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《亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù).ppt》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.1亥姆霍茲函數(shù)(1)導(dǎo)出過程熵判據(jù)公式必須在隔離系統(tǒng)中才能使用,非隔離系統(tǒng)則涉及環(huán)境熵變的計算。對于常見的封閉系統(tǒng)發(fā)生的恒溫恒容或恒溫恒壓及非體積功為零的過程,能否有更為方便的判據(jù)呢?亥姆霍斯函數(shù)和吉布斯函數(shù)的引入可以解決這個問題根據(jù)熵判據(jù)公式:在恒溫、恒容及非體積功為零的條件下:(U-TS)是狀態(tài)函數(shù)的組合,仍然具有狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì),定義它為一個新的輔助狀態(tài)函數(shù)--亥姆霍茲函數(shù)§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.1亥姆霍茲函數(shù)(2)定義A即為亥姆霍茲函數(shù),又曾被稱為亥姆霍茲自由能或自由能,也曾用F表示(3)性質(zhì)★是狀態(tài)函數(shù)★是廣度
2、量★具有能量單位★絕對值無法確定(4)亥姆霍茲函數(shù)判據(jù)在恒溫恒容且非體積功為零的條件下,系統(tǒng)亥姆霍茲函數(shù)減少的過程能自動進行,達到平衡時亥姆霍茲函數(shù)的值達到最小。不可能發(fā)生亥姆霍茲函數(shù)值增大的過程§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.1亥姆霍茲函數(shù)(5)相關(guān)重要公式即:恒溫可逆過程系統(tǒng)亥姆霍茲函數(shù)變化等于過程的可逆功,又稱恒溫過程系統(tǒng)的亥姆霍茲函數(shù)變化表示了系統(tǒng)發(fā)生恒溫變化時具有的作功能力★恒溫可逆過程:即:恒溫恒容可逆過程系統(tǒng)亥姆霍茲函數(shù)變化等于過程的可逆非體積功,又稱恒溫恒容過程系統(tǒng)的亥姆霍茲函數(shù)變化表示了系統(tǒng)發(fā)生恒溫恒容變化時具有的作非體積的功能力★恒溫恒容可逆
3、過程:§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.2吉布斯函數(shù)(1)定義G即為吉布斯函數(shù),又曾被稱為吉布斯自由能(2)性質(zhì)★是狀態(tài)函數(shù)★是廣度量★具有能量單位★絕對值無法確定(3)吉布斯函數(shù)判據(jù)在恒溫恒壓且非體積功為零的條件下,系統(tǒng)一切自發(fā)進行的過程都向著吉布斯函數(shù)減少的方向進行,達到平衡時吉布斯函數(shù)的值達到最小§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.2吉布斯函數(shù)(4)相關(guān)重要公式即:恒溫恒壓可逆過程系統(tǒng)吉布斯函數(shù)變化等于過程的可逆非體積功,又稱恒溫恒壓過程系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)變化表示了系統(tǒng)發(fā)生恒溫恒壓變化時具有的作非體積的功能力★恒溫恒壓可逆過程:由于實際情況下,恒溫恒壓過程比恒
4、溫恒容過程更為普遍,因此吉布斯函數(shù)判據(jù)比亥姆霍茲函數(shù)判據(jù)更具有實用意義§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.3恒溫過程ΔA、ΔG的計算(1)pVT變化過程求算ΔA、ΔG的方法一般是從定義式出發(fā),結(jié)合過程ΔU、ΔH及ΔS計算,關(guān)鍵還是求熵變理想氣體恒溫過程:凝聚態(tài)恒溫變壓過程,當壓力變化不是太大時,過程的ΔA和ΔG可近似為零例題:1mol某理想氣體由0℃、1atm恒溫不可逆膨脹到0.5atm,系統(tǒng)作功100J。計算:(1)該過程的Q、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA及ΔG。(2)若該氣體由上述始態(tài)恒溫可逆膨脹到上述終態(tài),求(1)中各量及系統(tǒng)作功解題:這是有關(guān)熱力學一、二定律的簡單
5、綜合題,理想氣體發(fā)生恒溫pVT變化過程(2)恒溫可逆膨脹(1)恒溫不可逆膨脹思考:求可逆熱和功還有哪些方法?記住:理想氣體恒溫過程ΔA與ΔG相等§3.7亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)7.3恒溫過程ΔA、ΔG的計算(2)相變化過程可逆相變:不可逆相變:水(373.2K,1atm)水蒸氣(373.2K,1atm)(1)pamb=1atm(2)pamb=0思考題:例題:25℃、1atm下1mol過冷水蒸氣變?yōu)?5℃、1atm的液態(tài)水,求該過程的ΔS及ΔG,并判斷過程能否進行。已知25℃時水的飽和蒸氣壓為0.03126atm,汽化熱為2217J·g-1,水蒸氣看成理想氣體。分析:
6、這是過冷水蒸氣的不可逆相變化過程,解題的關(guān)鍵是如何設(shè)計可逆途徑解題:水蒸氣(298.2K,1atm)水(298.2K,1atm)水蒸氣(298.2K,0.03126atm)水(298.2K,0.03126atm)ΔS、ΔGΔS2、ΔG2ΔS1、ΔG1恒溫可逆ΔS3、ΔG3恒溫可逆可逆相變例題2:已知-5℃、760mmHg時1mol的過冷液態(tài)苯完全凝固為-5℃、760mmHg的固態(tài)苯,該過程系統(tǒng)的熵變?yōu)?35.45J·K-1。已知固態(tài)苯在-5℃時的飽和蒸氣壓為17.1mmHg,-5℃時固態(tài)苯的摩爾熔化焓Δ熔化Hm為9.86kJ·mol-1。試計算過冷液態(tài)苯在-5℃時的
7、飽和蒸氣壓解題:(1)結(jié)合已知條件設(shè)計可逆途徑苯(l,268.2K,760mmHg)☆列出題目給定的始、終態(tài)☆找出已知的可逆相變化☆加上輔助的可逆的pVT變化ΔS系ΔS3ΔS1恒溫可逆ΔS4可逆相變恒溫可逆過冷液體苯的凝固過程為不可逆相變化,題目中該過程的熵變已知,結(jié)合題目中的其它條件,設(shè)計出計算該熵變所依據(jù)的可逆途徑,并據(jù)此計算過冷液態(tài)苯在-5℃時的飽和蒸氣壓分析:苯(s,268.2K,760mmHg)苯(g,268.2K,pl*)苯(g,268.2K,17.1mmHg)苯(l,268.2K,pl*)苯(s,268.2K,17.1mmHg)ΔS5恒溫可逆ΔS2