《化学热力学与化学动力学基础化学热力学基础化学平衡常数化学动力学基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学热力学与化学动力学基础化学热力学基础化学平衡常数化学动力学基础（163页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二篇 化学热力学与化学动力学基础,第5章 化学热力学基础 第6章 化学平衡常数 第7章 化学动力学基础*,第5章 化学热力学基础,5-1 化学热力学基础 5-2 基本概念 5-3 化学热力学的四个重要状态函数 5-4 化学热力学的应用,5-1 化学热力学的研究对象 热力学? 1. 什么是热力学 研究宏观过程的能量变化、过程的方向与限度的规律。 2. 热力学的理论基础热力学三大定律 热力学第定律：热平衡(P207注)； 热力学第一定律：能量守恒定律； 热力学第二定律：孤立体系熵增原理； 热力学第三定律：不能达到热力学温度 0 K,3. 热力学的任务 计算反应的热效应； 预言反应能否发生, 反应
2、的必要条件, 方向和限度。 4. 热力学的局限性 不能预测反应速率快慢； 不能预测反应的微观机理(不涉及研究对象的结构；不涉及发生过程的细节)。,化学热力学？ 用热力学的基本原理(三大定律) 研究化学现象以及与化学有关的物理现象的学科。 热力学在化学中的应用。涉及化学反应的热效应，化学反应的方向和限度、化学平衡、溶液与相平衡、电化学热力学等等。,5-2 基本概念 5-2-1 系统与环境 5-2-2 物质的量 5-2-3 浓度 5-2-4 气体 5-2-5 相 5-2-6 热力学温度 5-2-7 热与功 5-2-8 状态与过程 5-2-9 热力学标准态 5-2-10 状态函数,5-2-1 系统与
3、环境 系统：被人为地划定的作为研究对象的物质。 (体系、物系) 环境：除系统之外的物质世界。 系统分类： 系统与环境的关系，物质？能量？,开放系统：与环境有物质交换也有能量交换。 封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。 孤立系统：与环境无物质、能量交换。,环境：除系统之外的物质世界。 环境温度：通常规定 298.15 K 环境压力：标准大气压 地球地层最经常呈现的压力。 p = 760 mmHg =760 torr =1 atm =101325 Pa 热力学标准压力：p 新标准： p = 1 bar = 100 k Pa,5-2-2 物质的量 1. 物理量和单位( SI) 物理量 单位 长度
4、l ( 斜体) 米 m (正体) 质量 m 千克 kg 时间 t 秒 s 热力学温度 T 开尔文、开 K 物质的量 n 摩尔、摩 mol 电流 I 安培、安 A 光强度 I 坎德拉、坎 Cd,2. 物质的量及其单位摩尔 物质的量： 计量指定的微观基本单元及其组合的集合的物理量。 摩尔： “物质的量”的单位。 摩尔体积 V m 单位 m3 mol 摩尔质量 M 相对分子质量 摩尔质量 Mr M,5. 摩尔反应和计量系数 摩尔反应：对于一个特定的反应，反应物按化学方程式的计量系数完全反应。 a A + b B c C + d D 计量系数： A B C D a b c d i : i 物种的计量系
5、数(i = ni mol ) 纯数，有正(生成物)负(反应物)之分。,摩尔反应和计量系数对应具体的反应方程式。 反应前后气态物种分子个数的变化： Dn = Sni,计量系数： -1 -3 2,计量系数： - -3/2 1,化学热力学中的化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式叫做热化学方程式。 H2(g) + O2(g) H2O(l) rHm C(石墨) + O2(g) CO2 (g) rHm (473.2K) OF2(g) + H 2O(g) O2(g) + 2 HF(g) rHm = 323.2 kJ mol1,H2(g) + O2(g) H2O(l) rH 反应的热效应 rH 反应的
6、温度及压力。 标准态，用“”表示。 rH (T ) : T K ; p (1.01105Pa or 100 kPa) 物质的物态，晶型或浓度。 s(cr), l , g, aq 化学式前的系数可以是整数亦可以是分数。,7. 物质的量分数(摩尔分数) xB 表示混合物的组成。 组分的“物质的量” nB与混合物的“物质的量” nT之比。 xB = nB /nT 混合物中各组份的摩尔分数之和等于 1 。 S xi = 1,5-2-3 浓度 浓度：一定量溶液或溶剂中溶质的量。 物质的量浓度(c， 旧称：体积摩尔浓度) 每升溶液中溶质B 的“物质的量”。 c (B)= cB nBV 单位： mol L
7、或 mol dm3 c (NaCl) = 0.1 mol L,质量摩尔浓度(m ， b ) 每 1 kg 溶剂(A)中溶质(B)的“物质的量”。 mB nBwA = nB(nAMA ) 单位：mol kg m (NaCl) = 0.1 mol kg c (NaCl) = 0.1 mol L 浓度相同？ 当忽略温度影响时，近似用 c 代替 m 。,质量分数(旧称：质量百分浓度) 溶质的质量与溶液的质量之比。 小数，百分数 表示。 例如： 0.1 或 10 %,浓度是强度量 强度量，强度性质 “不具有加和性” 如：浓度，压力(压强)，温度，密度 广度量，广度性质，容量性质 “具有加和性” 如：质量
8、，物质的量，体积，长度,5-2-4 气体 气体特点： 1. 可压缩 与分子体积相比，分子之间距离大 2. 可扩散 与分子间作用力相比，分子的平均动能大 理想气体：气体分子之间没有相互作用力，分子本身没有体积。 实际气体(压力不高,温度不低) 理想气体,理想气体状态方程 Boyle： n, T V 1/p Gay-Lussac : n, p V T Avogadro : p, T V n V n T / p V = n R T / p R- 摩尔气体常量 pV = nRT,pV = nRT R ？ 当 p =101.325kPa, T=273.15K n = 1.0 mol 时, Vm= 22.
9、414 L = 22.414103 m3,R：摩尔气体常量(气体常量) P201 R = 8 . 314 Pa m3 K1 mol1 1 m3 = 10 3， 1= 103m3 R = 8 314 Pa L K1 mol1 1 Pa(= 1 N m2)= 103 kPa R = 8 . 314 kPa L K1 mol1 R = 0.008 314 kPa m3 K1 mol1 1 kPa L = 1 Pa m3 = (1 N m2 ) m3 =1 N m = 1 J R = 8 . 314 J K1 mol1 R = 0.008 314 kJ K1 mol1,理想气体状态方程的应用： 1）计
10、算 p，V，T，n 四个物理量之一。 pV = nRT 应用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 已知： T，p ，n， 求：V,P202 例5-3 计算298.15 K 和热力学标准压力下 1 mol 理想气体的体积。 22.4 L ？ pq = 100 kPa; V = nRT / p = 24.79 L pq = 101.325 kPa; V = nRT / p = 24.46 L,例 5-5一个 280 K 的敞开广口瓶里的气体加热到什么温度才能使1/3 气体逸出瓶外？,280K ？K 使三分之一的气体逸出？,280K ？K 使三分之一的气体逸出？,P 202 例 5-6 常温常压下充
11、满气体的石英安瓿被整体加热到 800 K 时急速用火焰封闭，问：封闭瓶内的气体在常温下的压力多大？,800K，p1=101325 Pa 298K, p2 =? T1T2 = p1p2 评论 1）“负压”。 2）“加热”减压是有限的。,2）气体摩尔质量的计算,M / gmol1 = Mr 已知：T，p，V，m，求： Mr,P202 例5-4 某气体在293K和9.97104 Pa 时的体积为0.19dm3 , 质量为0.132g, 求 该气体的相对分子质量 Mr 。它可能是什么气体？ 已知：T，p，V，m，求： Mr,= 17 gmol1 NH3, =, = m / V,3）气体密度的计算,分压
12、定律 道尔顿分压定律：混合气体的总压等于把各组分气体单独置于同一容器里所产生的压力之和。 混合气体的总压pT ，组分气体的分压pi pT = S pi 气体组分B ： pB = xB pT 摩尔分数： xB = pB /pT = nB /nT pTVT =nTRT ; piVT =niRT; 混合气体的总体积VT ，组分气体的分体积Vi VT = S Vi 混合气体的总物质的量nT ，组分气体的物质的量ni nT = S ni,混合气体：理想气体，T、n 恒定,O2 , N2,O2,N2,N2,O2,p(O2),p(N2),pT = p(O2) + p(N2); pB =xB pT,pT,pT
13、,V(O2) V(N2),VT,VT,VT = V(O2) + V(N2),pT,VT,nT = n(O2) + n(N2),例5-8 排水取气法得到的气体是饱和水蒸气与某种纯净气体的混合气体，若忽略水柱的压力，混合气体的总压等于环境压力。设该混合气体遵从理想气体方程，可以求得干燥气体的量。 例如：在常温常压下用排水取气法收集到H2 2.50010-1 L，查得 298 K下水的饱和蒸气压为 3.167 k Pa ，问：收集到的H2的物质的量和干燥的H2体积多大？,已知：V T (H2 +H 2O ) = 2.510-1L p T (H2 +H 2O ) = p q 饱和水蒸气压： p (H2
14、 O)= 3.167 kPa 求： n (H2 )和 V (H2 ) p (H2) = p q - p(H 2O) n(H2)= p (H2) VT/RT = V (H2) = n (H2) RT/p T = pTVT =nTRT ; piVT =niRT; pTVi =niRT,5-2-5 相（ phase ） 系统中物理性质和化学性质完全相同的且与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分，叫做相。 均相系统(或单相系统) 非均相系统(或多相系统),5-2-6 热力学温度 热力学温度(热力学温标)， T ， K ( 开尔文，开) 0 = 273.15 K,5-2-7 热与功 1. 热和功,体系与环境交换的能量,热(Q ),功(W ),膨胀功(体积功),其他功，有用功,体系和环境之间的温度差异引起的能量传递形式。 热不是物质,不是系统的性质。(温度是系统的性质),除热以外的所有其他能量传递形式。,热和功的数符 把系统作为主体。 系统能量下降， 系统能量上升，+ “入为正，出为负”,体积功 体积功
