无机化学教学3章化学热力学基础课件

无机化学教学：化学热力学基础contents目录化学热力学简介热力学第一定律热力学第二定律热力学第三定律化学平衡热力学在无机化学中的应用01化学热力学简介化学热力学是研究化学反应和相变化过程的能量关系和方向性的科学。定义提供反应过程能量转化和利用的理论基础，指导实际生产和科学实验。目的定义与目的热力学的主要概念描述系统状态的物理量，如内能、焓、熵等。系统内部各组分之间达到平衡状态，不再发生宏观变化的状态。能量守恒定律，表示系统能量的转化和利用。熵增加原理，表示自发反应总是向着熵增加的方向进行。状态函数热力学平衡热力学第一定律热力学第二定律02热力学第一定律定义热力学第一定律即能量守恒定律，它表述为：系统与外界交换能量时，系统内能量的变化等于系统与外界交换的热量与外界对系统做的功之和。表述$DeltaU=Q+W$，其中$DeltaU$表示系统内能的变化，$Q$表示系统吸收或放出的热量，$W$表示外界对系统做的功。定义与表述当系统体积膨胀对外做功时，吸收的热量会部分转化为对外做功。当外界对系统做功使得系统体积压缩时，外界所做的功会全部转化为系统内的热量。热和功的转化功转化为热热转化为功定义热力学能是指系统的内能，它包含了系统内部所有微观粒子的动能、势能以及化学能等。特性热力学能是一个状态函数，其值取决于系统的状态而非经过的过程。在等温、等压或绝热条件下，热力学能变化量等于系统吸收或放出的热量。热力学能03热力学第二定律热力学第二定律指出，不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。定义熵增加原理指出，在封闭系统中，总熵（即系统熵与环境熵的和）总是增加的。表述定义与表述卡诺循环与熵的概念卡诺循环卡诺循环是理想化的热机工作过程，由四个可逆过程组成（等温吸热、等温放热、绝热膨胀、绝热压缩）。熵的概念熵是描述系统混乱度或无序度的物理量，其值越大，系统的无序度越高。表述在封闭系统中，总熵总是增加的。解释熵增加原理表明，自然发生的反应总是向着熵增加的方向进行，即向着更加无序的状态进行。这是因为熵增加原理符合热力学第二定律，即自然发生的反应总是向着能量降低的方向进行。因此，在封闭系统中，总熵（即系统熵与环境熵的和）总是增加的。应用熵增加原理在化学反应中有着广泛的应用，可以帮助我们理解反应自发进行的方向和速率，以及反应的平衡状态。同时，熵增加原理也是热力学第二定律的一个重要推论，对于理解热力学的本质和规律有着重要的意义。熵增加原理04热力学第三定律在绝对零度时，任何完美晶体的熵值为零。热力学第三定律通常表述为不可能通过有限步骤将绝对温度降到绝对零度。另一种表述为定义与表述

绝对熵的求算根据热力学第三定律，绝对熵可以通过计算完美晶体在绝对零度时的熵值来获得。绝对熵是系统熵的绝对值，它表示系统无序度的量度。在计算过程中，需要考虑晶体的原子排列、分子振动等因素对熵值的影响。热力学第三定律在计算化学反应的熵变、热容和热力学函数等过程中有重要应用。它可以帮助我们理解物质在接近绝对零度时的性质和行为，以及在极低温度下的物理和化学变化。在实际应用中，热力学第三定律还用于指导制冷和低温技术的发展，以及优化能源利用和材料性能。热力学第三定律的应用05化学平衡定义化学平衡是化学反应进行到正、逆反应速率相等，各组分浓度保持不变的状态。条件平衡状态下的化学反应需要满足一定的条件，如温度、压力、浓度等。定义与条件平衡常数平衡常数是化学平衡体系中各组分浓度的幂次方之积的比值，用于描述化学平衡体系的特性。定义平衡常数可以通过实验测定，也可以通过热力学数据计算得出。计算方法VS平衡移动原理是指当一个化学平衡体系受到外界条件的影响时，平衡体系会向着减弱这种影响的方向移动。应用实例以反应2NO2(g)→N2O4(g)为例，增加反应物NO2的浓度，平衡会向减少NO2浓度的方向移动，即正向移动；反之，减少产物N2O4的浓度，平衡会向减少N2O4浓度的方向移动，即逆向移动。原理概述平衡移动原理06热力学在无机化学中的应用焓变的计算方法通过标准焓变和温度、压力等条件下的反应焓变计算，可以确定特定条件下反应的焓变。焓变与反应机理的关系反应焓变与反应机理密切相关，通过分析反应机理可以更准确地计算焓变。反应焓的定义反应焓是化学反应过程中吸收或释放的热量，用于衡量反应的热效应。反应焓的计算123自发反应是指不需要外界作用就能自动进行的反应。自发反应的定义根据热力学第二定律，自发反应总是向着能量降低、熵增加的方向进行。自发性的判断依据自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行，其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为绝对温度。自发性与焓变和熵变的关系反应自发性的判断反应热的定义反应热是指在一定的压力下，化学反应吸收或释放的热量。反应热的测量方