化学热力学初步

1 第5 章 化学热力学初步 用热力学理论来讨论反应能否发生、能量和限度等问题 5-1 化学热力学研究的对象 从十八世纪中叶到十九世纪，物理学上建立了由研究热和功的交换、提高热机效率而逐步发展起研究能量转换过程中所遵循的规律的一个分支科学— — 热力学(thermody namics)。随着对其它形式能量（电能、化学能等）的研究，热力学的范围逐步扩大，目前已成为涉及面广、影响很深的科学。热力学的理论基础主要是热力学第一定律和热力学第二定律，它们都建立于上个世纪。本世纪初又建立了热力学第三定律。这些定律，虽然和所有的已知实验结果一致，但这些实验结果只能做其正确的依据，而不能作为其正确的证明。事实上，热力学的定律都是假说或公理。同时热力学研究的对象是大量分子的集合体，因此得到的结论具有统计意义，而不适用于个别分子、原子等微观粒子。 关于热力学，爱因斯坦（A.Einstein）曾说过（1 9 4 6 ）：“一个理论，如果它的前提越简单，涉及的课题越繁多和应用的范围越广泛，那么这个理论给人的印象就越深刻。因此，经典热力学给我留下了深刻的印象。它是唯一的具有广泛内容的一种物理理论。对此理论，尽管顽固的怀疑派们特别注意，我确信在它的基本概念的应用范围内决不会被推翻。” 把热力学的定律、原理、方法用来研究化学过程以及伴随这些化学过程而发生的物理变化，就形成了化学热力学(chemical thermody namics)。那么在化学过程中都涉及一些什么样的问题？ 研究化学反应，一般涉及以下四个问题：①、能否发生反应；②、反应涉及的能量；③、反应的速度；④、反应的程度。化学热力学即是针对上述问题进行研究。具体讲，是利用热力学第一定律来解决反应中的能量变化问题；利用热力学第二定律来解决反应能否发生（即反应的方向）和反应的程度问题。通过研究化学热力学，我们能知道，在一定条件下，反应能否发生，进行的程度，以及能量关系。但它不能告诉我们反应的速度、反应的根本原因以及反应的历程等问题。 目前，化学热力学是无机化学的一个重要理论体系。本章初步介绍一些关于热力学的基本知识，并用于解决前述的三个问题。首先介绍一些常用的术语。 5-2 基本概念 5-2-1 体系和环境 体系：被研究的物质系统。环境：体系以外的其它部分。例如研究物质在溶液中的反应，溶液是研究的体系，而盛溶液的容器，以及溶液上方的空气都是环境。 在研究任一体系的某种热力学性质时，为了强调这一点，有时把...