高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座_第3讲_化学热力学基础.pdf

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第3 讲 化学热力学基础 【竞赛要求】 热力学能（内能）、焓、热容、自由能和熵的概念。生成焓、生成自由能、标准熵及有关计算。自由 能变化与反应的方向性。吉布斯-亥姆霍兹方程极其应用。范特霍夫标准熵及其应用。热化学循环。 【知识梳理】 一、基本概念 1、体系和环境 体系：我们研究的对象，称为体系。 环境：体系以外的其它部分，称为环境。例如：我们研究杯子中的H O，则H O 是体系，水面上的空 2 2 气，杯子皆为环境。当然，桌子、房屋、地球、太阳也皆为环境。但我们着眼于和体系密切相关的环境， 即为空气和杯子等。又如：若以N2 和O2 混合气体中的O2 作为体系，则N2 是环境，容器也是环境。 按照体系和环境之间的物质、能量的交换关系，将体系分为三类： （1）敞开体系：既有物质交换，也有能量交换。 （2 ）封闭体系：无物质交换，有能量交换。 （3 ）孤立体系：既无物质交换，也无能量交换。 例如：一个敞开瓶口，盛满热水的瓶子，水为体系，则是敞开体系; 若加上一个盖子，则成为封闭体 系; 若将瓶子换成杜瓦瓶 （保温瓶），则变成孤立体系。热力学上研究得多的是封闭体系。 2 、状态和状态函数 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。 5 状态函数：确定体系状态的物理量，是状态函数。例：某理想气体体系n = 1 mol ，p = 1.013×10 Pa， 3 V = 22.4 dm ，T = 273 K 这就是一种存在状态（我们称其处于一种标准状态）。是由 n，p ，V，T 所确定 下来的体系的一种状态，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，则体系的状态也要发生变化。 始态和终态：体系变化前的状态为始态；变化后的状态为终态。状态函数的改变量：状态变化始态和 终态一经确定，则状态函数的改变量是一定的。 例如：温度的改变量用 △T 表示， 则 △T = T 终 －T 始 同样理解 △n ， △p ， △V 等的意义。 3、过程和途径 过程：体系的状态发生变化，从始态到终态，我们说经历了一个热力学过程。简称过程。若体系在恒 温条件下发生了状态变化，我们说体系的变化为 “恒温过程”，同样理解 “恒压过程”、“恒容过程”。 若体系变化时和环境之间无热量交换，则称为之 “绝热过程”。 途径：完成一个热力学过程， 可以采取不同的方式。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。 例如：某理想气体， 经历一个恒温过程： 5 5 p =1 ×10 Pa 恒温过程 p =2 ×10 Pa 3 3 V = 2 dm V = 1 dm 可以有许多不同的途径： 5 3 0.5 ×10 Pa 4 dm 途径I 5 3 5 3 1×10 Pa 2 dm 2 ×10 Pa 1 dm