高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座：第3讲化学热力学基础

《化学热力学基础》PPT课件目录CONTENCT •引言•热力学基本概念与定律•热化学与化学反应的热效应•熵与熵增原理•自由能与化学平衡•相平衡与相图•结论与展望01引言化学热力学的定义与重要性定义化学热力学是研究化学变化过程中热量和功的相互转化以及有关热力学函数的科学。

重要性化学热力学是化学、化工、材料、能源等领域的重要基础，对于理解化学反应的本质、优化化学反应条件、开发新能源等具有重要意义。

化学热力学的发展历史早期发展19世纪初，随着工业革命的发展，热力学理论开始形成，并逐步应用于化学领域。

经典热力学建立19世纪中叶，经典热力学理论建立，包括热力学第一定律、热力学第二定律等基本定律被提出。

现代热力学发展20世纪以来，随着量子力学、统计力学等理论的发展，化学热力学在微观层面上的研究取得了重要进展。

课程目标与学习内容课程目标掌握化学热力学的基本概念、基本原理和基本方法，能够运用热力学知识分析和解决实际问题。

学习内容包括热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡、相平衡、化学反应热力学等。

通过学习，学生将了解热力学在化学领域的应用，培养分析和解决化学问题的能力。

02热力学基本概念与定律80%80%100%系统与环境系统是指我们研究对象的那一部分物质或空间，具有明确的边界。

环境是指与系统发生相互作用的其他部分，是系统存在和发展的外部条件。

系统与环境之间通过物质和能量的交换而相互影响。

系统的定义环境的定义系统与环境的相互作用状态是系统中所有宏观物理性质的集合，用于描述系统的状况。

状态的概念状态函数的定义常见状态函数状态函数是描述系统状态的物理量，其值只取决于系统的始态和终态，与路径无关。

温度、压力、体积、内能等。

030201状态与状态函数热力学第一定律热力学第一定律的表述热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。

热力学第一定律的数学表达式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表示外界对系统所做的功。

热力学基础11.热力学有关知识热力学是专门研究能量互相转变过程中所遵照旳法则旳一门学科。

将热力学旳定律、原理、措施用来研究化学过程以及伴随这些化学过程而发生旳物理变化, 就形成了化学热力学。

重要处理旳问题:某物质或某混合物能否在一定条件下发生化学变化；假如发生化学变化, 伴伴随该反应将有多少能量变化；反应进行旳程度。

热力学第一定律: 自然界一切物质都具有能量, 能量有多种不一样旳形式, 可以从一种形式转化为另一种形式, 从一种物体传递给另一种物体, 在转化和传递中能量旳总数量不变。

某体系内部旳能量称为热力学能, 即内能, 用U表达。

体系旳热力学能旳变化等于以功和热旳形式传递旳热量: △U = Q + W。

热由环境流入体系, Q＞0；环境对体系做功, W＞0。

H（焓）= U + pV焓是一种状态函数, 其数值与体系中物质旳量成正比, 是体系各部分旳总和。

△H = QR, 表达封闭体系, 恒压和不作其他功旳条件下发生变化时, 吸取或放出旳热量等于体系焓旳变化。

2.化学反应中旳能量变化一般体现为热量旳变化, 用符号△H表达, △H＜0, 规定为放热反应。

△H＞0, 规定为吸热反应。

吸热反应: C（固）+ H2O（气）= H2（气）+CO（气）△H=131.5kJ/mol放热反应: C（固）+ O2（气）= CO2（气）△H= -393.5kJ/mol3. 热化学方程式表达化学反应与热效应关系旳方程式叫做热化学方程式。

⑴在化学方程式各物质旳化学式背面写明各物质旳汇集状态（气、液、固）。

⑵在方程式右边写出热量变化旳数值, △H = ？⑶方程式中计量数表达各物质旳物质旳量之比, 可认为分数, 计量数变化时, △H必须跟着变化。

⑷两个热化学方程式相加减时, △H同步相加减。

4.盖斯定律：不管化学过程是一步完毕或分为数步完毕, 这个过程中旳热效应相似, 即化学反应中旳焓变只决定于始态和终态, 而和变化途径无关。

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座(三)第7讲化学反应速率与化学平衡【竞赛要求】反应速率基本概念。

反应级数。

用实验数据推求反应级数。

一级反应积分式及有关计算（速率常数、半衰期、碳-14法推断年代等等）。

阿累尼乌斯方程及计算（活化能的概念与计算；速率常数的计算；温度对速率常数影响的计算等）。

活化能与反应热的关系。

反应机理一般概念。

推求速率方程。

催化剂对反应影响的本质。

标准自由能与标准平衡常数。

平衡常数与温度的关系。

平衡常数与转化率。

利用平衡常数的计算。

热力学分解温度（标态与非标态）。

克拉贝龙方程及其应用（不要求微积分）。

【知识梳理】一、化学反应速率（一）反应速率及其表示方法在化学反应中，某物质的浓度（物质的量浓度）随时间的变化率称反应速率。

反应速率只能为正值，且并非矢量。

1、平均速率用单位时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

= （7-1）当△c为反应物浓度的变化时，取负号；△c为生成物浓度的变化时，取正号。

如：2 N2O5 4 NO2 O2反应前浓度/ mol·dm－3 2.10 0 0100s后浓度/ mol·dm－3 1.95 0.30 0.075浓度变化(△c)/ mol·dm－3 – 0.15 0.30 0.075变化所需时间 (△t)/s 100= –= –= 1.5×10－3 mol·dm－3·s－1= = = 3.0×10－3 mol·dm－3·s－1= = = 7.5×10－4mol·dm－3·s－1显然，以上计算所得的反应速率是在时间间隔为△t时的平均速率，他们只能描述在一定时间间隔内反应速率的大致情况。

2、瞬时速率若将观察的时间间隔△t缩短，它的极限是△t0，此时的速率即为某一时刻的真实速率——瞬时速率：对于下面的反应来说，a A b B = g G h H其反应速率可用下列任一表示方法表示：–，–，，注意：这几种速率表示法不全相等，但有下列关系：– · = –· = · = ·（7-3）瞬时速率可用实验作图法求得。

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第3讲化学热力学根底【竞赛要求】热力学能（内能）、焓、热容、自由能和熵的概念。

生成焓、生成自由能、标准熵及有关计算。

自由能变更与反响的方向性。

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。

【学问梳理】一、根本概念1、体系和环境体系：我们探讨的对象，称为体系。

环境：体系以外的其它局部，称为环境。

例如：我们探讨杯子中的H2O，则H2O是体系，水面上的空气，杯子皆为环境。

当然，桌子、房屋、地球、太阳也皆为环境。

但我们着眼于和体系亲密相关的环境，即为空气和杯子等。

又如：若以N2和O2混合气体中的O2作为体系，则N2是环境，容器也是环境。

依据体系和环境之间的物质、能量的交换关系，将体系分为三类：（1）放开体系：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：一个放开瓶口，盛满热水的瓶子，水为体系，则是放开体系; 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。

热力学上探讨得多的是封闭体系。

2、状态和状态函数状态：由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式，称为体系的状态。

状态函数：确定体系状态的物理量，是状态函数。

例：某志向气体体系n = 1 mol，p = 1.013×105 Pa，V = 22.4 dm3，T = 273 K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所确定下来的体系的一种状态，因此n，p，V，T都是体系的状态函数。

状态肯定，则体系的状态函数肯定。

体系的一个或几个状态函数发生了变更，则体系的状态也要发生变更。

始态和终态：体系变更前的状态为始态；变更后的状态为终态。

状态函数的变更量：状态变更始态和终态一经确定，则状态函数的变更量是肯定的。

例如：温度的变更量用 △T 表示， 则 △T = T 终－ T 始 同样理解 △n ， △p ， △V 等的意义。

化学热力学根底【竞赛要求】热力学能〔内能〕、焓、热容、自由能和熵的概念。

生成焓、生成自由能、标准熵及有关计算。

自由能变化与反响的方向性。

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。

【学问梳理】一、根本概念1、体系和环境体系：我们争论的对象，称为体系。

环境：体系以外的其它局部，称为环境。

例如：我们争论杯子中的H2O，那么H2O是体系，水面上的空气，杯子皆为环境。

当然，桌子、房屋、地球、太阳也皆为环境。

但我们着眼于和体系亲密相关的环境，即为空气和杯子等。

又如：假设以N2和O2混合气体中的O2作为体系，那么N2是环境，容器也是环境。

依据体系和环境之间的物质、能量的交换关系，将体系分为三类：〔1〕放开体系：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：一个放开瓶口，盛满热水的瓶子，水为体系，那么是放开体系; 假设加上一个盖子，那么成为封闭体系; 假设将瓶子换成杜瓦瓶〔保温瓶〕，那么变成孤立体系。

热力学上争论得多的是封闭体系。

2、状态和状态函数状态：由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式，称为体系的状态。

状态函数：确定体系状态的物理量，是状态函数。

例：某抱负气体体系n = 1 mol，p = 1.013×105 Pa，V = dm3，T = 273 K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所确定下来的体系的一种状态，因而n，p，V，T都是体系的状态函数。

状态肯定，那么体系的状态函数肯定。

体系的一个或几个状态函数发生了变化，那么体系的状态也要发生变化。

始态和终态：体系变化前的状态为始态；变化后的状态为终态。

状态函数的转变量：状态变化始态和终态一经确定，那么状态函数的转变量是肯定的。

例如：温度的转变量用 △T 表示， 那么 △T = T 终－ T 始 同样理解 △n ， △p ， △V 等的意义。

化学热力学基础【竞赛要求】热力学能（内能）、焓、热容、自由能和熵的概念.生成焓、生成自由能、标准熵及有关计算。

自由能变化与反应的方向性。

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、体系和环境体系：我们研究的对象,称为体系。

环境：体系以外的其它部分，称为环境。

例如：我们研究杯子中的H2O，则H2O是体系，水面上的空气,杯子皆为环境。

当然，桌子、房屋、地球、太阳也皆为环境。

但我们着眼于和体系密切相关的环境,即为空气和杯子等.又如：若以N2和O2混合气体中的O2作为体系，则N2是环境，容器也是环境。

按照体系和环境之间的物质、能量的交换关系，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，盛满热水的瓶子，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。

热力学上研究得多的是封闭体系。

2、状态和状态函数状态：由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式，称为体系的状态。

状态函数：确定体系状态的物理量，是状态函数.例：某理想气体体系n = 1 mol，p = 1。

013×105 Pa，V = 22。

4 dm3，T = 273 K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 所确定下来的体系的一种状态，因而n，p，V，T都是体系的状态函数。

状态一定,则体系的状态函数一定.体系的一个或几个状态函数发生了变化，则体系的状态也要发生变化。

始态和终态：体系变化前的状态为始态；变化后的状态为终态。

状态函数的改变量:状态变化始态和终态一经确定，则状态函数的改变量是一定的。

例如：温度的改变量用△T表示, 则△T = T终－T始同样理解△n，△p, △V等的意义。

专题三 化学热力学基础学号 姓名 得分1、25℃，KNO 3在水中的溶解度是6mol ·dm -3，若将1 mol 固体KNO 3置于水中，则KNO 3变成盐溶液过程的ΔG 的符号为_____________，ΔS 的符号为_____________。

2、已知下列反映 ：H 2（g ）= 2H （g ） △H = +Q 1 ；1/2O 2（g ）= O （g ） △H = +Q 22H （g ）+ O （g ）= H 2O （g ） △H = －Q 3 ；H 2O （g ）= H 2O （l ） △H = －Q 4 H 2（g ）+ 1/2O 2（g ）= H 2O （l ） △H = －Q 5试指出Q 1、Q 2、Q 3、Q 4、Q 5的关系 。

3、假设反映H 2 (g)−→− 2 H (g) 的内能变化ΔU 与键能ΔH H-H 相等，已知ΔH H-H 为433.2 kJ ·mol -1 ，则键焓ΔH 是 kJ ·mol -1 。

4、298 K 时，生成气态水的Δf G 0m = -228.6 kJ ·mol -1，Δr S 0m = -44.4 J ·mol -1·K -1， 则其Δf H 0m 为_________________________。

5、27℃时，将100g Zn 溶于过量稀硫酸中，反映若分别在开口烧杯和密封容器中进行，哪种情况放热较多？多余多少？6、已知下列反映的焓变为： H 2 (g) +21I 2(s) = HI (g) Δr H 0m = 25.9 kJ ·mol -1 21H 2 (g) = H (g)Δr H 0m = 218 kJ ·mol -1 21I 2(g) = I (g) Δr H 0m = 75.7 kJ ·mol -1 I 2 (s) = I 2 (g)Δr H 0m = 62.3 kJ ·mol -1计算反映 H (g) + I (g) = HI (g) 的焓变Δr H 0m 。