热力学函数市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

一、组织教学一、组织教学二、教学内容二、教学内容3.1.1热力学函数互相关系 3.1.2原则态和热力学函数要求值小结与作业小结与作业 3.1 热力学函数热力学函数第1页第1页3.1.1热力学函数互相关系1 物质状态2 能量状态3 各热力学函数之间关系 4 状态发生改变两类过程 5 化学反应吉布斯自由能返回第2页第2页1 物质状态返回 物质特定状态是由一些要求物质状态参变量所决定。参变量可分为广延参量和内含参量两类：广延参量和物质量相关，如体积、组元摩尔数等，内含参量又称强度参量，它和物质量无关，如温度、压力、摩尔分数等。物质状态由这些参变量决定，并随这些参变量改变而改变，用数学形式表示为：式中X代表物质状态。第3页第3页2 能量状态 返回物质状态改变时，其能量状态也发生改变。在热力学中用内能、焓、熵、在热力学中用内能、焓、熵、亥姆霍兹茨自由能亥姆霍兹茨自由能F和吉布斯自由能和吉布斯自由能G五个函数来表示物质能量特性。五个函数来表示物质能量特性。状态一定，表示能量状态各热力学函数值也一定。因此，这些热力学函数都是状态函数。第4页第4页H=U+PV G=F+PV H=G+TS F=U+TS可见，焓与内能之间，吉布斯自由能和亥姆霍兹茨自由能之间，相差为PV，焓与亥姆霍兹茨自由能之间，焓与吉布斯自由能之间，相差为TS。等压过程，dP=0，dH=dU+PdV；dG=dF+PdV 等容过程，dV=0,dH=dU+VdP；dG=dF+VdPdH和dG常应用于等压条件，dU和dF则应用于等容条件。在相应条件下，过程吸取或放出热，可用来量度状态改变时内能或焓改变。3 各热力学函数之间关系 返回第5页第5页4 状态发生改变两类过程返回可逆过程与不可逆过程。依据热力学第二定律，（3-1）式（3-1）中档号与不等号并列正好反应了热力学办法特点。等号关系属于可逆过程，不等号关系属于不可逆过程。这也就是说，熵增量确实定值只能用可逆过程来计算。而对不可逆过程，无法求得拟定熵增量，而是仅仅和可逆过程作比较。众所周知，热力学中可逆过程是一个抱负化、无限缓慢改变过程，而实际过程都不是可逆，它们熵增量无法准确计算，只能和可逆过程作比较，不等号就标明比较含义。由于不可逆过程熵增量无法计算，因此只有绝热过程才直接用熵改变判断过程方向（）。对于等压过程，则要应用吉布斯自由能改变来判断（），即可逆过程 ，自发进行过程 。第6页第6页5 化学反应吉布斯自由能化学反应吉布斯自由能改变（化学反应吉布斯自由能改变（）是判断反应）是判断反应在恒温、恒压下能否自发进行依据。在恒温、恒压下能否自发进行依据。对于任意炼钢反应，其吉布斯自由能改变可表示为：即它等于反应产物与反应物吉布斯自由能差值。0，反应逆向进，反应逆向进行。行。=0，反应达平衡，反应达平衡。因此，负值是反应正向进负值是反应正向进行驱动力行驱动力。此负值越大，则该反应正向进行趋势也越大。化学反应热力学性质，如温度、压力及活度等化学反应热力学性质，如温度、压力及活度等条件能改变吉布斯自由能改变特性，从而使反应向条件能改变吉布斯自由能改变特性，从而使反应向需求方向进行。需求方向进行。返回第7页第7页3.1.2原则态和热力学函数要求值1 要求值 2 原则态3 焓要求值 4 熵要求值 5 热力学第三定律 6 吉布斯自由能要求值返回第8页第8页1 要求值将热力学应用于化学过程时，人们选择一个物质状态作为参考态，人为地要求在这一参考态下热力学函数H、S、G等数值；这样就能求出相对于所选参考态所有研究状态热力学函数数值。这样计算所得数值是相对值，而不是绝对值。由于参考态数值是人为地要求，因此这些相对值称为要求值。返回第9页第9页2 原则态纯物质原则态要求为：压力为一大气压（101325Pa）、任意指定温度并含有抱负气体性质纯气体，或者压力在一大气压（101325Pa）下、任意指定温度纯液体或纯固体。返回第10页第10页3 焓要求值返回在化学中，要求稳定纯单质在298.16K标准摩尔焓为零：由单质生成化合物在298.16K标准摩尔焓就是该化合物生成反应在该温度下热效应。因为焓含有可加和性，更复杂化学反应热效应能够由反应前后各物质代数和求得。其它温度下反应热效应可按下式计算：式中，为反应前后各物质恒压热容代数和。假如在298K和T之间有物质发生相变，在计算时必须把相变热包含在内，而且不同温度区间要选取不同热容表示公式。第11页第11页4 熵要求值选择凝聚态（液或固态）纯单质在一大气压、T趋近于零原则态为参考态，并要求该熵值为零：返回第12页第12页5 热力学第三定律温度趋近绝对零度时，凝聚态物质化学反应值 为零。由此能够推广到，一切物质，无论单质还是化合物，趋近绝对零度时呈完整晶体状态，其熵值为零。其它温度下熵值：返回第13页第13页6 吉布斯自由能要求值要求吉布斯自由能值等于吉布斯自由能是状态函数，故能够用类似于求 办法来计算化学反应 。但应指出，在恒温下 才有物理意义，这样算出，只是某一温度下吉布斯自由能改变。由于 积分式过于复杂，冶金反应 能够相称准确地用线性关系式来表示：式中A和B是回归产生两个系数。有些人把它们近似看作 和 在较小温度范围内平均值。炼钢惯用反应 A+BT数据主要用试验求得。返回第14页第14页小结与作业小结：本此课重点熟悉原则态和热力学函数要求值。作业：1.什么是原则态？2.焓与熵值是如何要求？返回第15页第15页