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2011化工工程师考试：无机化学 学习方案汇总

第四章 化学热力学初步 (4学时)

基本要求

一、熟悉化学热力学的一些重要术语。

二、能够根据书写要求正确书写热化学反应方程式。

三、掌握化学反应热效应的计算方法。

四、了解吉布斯能的意义和应用。

本章重点、难点

运用热力学的原理和方法来研究化学现象及与化学过程有关的物理变化，即化学热力学。化学热力学主要解决的问题是：化学反应中能量的变化，化学反应的方向和限度问题。

本章学习的重点是能够运用化学热力学的基本概念如焓、吉布斯能、熵，解决判断化学反应是否能够发生、化学反应发生时所伴随的能量变化等问题。

本章学习的难点在于准确掌握和理解化学热力学研究的基本特点，正确运用热力学的基本概念处理具体化学实际问题的方法，

化学热力学所研究的是体系的宏观性质，是从反应体系的宏观能量变化来认识物质及化学变化的规律性。其研究的结论是大量分子的平均行为，不涉及个别分子的个体行为。化学热力学在研究化学变化时，只考虑反应的起始状态和最终状态，与反应的具体过程无关，也不涉及反应速率及与之有关的问题。

基本概念

1.体系和环境

体系是被研究的物质系统。

环境是与体系有密切关系的周围物质部分。

根据体系和环境之间物质和能量交换的情况不同，体系可以分成：

(1)敞开体系：体系与环境之间既有能量交换又有物质交换。

(2)封闭体系：体系与环境之间只有能量交换，没有物质交换。

(3)孤立体系：体系与环境之间既没有能量交换也没有物质交换。

根据体系中物质的相的数目不同体系可以分成：

2.状态和状态函数

状态是体系的存在形式。一个体系的状态是由体系的一系列性质确定的。当体系的性质都具有确定的数值时，我们认为体系处于一定的状态。

体系的性质是反映体系物质特征的物理量。如气体的状态是由温度、压力、体积、各组分物质的摩尔数等性质来决定。如果其中一个体系的性质发生变化，体系即由一个状态转变为另一种状态。根据体系性质与体系中物质数量的关系，体系的性质分为：

(1) 广度性质：体系性质的数值与体系中物质的量成正比，是体系中个部分该性质的总和。如体积、质量。广度性质的特点是具有加合性。

(2)强度性质：体系性质的数值不随体系中物质的量而变化，是由体系中物质的本性所决定，强度性质没有加合性。如温度、压力、密度等。

确定体系的热力学状态的体系性质叫状态函数。状态函数的特点是：体系状态一定，状态函数就具有确定的数值。体系发生变化时，体系的状态函数也随着发生相应的变化，状态函数的变化值只取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。体系一旦恢复到原来状态，状态函数恢复原值。所以体系变化的始态和终态一经确定，各状态函数的变化量也就随之确定。设体系变化的始态的状态函数体积为V1，终态的体积为V2，体系发生变化后状态函数的变化量ΔV = V2-V1，状态函数温度的变化量表示为ΔT，Δn为状态函数物质的量的变化量。

描述体系某一状态的各状态函数之间有一定的相互关系，若确定了其中的几个状态函数，其余的状态函数就随之而定。例如某一理想气体体系，P、V、T、n都是状态函数，只要其中一个物理量发生变化，体系的状态就随之改变;只要确定其中三个状态函数，另外的一个状态函数也随之而定。

3.过程和途径

体系的状态发生变化时，状态变化的经过叫过程。根据体系状态变化的条件不同分为：

(1)恒温过程：体系状态是在温度不变条件下发生变化。

(2)恒压过程：体系状态是在压力不变条件下发生变化。

(3)恒容过程：体系状态是在体积不变条件下发生变化。

(4)绝热过程：体系状态发生变化时，体系和环境之间没有热的交换。

体系从一个始态变化到另一终态，可以经由不同的方式，完成体系变化过程的具体方式或步骤叫途径。

4.内能

体系内部能量的总和叫做体系的内能。用符号U表示，单位是J或kJ。

内能是体系内部状态所决定的能量总和，它是体系本身的性质，只取决于体系的状态。体系在一定的状态时，体系内能的数值是确定的。因此内能是体系的状态函数，任何变化过程的内能变化值ΔU只与体系的终态和始态有关，而与体系变化的途径无关。

5.化学反应的热效应

在一定条件下，当反应体系只对抗外压做膨胀功时，化学反应完成后，若使反应体系的温度回到起始温度，体系所吸收或放出的热量称为化学反应的热效应(或叫反应热)。

6.盖斯定律

盖斯定律基本内容：化学反应的热效应只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。或者说，无论给定的化学反应是一步完成的还是分几步完成，只要始态和终态一定，则一步完成的反应热效应与各分步反应的反应热效应的代数和相等。盖斯定律只适用与恒压过程和恒容过程。

7.热化学反应方程式

表示化学反应热效应关系的方程式叫热化学方程式。

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