第一章 化学热力学基本定律与函数
第 一 章 化学热力学基本定律与函数
物理化学是化学学科中研究化学体系 行为最一般规律和理论的学科。是化学理 论的基础。 结构化学 量子化学 化学热力学（含统计热力学) 化学动力学 电化学 胶体与界面化学 催化化学 光化学
物理化学是化学学科中研究化学体系 行为最一般规律和理论的学科。是化学理 论的基础。 结构化学 量子化学 化学热力学（含统计热力学） 化学动力学 电化学 胶体与界面化学 催化化学 光化学
§1.化学热力学的科学框架 一、 概述 热功转换规律→热力学1、2定律→平衡热力 学函数关系，3定律→逸度与活度（实际体）。 经典热力学+应用学科理论→化学热力学 溶液热力学，冶金热力学，化工热力学，材料热 力学等。 20世纪：非平衡热力学
§1. 化学热力学的科学框架 一、概述 热功转换规律→热力学1、2定律→平衡热力 学函数关系，3定律→逸度与活度（实际体）。 经典热力学+应用学科理论→化学热力学→ 溶液热力学，冶金热力学，化工热力学，材料热 力学等。 20世纪：非平衡热力学
二、化学热力学的研究对象 化学热力学就是用热力学的基本原理研 究化学变化、相变化的最普遍规律。 化学热力学的研究对象就是： 一切客现实体及其变北视律 体系与环境 体系：被研究的物质与空间 环境：与体系发生关联的物质与空间 体系分为三类： 封闭体系，开放体系，孤立体系
二、化学热力学的研究对象 化学热力学就是用热力学的基本原理研 究化学变化、相变化的最普遍规律。 化学热力学的研究对象就是： 一切客观实体及其变化规律 体系与环境 体系：被研究的物质与空间 环境：与体系发生关联的物质与空间 体系分为三类： 封闭体系，开放体系，孤立体系
分类的依据是： 体系与环境间的物质、能量的交换情况 封闭体系：有能量传递，无物质传递 开放（敞开）体系：有能量传递，有物质传递 孤立（隔离）体系：无能量传递，无物质传递 2.过程：在一定条件下，体系由始态变化至末 态，称体系经历了一个（变化)过程，实现变化 的具体步骤称为途径。 过程分类：
分类的依据是： 体系与环境间的物质、能量的交换情况 封闭体系：有能量传递，无物质传递 开放（敞开）体系：有能量传递，有物质传递 孤立（隔离）体系：无能量传递，无物质传递 2. 过程：在一定条件下，体系由始态变化至末 态，称体系经历了一个（变化）过程，实现变化 的具体步骤称为途径。 过程分类：
(1)按变化性质分类： ★简单状态变化（低级变化）过程 ★相态变化（中级变化）过程 ★化学变化（高级变化）过程 (2)按环境条件分类： ◆恒容过程：体系的体积恒定不变 ◆恒压过程：p始=P未=P外=C0nst ◆恒温过程：T始=T未=T外=const ◆绝热过程：体系与环境间无热交换 ◆自由膨胀过程：P外=0 ◆循环过程：始、末态为同一状态
（1）按变化性质分类： ★简单状态变化（低级变化）过程 ★相态变化（中级变化）过程 ★化学变化（高级变化）过程 （2）按环境条件分类： ◆恒容过程：体系的体积恒定不变 ◆恒压过程：p始= p末=p外=const ◆恒温过程： T始= T末=T外=const ◆绝热过程：体系与环境间无热交换 ◆自由膨胀过程：p外=0 ◆循环过程：始、末态为同一状态
(3)按过程本质分类 ▲可逆过程一平衡（准平衡）过程 ▲不可逆过程 非平衡过程 三、化学热力学方法 化学热力学方法就是状态函数法 1.体系的性质与类型 性质：描述体系状态的物理量 ▲容量性质：与体系物质量多少有关的物理量 ▲强度性质：与体系物质量多少无关的物理量
（3）按过程本质分类 ▲ 可逆过程 平衡（准平衡）过程 ▲ 不可逆过程 非平衡过程 三、化学热力学方法 化学热力学方法就是 状态函数法 1.体系的性质与类型 性质：描述体系状态的物理量 ▲容量性质：与体系物质量多少有关的物理量 ▲强度性质：与体系物质量多少无关的物理量
2.状态与状态函数 性质描述体系状态，状态是由性质决定。 稳定平衡态 平衡态 状态 亚稳平衡态 非平衡态 平衡态必须同时满足： 热平衡(T体一T外=0)， 力平衡（不作功）， 质平衡（无相变和化学反应）
2. 状态与状态函数 性质描述体系状态，状态是由性质决定。 稳定平衡态 平衡态 状态 亚稳平衡态 非平衡态 平衡态必须同时满足： 热平衡(|T体－T外|=0)， 力平衡(不作功)， 质平衡(无相变和化学反应)
状态函数的特点： (1)状态一定，状态函数一定； (2)状态函数变化量只与始末态有关，与体系 由始态到末态的变化途径无关。即，具有 数学上的全微分性质： dX=Xk-X始=x 如：△T=T2-T1
状态函数的特点： （1）状态一定，状态函数一定； （2）状态函数变化量只与始末态有关，与体系 由始态到末态的变化途径无关。即，具有 数学上的全微分性质： X X X X X X = 末 − 始 = 末 始 d 如：△T = T2 – T1
四、化学热力学的建立及应用 化学热力学就是要解决在指定条件下，某化学反应 aA+bB→eE+fF的方向和限度，以及影响方向和限度 的因素。通过认识客观事物的规律，达到改造和控制客 观事物的目的。 第一定律 引出 热力学能(U和焓(0 热2 △U,△H 功W A,Um,△Hm 第二定律 引出 熵(S),亥氏自由能(4) 引出 第三定律 吉氏自由能(G △S,A,△G 判据 引出 计算 化学平 化学热力学 化学势u △Gm 衡原理
第一定律 第二定律 第三定律 热力学能(U)和焓(H) ΔU，ΔH ΔrUm，ΔrHm 引出 热Q 功W 引出 熵(S)，亥氏自由能(A) 吉氏自由能(G) ΔS，ΛA，ΔG 引出 判据 化学势μ ΔrGm 引 出 计算 化学平 衡原理 化学热力学 + 四、化学热力学的建立及应用 化学热力学就是要解决在指定条件下，某化学反应 aA + bB → eE + f F 的方向和限度，以及影响方向和限度 的因素。通过认识客观事物的规律，达到改造和控制客 观事物的目的