4化学热力学基础
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化学热力学基础热力学系统和状态函数热力学概念系统与环境系统定义环境定义系统类型1.开放系统定义2.封闭系统定义3.隔离系统定义状态函数与过程状态定义平衡态定义状态函数定义取决于系统所处的状态,一旦状态确定,每个状态函数有唯一确定的值状态函数的变化值并不是系统状态,其变化值与中间环节无关分类广度性质定义例子:体积,物质的量,质量,自由能等强度性质定义例子:温度,密度,压力,浓度两者关系:强×广=广,广 广=强状态方程(物态方程)定义例子:PV=nRT过程定义分类等温过程等压过程等容过程绝热过程循环过程可逆过程自发过程特征单向性(不可逆过程)具有做功的能力具有一定的限度定义能量的转化热和功热定义符号表示正值和负值分别表示功定义符号表示正值和负值分别表示注意1:热和功都不是状态函数,不是系统的性质2:只存在于系统的变化过程中,其大小与途径密切相关以理想气体的等温膨胀为例体积功定义(We)公式公式中的单位Pa,m^3例子反抗外压的过程中非体积功定义(Wf)可逆过程(可逆功Wr)与最大功最大功公式可逆过程与不可逆过程的区别系统和环境能否同时恢复到原来的状态可逆过程是不可能实现,时间无限长每一微小步环境和系统都是平衡的能量守恒和化学反应热热力学能(内能)(广度性质)定义(系统内部)(状态函数)符号表示和单位理想气体的内能和焓只与温度有关热力学第一定律(能量守恒与转化定律)表述系统热力学变化公式(封闭系统)系统的焓定义(状态函数)(广度性质)符号表示与单位焓变的定义(后-前)正负分别表示H=U+pV等容反应的热效应dU=Qv(dV=0)(封闭系统无非体积功)(等容反应热等于系统内能的变化)热效应的概念:系统发生变化时,若无非体积功,且终与始态的温度相同,则系统放出或吸收的热量就称为该过程的热效应等压反应的热效应dU=Qp+W=Qp+p外×dVQp=(U2-U1)+p外(V2-V1)=(U2+p外V2)+(U1+p外V1)Qp=H2-H1=dH封闭系统无非体积功,等压反应热等于系统焓变等压与等容的关系反应物,产物均为气体dn=0——则Qp≈Qv反应物,产物都在溶液和固体中的反应可认为dV=0——则Qp≈Qv反应进度,热化学方程式与标准状态反应进度定义(对于反应物为负值,对于生成物为正值)式子表示单位摩尔反应热书写形式定义与方程式的写法有关标准状态(标准压强100KPa)对气体(理想气体,标准压强)(混合气体的每个气体的分压都是标准压强)对纯液体和纯固体(标准压强)对溶液(标准压力,溶质浓度1mol/L理想稀溶液)对溶剂(标准压力)对生物系统(37度,PH=7)参考温度:298.15K(25°C)热化学反应方程式热化学反应方程式中的热效应符号写法(4点)注意事项(3点)盖斯定律和反应热的计算盖斯定律的运用盖斯定律(不做非体积功和等压或等容以及恒温条件下)由标准摩尔生成焓计算反应热摩尔生成焓与标准摩尔生成焓定义符号单位C的稳定单质是石墨不是金刚石稳定物质的标准摩尔生成焓为零生成物质的化学计量数要为1式子(反应式产物-反应物)(化学计量数都取正值)同一种物质不同聚集状态的标准摩尔生成焓不同由标准摩尔燃烧焓计算反应热标准摩尔燃烧焓定义单位符号式子(反应物-产物)(化学计量数都带正号)理解完全燃烧和完全氧化(其标准摩尔燃烧焓为0)熵和Gibbs自由能熵(状态函数)(广度性质)定义单位符号等温可逆过程熵与反应热的关系式温度对熵的影响热力学第三定律定义规定熵(ST)与绝对熵(S0)标准摩尔熵定义单位符号稳定物质单质的标准摩尔熵不为0,因为不是绝对零度的完整晶体对于水溶液中离子的标准摩尔熵是....标准摩尔熵的规律(6个)标准摩尔熵变(后-前)熵增加原理(热力学第二定律)定义数学表达式熵变与0的比较的含义Gibbs自由能(广度性质)(状态函数)符号表示式子吉布斯自由能变化和非体积功用吉布斯自由能变化判定反应方向标准状态下标准摩尔自由能定义符号单位稳定物质单质标准摩尔自由能为0计算两个式子(一个只能在25度时,另一个任意)注意单位统一非标准状态下式子反应商对溶液对纯气体对混合相判断反应的依据。
第4章 化学热力学基础习题1.选择题4-1下列物质中m f H ∆不等于零的是 ( )(A) Cl 2(g) (B) O 2(g) (C) C(金刚石) (D) Ne(g) 4-2下列说法中正确的是( )(A) 稳定单质的 m f H ∆、 m f G ∆、m S 都为零(B) 放热反应总是可以自发进行的(C) H 2(g)的标准燃烧热等于H 2O(l)的 m f H ∆ (D) CO 2(g)的 m f H ∆也就是CO(g)的标准燃烧热4-3 下列反应中释放能量最大的是( )(A) CH 4(l) + 2 O 2(g) → CO 2(g) + 2 H 2O(g) (B) CH 4(g) + 2 O 2(g) → CO 2(g) + 2 H 2O(g) (C) CH 4(g) + 2 O 2(g) → CO 2(g) + 2 H 2O(l) (D) CH 4(g) +23O 2(g) → CO(g) + 2 H 2O(l) 4-4 下列叙述正确的是( )(A)m r S ∆=∑∆θS (生成物)-∑∆θS (反应物)(B) 一个自发进行的反应,体系自由能减少等于体系对环境所做最大功(C) 某气相反应 m r G ∆是指反应物与产物都处于298 K 且气体总压为101.3 kPa 时,该反应的自由能变。
(D) 同类型的二元化合物可用它们的 m f H ∆值直接比较其热力学稳定性。
4-5 已知2 PbS(s) + 3O 2(g) = 2 PbO(s) + 2 SO 2(g)m r H ∆= - 843.4 kJ· mol -1则该反应的Q v 值为( )(A) 840.9 (B) 845.9 (C) -845.9 (D) -840.9 4-6下列物质中,摩尔熵最大的是( )(A) CaF 2 (B) CaO (C) CaSO 4 (D) CaCO 34-7下列反应中 m r S ∆最大的是( )(A) C(s) + O 2(g) → CO 2(g) (B) 2 SO 2(g) + O 2(g) →2 SO 3(g)(C) 3 H 2(g) + N 2(g) →2 NH 3(g) (D) CuSO 4(s) + 5H 2O(l) →CuSO 4· 5H 20(s)4-8下列反应中 m r H ∆等于产物m f H ∆的是( )(A) CO 2(g) + CaO(s) →CaCO 3(s) (B)21H 2(g)+ 21I 2(g) → HI(g) (C) H 2(g) + Cl 2(g) →2 HCl(g) (D) H 2(g)+ 21O 2(g) → H 2O(g)4-9下列反应中 m r G ∆等于产物m f G ∆的是( )(A) Ag +(aq)+Cl -(aq) →AgCl(s) (B) 2Ag(s)+Cl 2(g) →2AgCl(s) (C) Ag(s)+21Cl 2(g) →AgCl(s) (D) Ag(s)+ 21Cl 2(l) →AgCl(s) 4-10对反应CH 4(g) + 2 O 2(g) → CO 2(g) + 2 H 2O(l)的m r H ∆,下列说法中正确的是( )A . m r H ∆ 是CO 2(g) 生成焓B .m r H ∆是CH 4(g)的燃烧焓 C . m r H ∆是正值 D . m r H ∆-U ∆是正值2.填空题4-11 对某体系做功165 J ,该体系应 热量 J ,才能使内能增加100 J 。
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。
第四章化学热力学基础题库一、选择题(将正确答案编号填入括号内)1、如图,将CuSO4水溶液置于绝热箱中,插入两个铜电极,以蓄电池为电源进行电解,可以看作封闭体系的是:( A )(A) 绝热箱中所有物质 (B) 两个铜电极(C) 蓄电池和铜电极(D) CuSO4水溶液2、对于内能是体系状态的单值函数概念,错误理解是:( D )(A) 体系处于一定的状态,具有一定的内能(B) 对应于某一状态,内能只能有一数值不能有两个以上的数值(C) 状态发生变化,内能也一定跟着变化(D) 对应于一个内能值,可以有多个状态3、体系的下列各组物理量中都是状态函数的是:( C )(A) T,p,V,Q (B) m,V m,C p,W(C) T,p,V,n (D) T,p,U,W4、下述说法中,哪一种不正确:( A )(A) 焓是体系能与环境进行交换的能量(B) 焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量(C) 焓是体系状态函数(D) 焓只有在某些特定条件下,才与体系吸热相等5、下述说法中,哪一种正确:( A )(A) 热容C不是状态函数(B) 热容C与途径无关(C) 恒压热容C p不是状态函数(D) 恒容热容C V不是状态函数6、热力学第一定律仅适用于什么途径:( A )(A) 同一过程的任何途径(B) 同一过程的可逆途径(C) 同一过程的不可逆途径 (D) 不同过程的任何途径7、范德华气体绝热向真空膨胀后,气体的温度将: ( C ) (A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 不能确定8、已知CO g O H 及)(2(g)在298K 时标准摩尔生成焓分别为242-KJ/mol 及-111KJ/mol ,则反应)()()()(22g CO g H C g O H +→+石墨的为θm r H ∆:( B ) (A) -353KJ (B) 131KJ (C) -131KJ (D) 353kJ9、理想气体与温度为T 的大热源接触,作等温膨胀吸热Q ,而所作的功是变化到相同终态最大功的20%,则体系的熵变为: ( A )(A) T Q S 5=∆ (B) T Q S =∆ (C) T Q S 5=∆ (D) TQS -=∆10、理想气体经不可逆循环,则: ( B ) (A) )(系S ∆=0,)(环S ∆)=0 (B) )(系S ∆)=0,)(环S ∆>0 (C) )(系S ∆>0,)(环S ∆>0 (D) )(系S ∆>0,)(环S ∆<011、在隔离系统中,发生一具有一定速度的变化,则系统的熵变: ( C ) (A) 保持不变 (B) 总是减小 (C) 总是增大 (D) 可任意变化12、可逆热机的效率最高,因此由可逆热机带动的火车: ( B ) (A) 跑的最快 (B) 跑的最慢 (C) 夏天跑的快 (D) 冬天跑的快13、已知气相反应)()(3)(126266g H C g H g H C =+在100℃时的标准摩尔反应焓J rH m 43.192-=∆θ,当反应达平衡时可用下列哪组措施使平衡向右移动:( C )(A) 升温与加压 (B) 升温与减压 (C) 降温与加压 (D) 降温与减压14、熵是混乱度(热力学微观状态数或热力学几率)的量度,下列结论中不正确的是: ( C ) (A) 同一种物质的 S(g)>S(l)>S(s) (B) 同种物质温度越高熵值越大 (C) 分子内含原子数越多熵值越大 (D) 0K 时任何纯物质的熵值都等于零 15、热力学基本方程 d G = -S d T + V d p ,可适应用下列哪个过程: ( A )(A) 298K 、标准压力下,水气化成蒸汽 (B) 理想气体向真空膨胀(C) 电解水制取氢气 (D) N 2 + 3H 2=2NH 3未达到平衡二、填空题1、系统与环境之间 的系统称为敞开系统;系统与环境之间 的系统称为封闭系统;系统与环境之间 的系统称为隔离系统。