化学热力学初步
1、什么是化学热力学?它有什么特点?
答:热力学是争论热能和机械能以及其他形式的能量之间的转化规律的一门科学。用热力学的理论和方法争论化学,则产生了化学热力学。可以解决化学反响中能量变化问题,同时可以解决化学反响进展的方向和限度问题。
特点:〔1〕是争论大量质点的平均行为〔宏观性质〕不涉及少数或个别的分子,原子的微观性质,不依靠构造学问〔战略问题〕。
由实践阅历可推出热力学三大定律,进而推理演绎出根本的函数。
通常答复是什么或怎么样可能性的问题,并不答复为什么和如何实现的问题。
不涉准时间的概念,不能解决反响速度和反响机理的问题。
热力学三大定律的意义不限制于纯自然科学。
2、什么叫相、系统和环境,开放系统、封闭系统和孤立系统,广度性质和强度性质,过程与途径,状态与状态函数?
答:相:在所争论的系统中,物理状态,物理性质与化学性质完全均匀的局部。要留意的是相与组分,状态是有区分的,争论相是处于平衡状态的物质系统。
系统:为争论的需要,被划定为争论对象的与四周的物质或空间隔离开来的物质〔又叫体系或物系〕,
环境:体系以外,与体系有亲热联系的四周局部〔外界〕,留意:系统与环境之间有时
有明显的界限(如N和O混合气中以O为开放系统,N为环境。依据系统与环境之间的
2 2 2 2
关系,将系统分为三类:
系统 系统与环境的关系 例
开放系统 既有物质交换又有能量交换封闭系统 无物质交换有能量交换孤立系统 既无物质交换又无能量交换
活塞连续反响器.活生物体.活细胞.城市
大多数化学反响,如在密闭容器中的化学反响
抱负模型,如在带盖的杜凡瓶
里进展的反响
广
度量:具有加和性的物理量,如质量、物质的量、长度、体积等。强度量:不具有加和性的物理量,如浓度、压强、温度、密度等。
过程:系统从一个状态(始态)变为另一个状态(终态)就说发生了一个过程。如:恒温过程:T始=T终;
恒压过程:P始=P终;恒容过程:V始=V终;
可逆过程:无限接近平衡状态
途径:体系由同一始态变为同一终态的状态变化所经受的具体方式。过程:系统发生的任何变化叫过程,着眼点是始终态。
途径包括过程,即一个途径可能有一个或多个过程,着眼点是具体方式。
AA 5×104Pa
A
1 2
4×10-3m3
A 1×105Pa2×10-3m3
B 2×105Pa1×10-3m3
B1 4×105Pa B
2
5×10-4m3
从A到B是发生了过程。而A 、A 、B 、B为途径。
1 2 2 2
状态:系统中全部物理性质和化学性质的总合,或者说一个系统的物理性质和化学性质都被确定了,则说系统处于一个状态。
状态函数:确定体系的一系列热力学状态的宏观物理量(V、M、P、T、d…)。故一个状态函数就是体系的一种性质。〔1〕系统的状态肯定,每一个状态函数就有一个确定值;
〔2〕状态函数的转变只由体系的始态和终态确定,与途径无关;〔3〕系统恢复到原始状态,状态函数也就恢复到原始确定值。总结:状态函数有特征。状态肯定值肯定。殊途同归变化等,周而复始变化零。
什么是热和功,它们各具有什么性质?初终态确定后,在不同的过程中,Q、W、Q+W
是否都具有确定值?
答:热:是系统与环境之间的温度差异引起的能量传递形式;
热是过程的产物与属性,是途径的函数,不是系统的性质,也不是体系的状态函数;
假设温度一样,就没有热传递,则称为热平衡;反推“全部不是由温度不同而引起的能量传递都不是热”。
留意热力学里的热与通常我们所说的热〔指一种状态〕以及热运动〔指分子的无续运动〕要区分开。
功:除热运动以外的全部其他能量传递形式。在热力学里是指体系对环境所做的功。功是与过程亲热相关的量,它不是状态函数。功在热力学上又可分为气体膨胀功(压缩
功、非有用功)和其它功〔有用功〕,功和热不是状态函数,不能谈体系在某种状态下具有多少功或具有多少热量,功和热只有在能量交换时才有具体的数值,且随着途径的不同功和热的数值都变化。同一过程中假设途径不同,体系所做的功以及体系所吸取的热都不同。但同一过程中假设途径不同,Q+W仍有确定值,由于Q+W=△u,△u是状态函数,它的值只于初终态有关,而与途径无关。4.什么是热力学能,它有什么性质?什么是热力学第肯定律?
答:热力学能:过去长期叫内能,符号是U,现指系统内各种形式的能量的总和。如:系统中分子的动能,分子内电子运动的能量,分子间作用能等。
热力学能的性质:
任何系统在肯定状态下,热力学能是肯定的,其确定值不知道,只能求出热力学能的变化量;
△U≡U终态