《无机材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第五章 热力学计算

河北联合大学第五章热力学计算无机材料科学基础

河北联合大学 无机材料科学基础 第五章 热力学计算

概述无机材料科学基础第五章 热力学计算热力学以及化学热力学是迄今发展得最为完善和普遍适用的一门理论性学科，在包括无机非金属材料在内的众多学科领域中有着广泛的应用。它在理论上解决了有关体系复杂过程发生的方向性和平衡条件，以及伴随该过程体系能量变化等问题。它对探讨各种无机材料系统的具体过程，如烧成、烧结、腐蚀、水化反应等，都有着巨大的科学研究和生产实践方面的指导意义河北联合大学

河北联合大学 无机材料科学基础 第五章 热力学计算 概 述 热力学以及化学热力学是迄今发展得最为完善和普 遍适用的一门理论性学科，在包括无机非金属材料 在内的众多学科领域中有着广泛的应用。它在理论 上解决了有关体系复杂过程发生的方向性和平衡条 件，以及伴随该过程体系能量变化等问题。它对探 讨各种无机材料系统的具体过程，如烧成、烧结、 腐蚀、水化反应等，都有着巨大的科学研究和生产 实践方面的指导意义

S1热化学计算无机材料科学基础 第五章 热力学计算一.热效应1.热效应的定义在恒温条件下只作体积功而不作其他功，系统吸热或放热的现象称为热效应，如化学反应和相变中吸热或放热恒容热效应：QV=AU+PAV=AU恒压热效应：QP=AU+P△V=△(U+PV)=AH热焰是在恒压条件下发挥作用的特性函数。AH,298 =Z(v;AHi1298)产物 -Z(,AH:1298)反应物

§1 热化学计算 一. 热效应 1. 热效应的定义 在恒温条件下只作体积功而不作其他功，系统吸热或放热 的现象称为热效应，如化学反应和相变中吸热或放热。 恒容热效应：QV=△U+P△V=△U 恒压热效应：QP=△U+P△V=△(U+PV)=△H 热焓是在恒压条件下发挥作用的特性函数。 无机材料科学基础 第四章 表面与界面 H = ( H )产物 −( H )反应物 0 i f,i,298 0 i f,i,298 0 R,298   无机材料科学基础 第五章 热力学计算

S1热化学计算无机材料科学基础 第五章 热力学计算2.盖斯定律反应:2Ca+Si+20，，△HB-2Ca0.Si0,β-2CaO.SiO，也可以通过下列几步反应来生成2Ca+02 △H,2Ca0Si+O2△H2β-SiO2β-SiO2 +2Ca0 △H3β-2Ca0.SiO,根据盖斯定律：AH= AH, +AH2 +AH河北联合大学

河北联合大学 §1 热化学计算 2. 盖斯定律 1 2 3 2 3 2 2 2 2 2 1 2 2 2 H H H H -SiO 2CaO H - 2CaO SiO Si O H -SiO 2Ca O H 2CaO - 2CaO SiO 2Ca Si 2O H - 2CaO SiO  =  +  +  +   +  +   + +   根据盖斯定律： 也可以通过下列几步反应来生成： 反应：      无机材料科学基础 第五章 热力学计算

S1热化学计算无机材料科学基础 第五章 热力学计算3.热效应与温度的关系dAHRR=AC,(恒压热容)dTCp = [(T) =a+bT +cT-2=△a+△bT+△cT-2AC,=Z(y,Cpi)产物-Z(y,Cpi)反应物 = -AHR, =[ACp·dTAHR,I2T河北联合大学

河北联合大学 §1 热化学计算 3. 热效应与温度的关系      −  =    = − =  +  +  = = + + =   − − 2 1 R, 2 R, 1 P 2 P P ,i P ,i 2 P P R C C ( C ) ( C ) a bT cT C (T) a bT cT C ( ) dT d H T T T T i i dT 产物 反应物 恒压热容   无机材料科学基础 第五章 热力学计算

热化学计算举例无机材料科学基础 第五章 热力学计算三.热化学计算举例2P,O(s) + SiO2(s) →2 P,0 . SiO2()[1100K[1100K[1323KAH,AH42P,O.SiO2(S)2P,O.SiO2(S)2P,O(s) +α-SiO2(s)个24HAH个△H,「298K[1323K298KAHAH2 P,0. SiO2()2 P,0 . SiO2()2P,O +α- SiO2(S)2AH, +AH, +AH,+AH4 +AH, = AH+AH河北理工大学

河北理工大学 热化学计算举例 三. 热化学计算举例 无机材料科学基础 第四章 表面与界面 1 2 3 4 5 6 7 2 ( ) 7 2 ( ) 6 2 ( ) 1 2 5 2 ( ) 4 2 ( ) 3 ( ) 2 ( ) ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 2 1323 2 298 2 298 2 . 2 1323 2 1100 2 1100 2 2  +  +  +  +  =  +                                                + −                                             + − + →  b S b l b l b S S b S b S b S S b l P O SiO K P O SiO K P O SiO K P O SiO K P O SiO K P O SiO K P O SiO P O SiO   无机材料科学基础 第五章 热力学计算

S2热力学计算无机材料科学基础第五章 热力学计算心一.滴判据1.对于孤立系统，当炳变^S>0时，过程自发进行2.对于一般非孤立系统，要考虑到环境变△S（总）=△S（系）+AS（环）>O时，过程自发进行AS（总）=AS（系）+AS（环）=O时，系统处于平衡状态

§2 热力学计算 ❖一. 熵判据 ❖1.对于孤立系统，当熵变△S＞0时，过程自发进行。 ❖2.对于一般非孤立系统，要考虑到环境熵变。 ❖△S（总）＝△S（系）+△S（环） > 0时，过程自 发进行 ❖△S（总）＝△S（系）+△S（环） ＝ 0时，系统处 于平衡状态。 无机材料科学基础 第五章 热力学计算

S2热力学计算无机材料科学基础 第五章 热力学计算二自由判据1.不发生化学反应或相变的物系du = Q+SW = Q可 +SW = TdS-P△VG=u+PV-TSdG = du+dPV-dTS = VdP-SdTG= f(P,T)

§2 热力学计算 ❖二. 自由焓判据 ❖1.不发生化学反应或相变的物系 G f (P,T) dG du dPV dTS VdP SdT G u PV TS du Q W Q W TdS P V = = + − = − = + − =  + =  可 + 可 = −  无机材料科学基础 第五章 热力学计算

S2热力学计算无机材料科学基础 第五章 热力学计算2.对于发生化学反应或相变的物系G = f(P,T,ni,n2.....n;2dGnOniQ反应在恒温恒压下进行：dP =0,dT= 0aGdG,dni=Zu,dn>Oni所以：当dG0，反应不能进行

2. 对于发生化学反应或相变的物系 §2 热力学计算 0 0 0, ( ) 0 dT 0 : ( ) ( ) ( ) ( , , , . ) , , , , , , 1 2 ，反应不能进行。 ＝ ，反应处于平衡状态； 所以：当 反应自发进行； ， 反应在恒温恒压下进行   =    =  = =   +    +   = = dG dG dG dni dn ni G dG dP dni ni G dT T G dP P G dG G f P T n n n P T n j i i T n i P n i P T n j i  无机材料科学基础 第五章 热力学计算

S2热力学计算无机材料科学基础 第五章 热力学计算三。化学反应标准自由焰变化计算：1.在298K时化学反应标准自由恰变化AG元,29 = Z(v,AGg,298/)产物 - Z(v,AG%,298,)反应物或AGR,298=AHR,298 - TASR,R.298

❖三. 化学反应标准自由焓变化计算 ❖1.在298K时化学反应标准自由焓变化 §2 热力学计算 0 ,298 0 ,298 0 ,298 0 ,298, 0 ,298, 0 ,298 G G ( G ) ( G ) R R R R i f i i f i   −TS  =   −   或 ＝ 产物 反应物   无机材料科学基础 第五章 热力学计算