文档介绍：第3讲化学热力学基础【竞赛要求】热力学能(内能)、焓、热容、自由能与熵概念。生成焓、生成自由能、标准熵及有关计算。自由能变化与反应方向性。吉布斯-亥姆霍兹方程极其应用。范特霍夫标准熵及其应用。热化学循环。【知识梳理】一、基本概念1、体系与环境体系:我们研究对象,称为体系。环境:体系以外其它部分,称为环境。例如:我们研究杯子中H2O,则H2O是体系,水面上空气,杯子皆为环境。当然,桌子、房屋、地球、太阳也皆为环境。但我们着眼于与体系密切相关环境,即为空气与杯子等。又如:若以N2与O2混合气体中O2作为体系,则N2是环境,容器也是环境。按照体系与环境之间物质、能量交换关系,将体系分为三类:(1)敞开体系:既有物质交换,也有能量交换。(2)封闭体系:无物质交换,有能量交换。(3)孤立体系:既无物质交换,也无能量交换。例如:一个敞开瓶口,盛满热水瓶子,水为体系,则是敞开体系;若加上一个盖子,则成为封闭体系;若将瓶子换成杜瓦瓶(保温瓶),则变成孤立体系。热力学上研究得多是封闭体系。2、状态与状态函数状态:由一系列表征体系性质物理量所确定下来体系一种存在形式,称为体系状态。状态函数:确定体系状态物理量,是状态函数。例:某理想气体体系n=1mol,p=×105Pa,V=,T=273K这就是一种存在状态(我们称其处于一种标准状态)。是由n,p,V,T所确定下来体系一种状态,因而n,p,V,T都是体系状态函数。状态一定,则体系状态函数一定。体系一个或几个状态函数发生了变化,则体系状态也要发生变化。始态与终态:体系变化前状态为始态;变化后状态为终态。状态函数改变量:状态变化始态与终态一经确定,则状态函数改变量是一定。例如:温度改变量用△T表示,则△T=T-T 同样理解△n,△p,△V等意义。3、过程与途径过程:体系状态发生变化,从始态到终态,我们说经历了一个热力学过程。简称过程。若体系在恒温条件下发生了状态变化,我们说体系变化为“恒温过程”,同样理解“恒压过程”、“恒容过程”。若体系变化时与环境之间无热量交换,则称为之“绝热过程”。途径:完成一个热力学过程,可以采取不同方式。我们把每种具体方式,称为一种途径。过程着重于始态与终态;而途径着重于具体方式。例如:某理想气体,经历一个恒温过程:p=1×105PaV=2dm3p=2×105PaV=1dm3恒温过程可以有许多不同途径:×105Pa4dm32×105Pa1dm31×105Pa2dm34×,取决于始终态,无论途径如何不同。如上述过程两种途径中:△p=p-p=2×105Pa-1×105Pa=1×105Pa△V=V-V=1dm3-2dm3=-1dm34、体积功化学反应过程中,经常发生体积变化。体系反抗外压改变体积,产生体积功。设:在一截面积为S圆柱形筒内发生化学反应,体系反抗外压p膨胀,活塞从I位移动到II位。这种W=p·△V称为体积功,以W表示。若体积变化△V=0,则W=0我们研究体系与过程,若不加以特别说明,可以认为只做体积功。即:W=W5、热力学能(内能)体系内部所有能量之与,包括分子原子动能,势能,核能,电子动能……,以及一些尚未研究能量,热力学上用符号U表示。虽然体系内能尚不能求得,但是体系状态一定时,内能是一个固定值,因此,U是体系