，它只与系统的状态(如温度、压力、体积等)有关，而与过程无关。
      • 4. 焓的变化可以通过热量和功的传递来实现，即ΔH = Q - W,其中Q表示吸收的热量，W表示所做的功。
      • 7. 焓和熵是一对相反的概念，它们共同构成了热力学第二定律的基本内容。
    • 熵
      • 1. 熵是热力学中用来衡量系统混乱程度的物理量，表示系统的无序程度。
      • 3. 熵在热力学循环过程中保持不变，但可能随时间发生变化。
      • 4. 熵增加意味着系统从有序走向无序，熵减少则相反。
      • 5. 熵与热力学第二定律密切相关，描述了自然界中能量转换和传递的方向性。
    • 吉布斯自由能
      • 1. 吉布斯自由能(ΔG)是衡量化学反应中能量变化的物理量，计算公式为：ΔG = ΔH - TΔS,其中ΔH表示焓变，T表示温度，ΔS表示熵变。
      • 2. 吉布斯自由能的正负表示反应的方向：当ΔG为正值时，反应是吸热的；当ΔG为负值时，反应是放热的；ΔG为零时，反应处于平衡状态。
      • 4. 吉布斯自由能的变化率(dΔG/dT)可以反映反应速率常数的大小，当dΔG/dT增大时，速率常数增大，反应加速进行；当dΔG/dT减小时，速率常数减小，反应减速进行。
      • 3. 吉布斯自由能与标准态之间的差异称为内能差(ΔU),计算公式为：ΔU = Q - W,其中Q表示生成物的总内能，W表示反应物的总内能。
• 化学反应热力学
  • 化学反应的热力学数据
    • 反应焓变
      • 1. 反应焓变是衡量化学反应过程中能量变化的物理量，反映了反应物和生成物之间的能量差异。
      • 2.反应焓变与反应的自由能变化密切相关，自由能降低的反应焓变为正值，反之为负值。
    • 反应熵变
      • 1. 熵变是化学反应中的重要热力学参数，用于衡量反应过程的混乱程度和自发性，通常用ΔS表示。
    • 反应吉布斯自由能变
      • 1. 反应吉布斯自由能变(ΔG°)是衡量化学反应过程中能量变化的指标，它反映了反应的焓变和熵变。
      • 2. ΔG°越小，表示反应过程越有利于能量的释放或吸收，具有较高的热力学活性。
  • 化学反应的方向和限度
    • 吉布斯自由能判据
      • 吉布斯自由能与平衡常数的关系
        • 如果Q <K0,即A,Gm. T <0,反应能正向自发进行 如果Q=Kθ，即A,Gm. r=0，反应达到平衡状态 如果Q >Kθ，即A,Gm r>0，反应能逆向自发进行
    • 化学平衡
      • 影响因素
        • 温度
          • 放热反应温度升高平衡逆移， 吸热反应温度升高平衡正移
        • 浓度
          • C反应物↑ Q<Kθ平衡正移 C生成物↓ Q> Kθ平衡逆移
        • 压力
          • (1)当反应方程式前后气体分子数不相等时，增加系统的总压力，平衡将向气体分子数少的方向移动;降低系统的总压力平衡将向气体分子数多的方向移动 (2)增加反应物的分压或降2NO2(g) (红棕色) = N2O4(g)低产物的分压，平衡向正向 移动;反之平衡向逆向移动 (3)当反应方程式前后气体分子数相等时，改变系统的总压力，平衡不移动