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1、第二章 化学热力学初步关于化学热力学1.何为热力学？解决什么问题？属于什么范畴？ 2.何为化学热力学？解决什么问题？非常重要的 结论！ 3.化学热力学学习要求掌握的内容： 化学反应的可能性； 化学反应进行的方向； 化学反应的程度。 *本章学习要注意的地方注重概念以及使用 的条件！一、基本概念：（1）体系（系统）和环境 体系的分类：敞开体系；封闭体系；孤立体系。我们一般主要讨论封闭体系。问题：我们为什么一般讨论封闭体系？直观的例子？敞开体系 封闭体系 孤立体系（2）状态和状态函数 1.状态是体系所有性质的综合表现 ； 2.体系的热力学性质称为状态函数 ； 3. 状态函数有三个相互联系的特征： 体
2、系状态一定，状态函数有一定的值； 体系状态变化时，状态函数的变化只决定于体系 的始态和终态，而与变化的途径无关； 体系恢复到始态，状态函数恢复原值。 问题：满足上述几个条件可以认为是状态函数？* 状态一定值一定；殊途同归变化等；周而复始变为零。4.状态函数的类型： 容量性质的状态函数-具有加和性 （如V、m）； 强度性质的状态函数-没有加和性（如 T、P）（与物质的量无关）。某气体300K 350K T=50K 300K 360K 350K T=50K 300K 280K 350K T=50K 300K 460K 350K 300K T= 0K 始态 终态 改变量 水 298K 272K 34
3、8K T=50K 298K 398K 348K T=50K 始态 终态 改变量殊途同归，增量相同（3）过程和途径 体系的状态发生变化时，状态变化的经过 过程。 完成这个过程的具体步骤则称为途径。方式途径。过程 状态。问题：如何区分过程与途径？举例？热力学中常见的过程： 等温过程：体系的始态温度与终态温度相同，并 等于环境的温度；（T1T2T环） 等压过程：始态、终态的压力与环境相同（p1 p2p环） 等容过程：体系的体积不发生变化（V1V2） 绝热过程：体系与环境之间无热量交换（Q0） 循环过程：过程进行后，系统重新回到初始状态 。切记：同样的过程，可以有不同的途径！ 自发过程：一定条件下，不
4、需要给定能量就能 够自动进行的过程。一种特殊的过程 可逆过程（途径）*：它是一种在无限接近于平衡，并且没有摩擦 力条件下进行的理想过程（如理想气体可 逆膨胀或压缩）。 我们主要讨论等温可逆过程 我们为什么要讨论等温可逆过程（途径） ？（4）功和热1.热力学中把体系与环境之间因温差而变化 的或传递的能量形式称热，以Q表示。2. 除热以外的能量交换形式都称为功，以w 表示。3.热力学中功的分类： 体系反抗外压所做的膨胀功或称体积功； 除“膨胀功”以外的“其它功”或称之为有用 功、非体积功。*在我们的课程中（除氧化还原章节外）只研 究体积功。 热力学中，对于热、功的符号的规定：体系吸热：体系放热：体
5、系接受功： 体系做出功： *均以体系为参考。 注意：上述两者都是状态变化过程中能量传 递的形式，其数值与状态变化的途径有关，故 热、功为非状态函数。C6H5N2+Cl-+H2O = C6H5OH+H+Cl-+N2（5）热力学能（内能） 体系内部一切能量的总和称为体系的热力学能U 。 U的内涵和性质： a.体系内部各种形式能量的总和。 b.它的绝对值无法测量或计算。只能计算U。 c.U是体系的具有加合性质的状态函数。体系的状 态一定，则有一个确定的热力学能值。 d.理想气体的热力学能只是温度的函数，所以其恒 温过程的U=0 （？）引入的第一个热力学状态函数！二、热力学第一定律1.数学表达式：UQ
6、W *注意：另外的表达方式，第一定律的表达式与 功和热符号的规定；2.研究内容：变化过程中热力学能、功、 热的转换方式。3.实质：能量守恒。*注意：这里既有过程量又有状态函数以及之 间的关系；例题： 某过过程中，体系从环环境吸收热热量50kJ，对对 环环境做功30kJ。求： （1）过程中体系热力学能的改变量U和环境热 力学能的改变量U。 解：（1） 由热热力学第一定律的数学表达式可知Q50kJ W 30kJ U体系 =Q W=50 30=20（kJ）（2）如果开始时，体系先放热40kJ，环境对体 系做功60kJ，求体系的热力学能的改变量U 以及终态的热力学能U 。 （解）若将环环境当做体系来考
7、虑虑，则则有Q= 50kJ，W= 30kJ， 故环环境热热力学能改变变量=Q W 环境 = 50（30）= 20（kJ） （2） Q40kJ W 60kJ U体系=Q W 20kJ UIIUI20（kJ） 讨论此例得到的结论！讨论： 1.从（1）（2）可以看到： 作为量度性质 的热力学能，对宇宙来说其改变量当然是零 。 U体系 U环境0 或 U体系 U环境常数 能量守恒的实 质。 2.对于体系的始态态UI和终态终态 （UI20）： 虽然变化途径不同（Q、W不同），但U却 相同。说明Q、W是非状态函数，它们与途径 有关，而热力学能是状态函数与途径无关。Q、W不是状态函数，它随途径不同而 改变。*对对于理想气体来说说，热热力学能U只是 温度的函数，理想气体的恒温可逆膨胀或压缩，体系吸收 或放出的热量以及对外或接收的体积功 的数值大小相等！*注意：要区别可逆反应与可逆过程。 可逆反应：指反应物按正向反应得到产物，而产物也可按 逆向反应变成反应物。 可逆过程：要求变化的过程在一连串的平衡状态下可逆地 进行。即体系和环境都回到原始状态，不给环境 留下任何痕迹。
