14化学热力学基础
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热力学基础、动力学基础、化学平衡知识要点—大众化学补充一、热力学基础(研究化学反映方向、程度(进行的可能性),反映涉及的能量) 对于化学反映:其中B ν为物质B 的化学计量数。
反映物的化学计量数为负,产物的化学计量数位正。
反映进度: 单位为mol.反映进度必需对应的化学计量方程式。
热和功1.2.1热---系统与环境之间由于存在温差而传递的能量。
系统吸热:Q >0; 系统放热:Q <0。
功---系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量;系统对环境做功,W <0(失功);环境对系统做功,W >0(得功)。
功的分类:体积功(膨胀功)、非体积功(如表面功、电功)。
1.2.2热力学第必然律: 焓: 1.3.1反映的标准摩尔焓变:r △,一个反映的焓变必需对应的化学计量方程式。
标准状态:气体:T ,p =100kPa ;液、固体:T ,1个大气压下,纯物质;溶液:溶质B ,b B =1mol·kg -1,,C B =1mol·L -1,1.3.2 f H △(B,相态,T ),单位是kJ·mol -1:在温度T 下,由参考状态单质生成物质B(νB =+1)的标准摩尔焓变,称为物质B 的标准摩尔生成焓。
参考态单质的标准摩尔生成焓为零。
1.3.3 c △相态,T ),单位是kJ·mol -1:在温度T 下, 物质B (νB = -1)完全氧化成指定产物时的标准摩尔焓变,称为物质B 的标准摩尔燃烧焓。
燃烧产物和O2的标准摩尔燃烧焓均为零。
1.3.4 Hess 盖斯定律:化学反映无论是一步完成仍是分几步完成,其反映焓变老是相同的对于化学反映:a A + b B → y Y + z Zr △T ) = ∑νBf H △:焓变=生成物的生成焓之和—反映物的生成焓之和;r △T ) =- ∑νB焓变=反映物的燃烧焓之和—生成物的燃烧焓之和; 自发转变:在没有外界(即没有非体积功)作用下,系统自身发生转变的进程。
化学热力学的基本定律化学热力学是研究化学反应中热现象的科学,它揭示了物质在化学反应中的热变化规律。
在化学热力学的研究中,有一些基本定律被广泛应用,帮助我们理解和预测化学反应中的热现象。
本文将介绍化学热力学中的基本定律,包括热力学第一定律、热力学第二定律和熵增定律。
热力学第一定律是热力学的基本定律之一,也称为能量守恒定律。
它表明在一个系统中,能量的总量是守恒的,能量既不能被创造也不能被毁灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W,其中ΔU表示系统内能的变化,Q表示系统吸收的热量,W表示系统对外界做功。
根据热力学第一定律,系统吸收的热量等于系统内能的增加与对外界所做的功之和。
热力学第一定律的一个重要应用是热力学循环的分析。
在热力学循环中,系统经历一系列的热力学过程,最终回到初始状态。
根据热力学第一定律,整个热力学循环中系统的内能变化为零,即ΔU = 0。
这意味着系统在一个完整的热力学循环中,吸收的热量等于对外界所做的功,系统的总能量保持不变。
热力学第二定律是热力学中另一个重要的定律,也称为熵增定律。
热力学第二定律表明在一个孤立系统中,熵永远不会减少,只会增加或保持不变。
熵是描述系统无序程度的物理量,熵增定律可以解释为自然趋向于混乱的方向。
热力学第二定律还提出了热力学不可逆过程的概念,即在不可逆过程中系统的总熵必定增加。
熵增定律对于化学反应的方向和速率有着重要的影响。
在化学反应中,如果系统的总熵增加,那么这个反应是自发进行的;反之,如果系统的总熵减少,那么这个反应是不自发进行的。
通过熵增定律,我们可以预测化学反应的进行方向,以及了解反应的自发性和不可逆性。
除了热力学第一定律和热力学第二定律外,熵增定律也是化学热力学中的重要定律之一。
熵增定律指出在一个孤立系统中,熵的总变化永远大于等于零,即ΔS ≥ 0。
这意味着孤立系统中的熵永远不会减少,只会增加或保持不变。
熵增定律也可以解释为自然趋向于混乱的方向,系统总是倾向于朝着熵增加的方向发展。
化学热力学基础概念化学热力学是研究化学反应中能量变化的学科,它是化学的一个重要分支。
在化学反应中,物质的能量会发生变化,热力学正是研究这种能量变化的规律和原理。
本文将介绍化学热力学的基础概念,包括能量、焓、熵和自由能等。
一、能量能量是物质存在的基本属性,是物质运动和相互作用的结果。
在化学反应中,能量的变化可以分为两类:热能和化学能。
热能是指物质的温度和热量的能量,而化学能是指物质分子之间的化学键能量。
二、焓焓是热力学中常用的一个物理量,表示系统的热能。
在化学反应中,焓的变化可以用来描述反应的放热或吸热过程。
焓的变化可以通过测量反应物和生成物的温度变化来确定。
三、熵熵是热力学中描述系统无序程度的物理量,也可以理解为系统的混乱程度。
在化学反应中,熵的变化可以用来描述反应的自发性和方向性。
熵的变化越大,反应越倾向于自发进行。
四、自由能自由能是热力学中描述系统能量状态的物理量,也是判断反应是否进行的重要指标。
自由能的变化可以用来判断反应的可逆性和方向性。
当自由能变化为负时,反应是可逆的;当自由能变化为正时,反应是不可逆的。
五、热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本定律之一,也被称为能量守恒定律。
它表明能量在物质转化过程中不会凭空消失或产生,只会从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律可以用数学公式表示为ΔU = Q - W,其中ΔU表示系统内能的变化,Q表示系统吸收的热量,W表示系统对外界做的功。
六、热力学第二定律热力学第二定律是热力学的另一个基本定律,也被称为熵增定律。
它表明在孤立系统中,熵总是增加的,即系统的无序程度总是增加的。
热力学第二定律还提出了熵增定律的两个等价表述:卡诺定理和熵不减原理。
七、热力学第三定律热力学第三定律是热力学的最后一个基本定律,也被称为绝对零度定律。
它表明在绝对零度下,系统的熵为零。
热力学第三定律还提出了绝对零度的概念,即绝对零度是温度的最低限度,为0K或-273.15℃。
化学热力学基础概念热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学,而化学热力学则是热力学在化学领域的应用。
化学热力学基础概念是学习化学热力学的第一步,掌握这些基础概念对于深入理解化学反应过程和能量变化至关重要。
一、热力学系统在化学热力学中,我们首先要了解的概念是热力学系统。
热力学系统是指我们研究的对象,可以是封闭系统、开放系统或孤立系统。
封闭系统是与周围环境隔绝但能交换能量的系统,开放系统可以与周围环境交换能量和物质,而孤立系统则与外界完全隔绝,既不能交换能量也不能交换物质。
二、热力学过程热力学过程描述了系统从一个状态变化到另一个状态的过程。
常见的热力学过程包括等温过程、绝热过程、等压过程和等体过程。
在等温过程中,系统的温度保持不变;在绝热过程中,系统与外界没有热量交换;在等压过程中,系统的压强保持不变;在等体过程中,系统的体积保持不变。
三、热力学状态函数热力学状态函数是描述系统状态的函数,与系统的过程无关,只与系统的初末状态有关。
常见的热力学状态函数包括内能、焓、熵和自由能等。
内能是系统的热力学状态函数,表示系统的总能量;焓是在恒压条件下的状态函数,表示系统的热力学状态;熵是系统的无序程度的度量,是一个状态函数;自由能是系统能量的一种表达形式,包括吉布斯自由能和哈密顿量等。
四、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述,它指出能量可以从一种形式转化为另一种形式,但总能量守恒。
数学表达式为ΔU = q + w,即系统内能的变化等于系统吸收的热量与对外界做的功的和。
其中,ΔU表示内能的变化,q表示吸收的热量,w表示对外界做的功。
五、热力学第二定律热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一,它规定了自然界中热现象发生的方向。
热力学第二定律有多种表述形式,其中最著名的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述指出热量不会自发地从低温物体传递到高温物体,而开尔文表述则指出不可能制造出一个只吸收热量而不做功的系统。
第一章热力学基础目的要求:1. 理解热力学的一些基本概念:系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程。
2. 明确热力学能和焓的定义及状态函数的特征,理解热力学能变与恒容热,焓变与恒压热之间的关系。
3. 理解热力学第一定律的文字表述,掌握热力学第一定律的数学表达式及其应用。
4. 理解可逆过程及其特征。
5. 明确过程量热和功的正、负,理解体积功、热容、显热、潜热、化学反应热、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。
6. 能熟练地运用热力学第一定律计算系统在理想气体的纯P V T变化、在相变化及化学变化中的应用(计算功、热、热力学能变、焓变)。
7. 能熟练地应用标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓求标准摩尔反应焓,能用基尔霍夫公式计算不同温度下化学反应的焓变。
8. 了解自发过程的共同特征。
理解热力学第二定律的文字表达。
9. 了解熵判据的表达式和熵增原理,较熟练地计算单纯P、V、T变化过程、相变和化学反应的熵变。
10. 理解规定摩尔熵、标准摩尔熵,理解标准摩尔反应熵的定义及掌握化学反应熵差的计算。
11. 理解熵的物理意义,了解热力学第三定律、卡诺循环、卡诺定理。
12. 明确亥姆霍兹函数、吉布斯函数的概念,较熟练地计算各种恒温过程的△ G13. 明确熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据应用条件,会用熵判据、吉布斯函数判据判断过程的方向和限度。
14. 了解热力学基本方程及一些重要关系式。
教学重点难点:1. 基本概念:系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程2 •热力学的状态函数:热力学能、焓、熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数过程量:热和功3 •基本定律:热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律4 •热力学第一定律对理想气体的状态变化过程、相变过程及化学变化过程的应用(计算Q W △ U>A H)o5 •热力学判据:熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据的具体应用(计算A S A G A F)o教学难点:1 •状态与状态函数2•热力学第一定律、热力学第二定律3•熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据教学内容:第一章热力学基础热力学的研究对象及方法热力学是研究能量相互转化过程中所遵循的规律及各种因素对能量转化的影响的科学。
《化学热力学基础》教案[ 教学要求]1 .熟悉热力学第一定律及其相关概念。
2 .掌握化学反应热效应;了解反应进度概念。
3 .掌握热化学方程式;反应热、反应焓变的计算;盖斯定律及有关计算;吉布斯能和化学反应方向的判断。
[ 教学重点]化学热力学的四个状态函数— 热力学能、焓、熵、自由能[ 教学难点]焓、熵[ 教学时数] 8 学时[ 主要内容]1 .化学热力学的特点,体系和环境、敞开体系、封闭体系、孤立体系的概念、状态和状态函数、广度性质和强度性质、等温过程和等压过程、绝热过程、内能、热和功。
2 .热力学第一定律;化学反应热效应:等容化学反应热和等压反应热的概念及关系、焓及焓变的概念及计算,化学反应进度概念,热化学方程式,反应热的计算:盖斯定律及其应用、标准生成焓。
3 .吉布斯能和化学反应的方向:自发过程及其特点、熵和熵变、标准熵变的计算、吉布斯能和自发过程关系、吉布斯— 赫姆霍兹方程式;吉布斯能判断反应的自发性,标准生成吉布斯能及其计算。
[ 教学内容]5-1化学热力学的研究对象5-2基本概念化学反应:1 .化学反应的方向、限度2 .能量变化3 .反应速率4 .反应机理5 .反应的控制化学热力学:应用热力学的基本原理研究化学反应,化学变化过程的能量变化问题热力学:主要解决化学反应中的三个问题:①化学反应中能量是如何转化;②化学反应的方向性;③反应进行的程度。
动力学:机理、反应的现实性和方向性例:热传递:高温→ 低温;气体扩散:压力大→ 压力小;溶液:浓度大→ 浓度小体系:作为研究对象的一部分物体,包含一定种类和一定数量的物质。
1 .敞开体系;2 .封闭体系;3 .孤立体系。
环境:除体系以外的与体系密切相关的部分称为环境状态及状态函数:状态是体系的总性质1. 由压力、温度、体积和物质的量等物理量所确定下来的体系存在的形式称为体系的状态2. 确定体系状态的物理量称为状态函数3. 状态函数的特点:状态函数只与体系的始态和终态有关,而与变化的过程无关P 、V 、T 、n过程与途径1. 状态变化的经过称为过程( 恒温、恒压、恒容、绝热过程)2. 完成过程的具体步骤称为途径3. 状态1 → 状态2 :途径不同,状态函数改变量相同;4. 状态一定时,状态函数有一个相应的确定值。
化学热力学基础热力学是研究物质能量转化与传递规律的学科,它在化学中起着重要的作用。
化学热力学是热力学在化学中的应用,它研究化学反应中的能量变化、熵变以及自由能的变化。
本文将介绍化学热力学的基础知识,包括能量、熵和自由能的概念,以及它们在化学反应中的应用。
一、能量能量是物质存在和运动的基本属性,也是化学反应中的核心概念。
在化学热力学中,常用的能量单位是焦耳(J),它表示物质发生转换时释放或吸收的能量。
能量可以按照不同的形式进行分类,包括动能、势能和内能等。
动能是物体由于运动而具有的能量,它与物体的质量和速度有关。
势能是物体由于位置而具有的能量,如重力势能、电位能等。
内能是物质分子或原子内部的能量,包括分子的振动、转动和电子的能级等。
在化学反应中,能量可以从一个物质转移到另一个物质,或由一个形式转化为另一个形式。
根据能量守恒定律,能量在转移和转化过程中总量保持不变。
二、熵熵是描述物质混乱程度的物理量,也是化学热力学中的重要概念。
熵的单位是焦耳/开尔文(J/K)。
熵的增加代表物质的混乱程度增加,而熵的减少代表物质的有序程度增加。
根据熵的定义,封闭系统内熵的增加是不可逆的,即系统的熵在不受外界干扰情况下只能增加或保持不变,而不会减少。
化学反应中的熵变是反应前后熵的差值。
当化学反应导致物质的混合或混乱程度增加时,反应的熵变为正值;当化学反应导致物质的有序程度增加时,反应的熵变为负值。
三、自由能自由能是热力学中一个基本概念,它表示系统进行非体积功(P-V 功)时可利用的能量。
自由能的单位与能量相同,为焦耳(J)。
在化学反应中,可以根据自由能的变化来判断反应的进行方向和可逆性。
当自由能变化为负值时,反应是可逆的,可自发进行;而当自由能变化为正值时,反应是不可逆的,需要外界输入能量才能进行。
化学反应的自由能变化可以用自由能变化(ΔG)来表示。
ΔG与反应的熵变(ΔS)和焓变(ΔH)之间存在着关系:ΔG = ΔH - TΔS,其中T为温度(单位为开尔文)。
化学热力学基本概念从宏观角度看,当物质与外界发生相互作用的时候,区域温度可能发生变化,这种现象被称为热力学效应。
热力学是一门探究热量和能量之间相互转化关系的科学。
在热力学中,有许多基本概念和重要定律,本文将着重介绍其中的一些基本概念。
能量能量可以看做是物体的某种状态或运动形式,而热力学中的能量指与热有关的能量。
热能是指由于热量转移而形成的能量,例如热的动能(物体的热量要求的来源)。
热量热量是指由物质内部能量的转移造成的能量转化。
当物质的内部能量由于温度差异而从高能量物质向低能量物质转移时,就会产生热量这种形式的热能。
热量的质量单位是焦耳(J),其中1焦耳等于在温度为1摄氏度下,1克纯水的温度升高了1摄氏度所放出的热量。
熵熵是描述热力学系统混乱度的物理量,它表示了系统的范围内团聚和秩序的程度,通常可以简单理解为混乱度或不可逆性。
熵是一个在热力学中非常重要的概念,与能量的消耗和热量的传递有联系。
气体状态方程气体状态方程是热力学中经常用到的数学模型,用于描述气体体积、压强、温度和物质量之间的关系。
为了方便,人们通常采用理想气体状态方程来描述,理想气体状态方程的基本表达式为P V = n R T,其中P、V、n、R和T分别表示气体的压强、体积、物质量、气体常量和温度。
理想气体状态方程可以用于计算气体的热力学性质和做各种气体相关的计算。
热力学第一和第二定律热力学的第一定律是能量守恒定律,它在热力学的任何过程中都成立:在任何一个开放或封闭系统中,能量的总量不变,只能够从一种形式转化到另一种形式。
然而,第一定律并没有指明能量何时可以从不可用形式转变为可用形式,在这里,热力学的第二定律就发挥了作用。
热力学的第二定律是指任何封闭系统在物质和能量交换过程中,总是会出现不可逆性。
第二定律的主要应用在热力学中,其揭示了热量不能够完全转化为有用的能量,而仅仅是部分转化为热能。
热力学第二定律也是整个自然界不可逆性的基础之一。
化学热力学的基本方法——状态函数法
状态函数法是化学热力学的基本方法的一种,主要是通过对物理量的表示以及
它们之间的关系阐述物质热力学性质,对于物质的性质的分析和计算有重要的意义。
状态函数法的核心概念是关于热力学和统计物理上的函数——状态函数。
它被
定义为一种由自然量所定义的函数,其中包含矢量,比如温度、压强、体积、能量等,而不仅仅是单变量。
它能够完美地描述物质的热力学特性。
状态函数法可以由多种方式来表达,它可以由状态方程构成,也可以由微分方
程来构成,他们之间有很好的对应关系。
它能够详细地描述某个系统的热力学性质和过程,因此被广泛的应用在原子与分子领域的研究中。
状态函数法的应用已被用在不同的领域,比如,构筑物质的能量表,研究各种
物质的性质,甚至作为工业界的计算构筑,模拟工艺过程等等。
它能够更好地提供灵活性和适应性,以解决各种复杂的工业问题,从而提高了研究的效率和准确度。
总之,状态函数法可以说是化学热力学的基础方法,其应用非常广泛,是物质
性质的重要研究工具,在工业中也具有价值。
它的发展为当代化学研究工作提供了宝贵的帮助,颠覆了传统的研究和计算方法,极大地改善了工作效率。