普通化學、10.熱力學

 10.熱力學

系統失去能量，內能∆E < 0  ，得到能量   ∆E > 0

由測量得到的狀態函數：P壓力、V體積、T溫度

由計算得到的狀態函數：∆Q熱、∆E內能、∆H焓、∆S熵、位能 

 

                       路徑函數： q熱量(差)、 W功、Ssurr外界熵

∆G= U-TS+pV=H-TS         ∆G<0：過程具有自發性 * 燃燒時算自發

吉布斯自由能= 系統的內能 - 絕對溫度*熵 +壓力*體積  = 焓 - 絕對溫度*熵

S熵= 混亂程度，分子數量增加、質量數增加、轉氣態：∆S > 0    

                                                               *離子水合=結合，亂度下降，熵為負

∆H焓= 吸收能量，打斷化學鍵、吸熱時為正  ，燃燒為負

反應後分子數沒變  ∆H=∆E           ∆S = ∆H / T 

∆E = q+ W      注意吸收為正，做功為負

W= - P∆V    ； J = - (體積torr)*(改變的體積)*101.3J / atm.L

標準狀態S.T.P：273K (0度C) 1atm；   STP下1莫耳的理想氣體=22.4 L

            p = 1 atm = 101325 帕斯卡 = 1013.25 hPa = 101.325 kPa = 1.01325 bar.

熱力學定律：

熱力學第一定律：宇宙能量定值 能量不滅   ∆E= q - W(定壓反應熱)   水比熱=4.2 J/度.克

熱力學第二定律：自發反應∆Stotal>0 ；     可逆反應∆Stotal=0  ； 不發生∆Stotal<0

熱力學第三定律：純元素標準狀態 熵=0      ex Br2氣體 S正常固體 O2 (O3非標準態)

熱力學第零定律：A、B熱力學系統均與C系統熱平衡，則A、B系統必互相熱平衡

∆Hrxn=反應物kJ/mol – 生成物kJ/mol (注意純元素=0以及相變化ex 水 > 蒸氣 吸熱+) 放熱=負

                Q:進/出系統的熱，進取正，出取負   ；W:系統做的功

黑斯定律(Hess)：A反應為B、C反應式的代數和時，A反應熱為B、C反應熱的代數和

                            化學反應後的焓變化 = 生成物標準生成焓 - 反應物標準生成焓

                計算∆H焓  (正逆反應相減)       (吸熱斷鍵)   kJ/mol /溫度K=△Ssurr變化

    放熱 ∆Ssurr外界熵 >0      ∆Ssys系統莫耳熵，分子量大的氣體亂度較大

    分子斷鍵熱變化：畫出分子式   ΔH=斷的鍵能 – 生成的新鍵能(放熱)  多半為負值

        

  ∆H焓、∆S熵

鍵能計算焓：  打斷鍵 -  生成鍵

莫耳生成焓：  生成物 - 反應物

∆Ssurr熵計算：

∆Surr=    ???  J / 溫度(K)

熱力學變化：

定壓熱容量Cp：壓力不變，單位質量物質溫度升高或下降1K所吸收或放出的能量

定容熱容量Cv：容積（體積）不變，單位質量物質溫度升高或下降1K所吸收或放出的能量

        單原子理想氣體：R=8.314  定壓熱容量Cp=(5/2)R     定容熱容量 Cv=(3/2)R              

定壓：∆E=nCv∆T  ；∆H = nCp∆T ；∆S =nCp ln(T2/T1)  ；熱q=nCp∆T；功W= -nRT

定容：∆E=nCv∆T  ；∆H = nCp∆T ；∆S =nCv ln(T2/T1)  ；q=nCv∆T    ； W= 0

恆溫：∆E= 0         ；∆H =  0          ；∆S =nR ln(T2/T1)  ；

           可逆q=nRT ln(V2/V1)   ；  有外壓 q= -P外壓∆V  ；自由膨脹 q= 0 ； W=  - q

絕熱：∆E=nCv∆T  ；∆H = nCp∆T ；      q= 0 ； W= ∆E =nCv∆T

          可逆∆S= 0 ；有外壓∆S =nCp ln(T2/T1) ；自由膨脹 ∆S =nR ln(T2/T1)

恆溫/絕熱自由膨脹：∆E= 0 ；∆H =  0；∆S =nR ln(T2/T1)  自由膨脹 q= 0 ； W= 0

氣體熱變化計算：

∆E內能= n*3/2*R*(T2-T1)                 *恆溫、恆溫/絕熱自由膨脹時，∆E、∆H =0
∆H焓   = n*5/2*R*(T2-T1)  
∆S熵   = n*5/2*R* ln(T2/T1) 

Q=△H   w=–P∆V=–nR∆T  /J     R=8.314    注意可能要*n (改變的mole數) J ~ kJ
單原子理想氣體恆容△S = =n*3/2*R*ln(T2/T1) *In值題目給 
如恆壓△S = =n*5/2*R*ln(T2/T1)

可逆膨脹        ：∆E = q = -w = nRT ln P1/P2

絕熱自由膨脹：∆E = q= w = 0 

恆壓Cv= n*3/2*R (原子多不對稱 比熱大)  恆容 Cp= n*5/2*R   等溫膨脹/壓縮 內能不變

△S= △H/ T  T=絕對溫度K

9.物質平衡  ↼  10.熱力學   ⇀ 11.化學平衡