为什么热力学能和焓是状态函数
大学普通化学中焓(H)与吸放热(Q)的区别?
大学普通化学中焓(H)与吸放热(Q)的区别?
焓(H)是状态函数,其变化量与变化的途径无关,一个化学反应无论是一步完成还是分多步完成,反应的焓变都是一样的。
热(Q)不是状态函数,其变化量与变化的途径有关。
这就是热与焓最主要的区别。
在恒压容器或敞口容器中进行的化学反应,并且体系对外只做体积功而不对外做非体积功时,其焓变在数值上等于恒压反应热Qp(p是下标,下同),但是意义上不相等:焓是状态函数,热不是状态函数。
体积功就是体系因体积改变对外做的功,为负值,体积功W - F·s,而F是压力,是压强与接触面积的乘积,即F pS,所以体积功W - p·S·s,而s是移动的距离,S是接触面积,因此S·s ΔV,即体积的变化量,因此体积功可以写成W - p·ΔV,根据热力学第一定律,ΔU Q W,此时Q是恒压反应热,即QQp,W是体积功 ,即W -p·ΔV,因此恒压反应的热力学能变化量为:ΔU Qp - p·ΔV,整理得:Qp ΔU p·ΔV,现定义一个新的函数——焓,它的表达式为H U pV,则 ΔH Δ[U (pV)],由于恒压,故p为定值,所以按照与微分相同的法则得到ΔH ΔU p·ΔV,因此化学反应的焓变在数值上等于恒压反应热Qp。
焓只是一个人为定义的状态函数,如果压强p是变量,则按照与微分相同的法则可以得到:ΔH Δ[U (pV)] ΔU Δ(pV) ΔU V·Δp p·ΔV,其中V·Δp只表示压强的变化对焓变的影响,p·ΔV 也不是体积功,因此焓并没有明确的物理意义,它的绝对值与热力学能U一样无法直接测定,但是焓的变化量ΔH是可以通过实验测得的,因为恒压条件下,它在数值上等于化学反应的反应热Qp,即Qp ΔH。
化学反应的恒容反应热(Qv)在数值上等于体系的热力学能变,即Qv ΔU,因为恒容条件下,体系体积不改变,即ΔV0,所以体积功W -p·ΔV 0,因此ΔU Qv W Qv - p·ΔV Qp - 0 Qv.
化学热力学中哪个是状态函数?
一定的条件下,系统的性质不再随时间而变化,其状态就是确定的,系统状态的一系列表征系统的物理量被称为状态函数。状态函数,即指表征体系特性的宏观性质,多数指具有能量量纲的热力学函数(如内能、焓、吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能)。主要应用于工程领域。
环境中化学物质的原子状态和分子的结构、元索和各种化 学物种存在的形式叫状态。