化学反应的方向VIP免费

第二章化学反应的方向§2.1热力学第一定律§2.2化学反应的热效应§2.3吉布斯能和化学反应的方向物质A与物质B能否发生化学反应生成新的物质C？如果反应能发生，它是放热还是吸热反应？吸收（或放出）多少热量？这些反应进行到什么程度为止？这些问题都属于化学热力学的研究范畴。热力学（thermodynamics）是研究各种形式的能量（如：热能、电能、化学能等）转换规律的科学。它的基础就是热力学第一定律和热力学第二定律。化学热力学是热力学原理在化学中的应用。一、基本概念体系（system）：热力学中被研究的对象。体系以外并且与体系密切相关的部分称为环境（surrounding）。烧杯中的溶液是体系。烧杯和周围的空气都属于环境§2.1热力学第一定律（一）体系和环境2.如果体系与环境之间没有物质交换只有能量交换的体系称为封闭体系（closedsystem）。封闭系统3.如果体系与环境之间既无物质交换也无能量交换的体系称为孤立体系（isolatedsystem）。抽成真空孤立系统热力学体系可分为三类：1.体系与环境之间既有物质交换又有能量交换的系统称为敞开体系（opensystem）。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，称为状态函数。例如某理想气体体系n=2mol，p=1.013105Pa，V=44.8dm3，T=273K这就是一种状态。是由n、p、V、T所确定下来的体系的一种存在形式。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，则体系的状态发生变化。（二）状态和状态函数根据描述体系性质的物理量与体系中物质的量的关系。一类具有广度性质的状态函数，如：V、n、m、u、H、S、G等。这类性质具有加合性。另一类具有强度性质的状态函数，如：T、P、ρ、等。这类性质没有加合性。研究状态和状态函数时应注意两点：1.描述一个系统所处的状态时，不必将所有的状态函数全部列出，通常只选择几个易于测定的相互独立的状态函数来描述系统的状态。如；PV=nRT2.状态函数的变化值只取决于状态变化的始态和终态，而与变化的途径无关。如：50g50Cº的水（始态）加热变为50g80Cº的水（终态）。ΔT=T（终态）-T（始态）=30Cº。状态函数（三）过程和途径体系从一种状态变到另一种状态称为经历了一个过程。过程等温过程（isothermalprocess）ΔT=0等压过程（isobarprocess）ΔP=0等容过程（isovolumicprocess）ΔV=0绝热过程（adiabaticprocess）ΔQ=0途径完成一个热力学过程，可以采取多种不同的方式。我们把每种具体的方式，称为一种途径。过程着重于始态和终态；而途径着重于具体方式。体系从始态变到终态可经过不同的途径来完成途径I373K100kPa373K50kPa298K100kPa途径II298K50kPa等压过程等温过程等压过程等温过程二、热力学第一定律（一）热和功在热力学中，热（heat）是系统和环境之间由于温度差而交换的能量形式，常用符号“Q”表示。体系和环境之间除了热以外的一切能量交换形式统称为功（work），常用符号“W”表示。热力学规定：系统向环境放热，Q为负值，即Q<0；系统从环境吸热，Q为正值，即Q>0。系统对环境作功，W为负值，即W<0；环境对系统作功，W为正值，即W>0。热和功不是状态函数，热和功的变化数值与系统的变化途径密切相关。体积功图4-1理想气体等温膨胀示意图理想气体体系反抗外压P外对环境所做的功可用下式计算：W=–F×l=–P外×A×l=–P外×ΔV式中：ΔV为气体膨胀的体积；F为活塞所受到的外压力。（二）内能热力学能（thermodynamicenergy）又称内能（internalenergy）。内能是系统内部一切能量形式的总和，常用符号“U”表示。内能是状态函数，它的变化值只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。（三）热力学第一定律热力学第一定律（thefirstlawofthermodynamics）就是能量守恒与转化定律。对于封闭体系，体系和环境之间只有热和功的交换。当体系发生了状态变化，若变化过程中从环境吸收热量为Q，环境对系统作功为W，按照能量守恒定律，系统的内能变化为：ΔU=Q+W（热力学第一定律的数学表达式）例2-1某过程中，体系吸热100J，对环境做功20J。求体系...