化学热力学基础(更新)PPT课件

总结词
详细描述
05
CHAPTER
和实际生产数据，对化学反应过程进行优化与设计。
要点一
要点二
详细描述
在化学工业中，通过对热力学数据的分析，可以指导反应过程的优化与设计。例如，通过分析反应速率常数、活化能等数据，可以优化反应条件，如温度、压力、浓度等，以达到理想的反应效果。同时，热力学数据也是新型反应过程和工艺开发的重要依据。
02
01
04
03
随着科技的不断发展和人类对能源、环境等问题的关注度不断提高，化学热力学将面临更多的挑战和机遇。
未来化学热力学的研究将更加注重绿色环保和可持续发展，为解决能源危机和环境问题提供更多可行的方案和技术支持。
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，化学热力学将更加注重计算机模拟和实验验证的结合，以更加精准地预测和优化化学反应和相变化过程。
未来化学热力学的研究将更加注重跨学科的交叉融合，如与物理学、生物学、环境科学等领域的结合，以解决更加复杂的问题。
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目的
定义
化工生产
化学热力学理论在化工生产过程中用于优化反应条件，提高产率和降低能耗。
新能源开发
通过化学热力学原理研究新能源转化和储存技术，如燃料电池、太阳能电池等。
环境科学
化学热力学在环境科学领域用于研究污染物治理和资源回收等问题。
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01
从19世纪中叶开始，科学家们开始研究化学反应中的能量转化问题，奠定了化学热力学的基础。
总结词
自由能变化是化学反应过程中体系自由能的变化，用于衡量反应过程中的能量和熵的综合效应。
详细描述
自由能变化是焓变和熵变的综合结果，其变化值可以用于判断反应是否自发进行。在等温、等压条件下，自发反应总是向着自由能减少的方向进行。自由能变化的大小和方向对化学反应的方向和平衡状态具有决定性影响。

热力学中功的分类： 体积功We（或称膨胀功，无用功）：体系因 体积变化抵抗外压所作的功。 非体积功Wf （或称非膨胀功、有用功、其 它功）：除体积功外的所有功。如电功、机械功 、表面功等。
热力学规定：
温度、压力、体积、密度、组成等，当这些性 质都有确定值时，体系就处于一定的状态。 状态函数：确定体系状态的宏观物理量称为体 系的状态函数。如质量、温度、压力、体积、 密度、组成等是状态函数。
状态函数的特点： 1. 体系的状态一定，状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和终态 决定，与体系经过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。
热力学方法有两个特点:只研究由大量元素 （分子、原子）构成的宏观体系，只要知道体 系的宏观性质。热力学方法不研究物质的微观 结构，不研究体系的变化速率、过程、机理及 个别质点的行为。
1、体系与环境
体系：人为划分的研究对象。 环境：体系以外与体系密切相关的其它部分叫
环境。
（1）敞开体系：体系与环境之间既有能量交换， 又有物质交换。
体系的性质之间存在相互联系，因此在确定 体系的状态时，只要确定其中几个独立变化的 性质即可确定体系的状态，并不需要罗列出体 系所有的性质。如在一定条件下，对物质的量 不变的理想气体，只需确定两个性质，就可以 根据理想气体状态方程 PV=nRT 确定其它性质， 随之状态就确定了。
3、广度性质和强度性质
教学方法与学时
1、教学方法：课堂讲授 2、学时 ：4
第一节:基本概念
热力学：研究物理的和化学的变化过程中 能量变化规律的科学称为热力学。
化学热力学：将热力学的基本原理用来研 究化学反应及与化学反应有关的物理变化时， 称为化学热力学。
化学热力学的主要内容包括:计算化学反应 热，判断化学反应进行的方向和限度，有关化 学平衡的计算。

（3）孤立体系：
体系与环境间既没有能量交换，也没有物质 交换。
2021本/3/12章主要讨论的就是封闭体系
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1.1.2 体系的性质
体系的宏观性质：质量、温度、压力、 体积、密度、组成等。
体系的热力学性质——体系的宏观性质。 简称体系的性质。
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体系性质的分类
（1）广度性质 又称容量性质
当这些性质都有确定的值时， 就说体系处于一定的状态，即热力状态。
始态——体系发生变化前的状态 终态——体系发生变化后的状态
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（2）状态函数(State Functions)
• 状态函数——描述体系状态的物理、
化学性质都是状态的函数，简称状态 函数。
• 状态函数的总和也就确定了体系的某
=（ U2－U1 ）+ p外·（V2－V1） ∵ p1 = p2 = p外 ∴ Qp = （ U2－U1 ）+ （p2V2－p1V1） 将状态1、状态2的函数归并在一起：
特点：广度性质的量值与体系中物质的量成正 比。具有加和性。 如质量、体积．热容量等。
（2）强度性质
特点：强度性质的量值只决定于体系的自身 特性，与体系中物质的量无关。无加和性。
如温度、压力、密度等。
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1.1.3 体系的状态和状态函数
（1）体系的状态 状态——体系物理、化学性质的总和。 例如质量、温度、压力、体积、密度、组成等。
问➢题四。个热力学状态函数：
U (△U)、H(△H)、G (△G)、 S (△S)
➢两个过程变量：Q 、W
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1.1 基本概念
1.1.1 体系与环 境

式中，V——混合气体的总体积
式中，ni/n——称为第i种组分气体的物质的量分数
适用条件：
➢ 分压定律仅适用于理想气体混合物 ➢ 对低压下的真是气体混合物也可以近似适用。
例：在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气混合 气。现将25℃ 0.10MPa的12L He和0.10MPa的46LO2充入体 积为5.0 L的贮罐中。计算在25℃在该罐中两种气体的分压和 混合气体的总压。
3.1.2 液体
1、基本特征：流动性 2、蒸汽压
➢ 敞口容器中，液体会无限制蒸发成蒸汽，直至完全蒸发 ➢ 密闭容器中，液体蒸发有限 饱和蒸汽压：当液体的蒸发速率与蒸汽的凝聚速率相同时，蒸气压达到
平衡。 蒸气压表示液体分子向外逸出的趋势，其大小取决于液体的本性，与
液体的量无关。
3、沸点 沸点：气化先在液体表面发生，温度越高，蒸气压越大。当温度增加到
量方程式的书写有 辨别：3H2+N2=2NH3与1.5H2+0.5N2=0.5NH3，当反应进关度。ζ=1mol时的物
理意义
3.2.2 能量守恒与转化
▪ 系统：所需研究的对象 ▪ 环境：系统之外而与体系有关的部分 ▪ 系统的分类：
➢ 敞开系统：在系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 ➢ 封闭系统：在系统与环境之间没有物质交换，只有能量交换。 ➢ 孤立系统：在系统与环境之间既没有物质交换，也没有能量交换。 状态函数：确定系统状态的函数，温度、压力、体积、质量、密度、
蒸气压等于外界压力时，气体在液面及液体内部同时发生，内部液体 的气化产生大量气泡上升到液面破裂，即沸腾，此刻的温度即沸点。 液体在一定外压下有固定的沸点，增大外压，沸点上升。
3.1.3 固体
1、基本特征：一定体积、一定形状 2、分类： ➢ 晶体：粒子按一定规则排列，各向异性，有一定沸点 ➢ 无定形体：内部粒子无规则排列，没有固定熔点，各向同

01
02
空调制冷技术原理：利 用制冷剂在蒸发器内蒸 发吸收室内热量，再通 过压缩机将制冷剂压缩 成高温高压气体，经冷 凝器散热后变成低温低 压液体，如此循环实现 制冷。
节能措施探讨
03
04
05
采用高效压缩机和换热 器，提高制冷效率。
优化控制系统，实现精 准控温和智能节能。
采用环保制冷剂，减少 对环境的影响。
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05
化学热力学基础
化学反应热效应计算
反应热的概念及分类
反应热的计算方法及 实例
热化学方程式的书写 及意义
盖斯定律在化学热力学中应用
盖斯定律的内容及意义 盖斯定律在反应热计算中的应用
盖斯定律在相变热计算中的应用
化学反应方向判断依据
化学反应自发进行的方向判据
焓变与熵变对反应方向的影响
自由能变化与反应方向的关系
热力学完整ppt课件
目 录
• 热力学基本概念与定律 • 热量传递与热平衡 • 气体性质与过程分析 • 相变与相平衡原理 • 化学热力学基础 • 热力学在能源工程领域应用
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界既没有物质交换也没有能量交 换的系统。
开系
与外界既有能量交换又有物质交换的 系统。
04
相变与相平衡原理
相变现象及分类
相变现象
物质从一种相转变为另一种相的过程 ，如固、液、气三相之间的转变。
分类
一级相变和二级相变。一级相变涉及 热量的吸收或释放，体积发生变化； 二级相变无热量交换，体积不变。
相平衡条件与克拉珀龙方程
相平衡条件
在一定温度和压力下，各相之间达到动 态平衡，各相的性质和组成不再发生变 化。

2019-11-27
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假设在恒外力 F 作用下，活塞从 I 位移动 到 II 位，移动距离为 l 。
按照传统的功的定义，环境对体系的功 W = F • l
2019-11-27
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W = F • l
=
F S
• l •S
F S
是外压 p；
l •S 是体积，
这个体积等于体系的体积改变量 V 的 相反数 － V。
途径 I
途径 II 4 10 5 Pa
0.5 dm3
2019-11-27
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2 105 Pa 1 dm3
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4 体积功
在热力学过程中，体系在反抗外界压强 发生体积变化时，有功产生，这种功称为体 积功（W） ，单位为 J。
由于液体和固体在变化过程中体积变化 较小，
因此体积功的讨论常常是对气体而言。
P外＝ 8
P＝ 8 V＝ 2
P外＝ 1
P2 ＝ 1 V2 ＝ 16
W2 ＝ － p外 V ＝ － 1105 Pa （16 － 2） 10－3 m3 ＝ － 1400 J
W1 ＝ － 800 J
2019-11-27
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Wb ＝ W1 + W2 ＝ （－ 800 J ）+ （ － 1400 J ）
所以
QA ≠ QB
因此， 热量 Q 也和途径有关。
2019-11-27
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结论：热和功均不是体系的状态函数，不 能谈体系在某种状态下具有多少功或具有多少 热。
① 热和功是与过程相联系的物理量，只 有在能量交换的过程中才会有具体的数值。

重点:
☺ 基本概念；
☺ 化学反应焓变、熵变、自由能变的计算；
☺ 反应方向判据及其应用
☺ 平衡常数及平衡移动
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3.1 热力学概论
一、什么是热力学？
热力学： 研究某过程中不同形式的能量之间相互转 化时遵循的规律。 热力学的理论基础：热力学第一、二定律。 是人类长期科学实践的经验总结，是不能以任何其他定 理、定律为基础进行推导或论证的。
若反应中无气体参加： W = –p V=0 故 △U＝ △H
若反应是有气体参加,可认为理想气体 P△V ＝
△ngRT
那么 △U ＝ △H - △nRT
ng 为所有产物和所有反应物气体的物质的量之差。
注意 适用条件： 封闭体系，等温等压条件，只做体积功的化学反应。
例1 1atm，298.15K下水的摩尔蒸发热为43.98
可逆(理想)过程：无限接近平衡态的过程。该过程由始态到终
态，再由终态到始态构成的循环，不留下任何痕迹。
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始态
298 K，101.3 kPa
途 径
恒 压 过
(I)
程
途径(II)
298K，506.5 kPa
恒温过程
实 际 过
程
恒
压 过
(II)
程
375 K，101.3 kPa
恒温过程 (I)
375 K，506.5 kPa
量热计每升高1℃所需的热量。
1）恒容过程-恒容反应热 Qv
封闭体系中,在恒容过程中完成的化学反应所产生的 热效应。 由于恒容过程 体积功： W = - P·△V= 0,
据△U＝ Qv + W 得 △U＝Qv
意义: 当化学反应在等温等容下发生，体系与环境无功 （膨胀功和有用功）交换，恒容反应热等于反应前后体 系的热力学能（内能）的变化量。

0.5 10 5 Pa 4 dm3 途径 I
途径 II 4 10 5 Pa
0.5 dm3
2 10 5 Pa 1 dm3
p = p终 － p始 = 2 10 5 － 1 10 5 = 1 10 5 ( Pa )
V = V终 － V始 =1－2
= － 1 （dm3 ）
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(4) 体积功
体积功：体系反抗外界压强发生体积变化时产生的功。 非体积功：除体积功以外的其它功。
A
B
C
29
对于同一化学反应，若反应方程式的化学计量数不同，如
N2 + 3 H2 ——— 2 NH3
(1)
1 2
3 N2 + 2 H2 ———
NH3
(2)
同样 = 1 mol 时，( 1 ) 表示生成了 2 mol 的 NH3 ， ( 2 ) 表示生成了 1 mol 的 NH3 。
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对于同一化学反应方程式，如 ( 1 )
（化学反应的方向） B如果发生化学反应，伴随该反应有多少能量变化？
（化学反应中能量是如何转化） C 如果化学反应能够进行，在一定条件下达到的平衡状态如何？ 转化率有多大？（反应进行的程度）
2
§3.1 热力学第一定律
3.1.1 基本概念
(1) 体系和环境 (2) 状态和状态函数 (3) 过程和途径 (4) 体积功和非体积功 (5) 热力学能
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§3.2.1 化学反应的热效应
——当生成物与反应物温度相同时，化学反应 过程吸收或放出的热量。简称热效应。
即发生化学反应时，如果体系不做非体积功， 当反应终态温度恢复到始态温度时，体系所吸收 或放出的热量。
(1)恒容热效应(QV) 恒温恒容且只做体积功时反应吸收或放出的热量。

21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
【精品课件教案PPT】 化学热力学基础 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。

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1.3 焓
1 定容热QV
若系统的变化是在等容下进行的，则dV=0， W = -PdV =0，
V 0
U Q +W
QV U
说明：U是状态函数（其微小变化用dU来表示） ，
而Qv是过程量（其微小变化用δ来表示） 。它们在 恒容、不作非体积功的过程时仅仅只是在数值上是 相等的。
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U UB UA
第36页/共123页
3 热力学第一定律的数学表达式
1） 由实验论证，热、功、内能三者的关系
例1：把100克0℃水放在一绝热套中，内有电阻丝。
水和电阻丝为系统，绝热箱和电池为环境。
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H2O（l，0℃） 始态A
H2O（l，50℃） 终态B
U1 UB U A W1
”
功（W）: 除热量之外，系统与环境交换
的其他能量。 功的符号：
环境对系统做功 W > 0，“+” 系统对环境做功 W < 0，“-”
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W = We + Wf
总功
膨胀功、 体积功
(Expansion Work)
非膨胀功、 非体积功
(work except expansion work)
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广度性质与强度性质的关系
➢ 每单位广度性质即强度性质
V / n = Vm
Cp / n = Cp, m
➢ 广度性质÷广度性质 = 强度性质
m/V=ρ
➢ 广度性质×强度性质 = 广度性质
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2 状态与状态函数
状态: 系统的一系列物理量的总和，系统性质的综合表现。

表示化学反应进行程度物理量，单位mol。
定义式 dξ νB1dnB 或 dnB νBdξ
nB 物质B的物质的量， νB 物质B的化学计量数
积分式
ξ νB1 ΔnB 或 ΔnB νBξ
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aA + dD = gG + hH
t=0 nA(0) nD(0)
t
nA(t) nD (t)
nG(0) nH(0) nG (t) nH (t)
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1. 恒容反应热
在等温条件下，若 系统发生化学反应是恒 容且不做非体积功过程， 则该过程中与环境之间 交换热就是恒容反应热， 以符号“QV”来表示。
弹式量热器
第41页
由热力学第一定律可知 ：
△U= U2－U1 = Q + W 若为恒容过程 ΔV 0， 而 W pΔV W 0
△U= QV
0 νBB
B
νB 物质B化学计量数（stoichiometric
number） ，量纲为一 注意：反应物化学计量数为负值
生成物化学计量数为正值
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如反应：
13 2 N 2 2 H2 NH3
其化学计量数分别为：
1
3
ν(NH3 ) 1 ν(N2 ) 2 ν(H2 ) 2
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2. 化学反应进度 [ksai]
纯理想气体标准态是该气体处于标准压力pθ (pθ =100kPa)下状态。混合理想气体中任一组 分标准态是指该气体组分分压力为pθ状态；
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纯液体(或纯固体)物质标准态就是标准压力pθ 下纯液体(或纯固体)；
对于溶液中各组分标准态，要求为各组分浓 度均为cθ=1.0 mol.L-1 (标准溶液)理想溶液。
1 10 5 Pa