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本文目录

1. 为什么热力学能和焓不是状态函数
2. 热化学标准状态是指系统压力为100kpa温度为298k时物质的状态对吗
3. 状态函数的本质是什么
4. 化学反应热效应指的是Q还是H

为什么热力学能和焓不是状态函数

焓，是系统状态的参数，

热量和功，是系统状态变化量的参数：

功热是传递过程，产生多少功热是一个状态到另一个状态的变化，是变化间的积累量而不是某一个状态的值。

通俗一点，动能势能是状态，做功是过程。焓内能是状态，热是过程。

热化学标准状态是指系统压力为100kpa温度为298k时物质的状态对吗

在温度为T，气体本身的分压为100kPa，（而不是外压），而且具有理想气体性质的状态，叫做该气体的标准态。 所以，水蒸气的标准摩尔熵，指的是在298K，分压为100kPa，符合理想气体时每1molH2O(g)的熵。 这个标准态是假想的状态，但它是有意义的，通过热化学原理，可以将数值转变为其他的状态时的数值（这比编表时考虑每一种物质的饱和蒸气压方便多了，否则每一条都要加一个注释，读者在使用时还要考虑怎样把数据转换回去，来进行其他过程的热力学计算）。 比如，根据298K时，H2O(g)=H2O(l)ΔrGm°=ΔrHm°－TΔrSm°<0，可以知道，在298K时，分压为100kPa的水蒸气与纯液态水混合时，水蒸气会自发转变为液态水，同时科技工作者还可以根据查表得到的上述数值，求得在达到平衡时，即ΔrGm=0时，H2O(g)的自身分压是多少（即此温度下的饱和蒸气压）。 虽然该温度下水蒸气的饱和蒸气压只有3kPa多，但是如果我们可以想想这样一个瞬间，就是水分子占据的体积迅速减小为大约1/30，这时候水蒸气的分压就可以为100kPa了，只不过此时水蒸气不稳定，立即会有一部分水由气相转为液相。此外，水蒸气显然离理想气体相距甚远，水分子极性极大，且含有分子间氢键，分子与分子之间作用较强，不具有理想气体的行为。 不仅水蒸气，所有的实际气体的标准态都是假想态，因为分子间作用力不为0；大部分溶液的标准态也是假想态，一方面是很多物质的溶解度达不到1mol/kg（约为1mol/L），另一方面，溶液的性质也不具有理想液态混合物的性质（不在全部浓度范围遵循拉乌尔定律）；很多热化学方程式描述的也是假想的化学反应，因为只要是状态函数，始态和终态确定了，中间可以随意地设计有利于自己进行计算的过程。

状态函数的本质是什么

状态函数的意思是，这个函数只和体系的当前状态有关系，跟体系到达当前状态的演化过程无关。温度、压强、内能等等都是这样的函数，实际上在热力学中我们处理的大多数函数都是状态函数。

你也许会感到疑惑，所有的函数不都应该如此吗？难道还有不是状态函数的函数？

确实有。例如一个非常常见的问题：一个体系的温度从T1变化到T2，请问它放出（或者吸收）的热量是多少？

你立刻就会发现，这个问题没法回答，除非你知道这个温度变化的过程，而不仅仅是始末的两个状态。

事实上，热力学发展早期一个非常重要的基础性成果，就是发现功可以完全转化成热。例如通过摩擦炮管，可以让炮管的温度升得很高，但在这个过程中完全没有给炮管输入热量。如果你不做功，而是给炮管加热，当然也可以让炮管达到同样的温度。这两种做法的始末状态都是相同的，但做功（不妨记为W）和传输热量（不妨记为Q）的数值不同。

摩擦生热

那么，W和Q之间有什么关系呢？

真正重要的结果来了：W和Q加起来，等于始末状态内能的变化（不妨记为ΔE）。也就是说，W+Q=ΔE。这就是热力学第一定律，即能量守恒定律。

在始末状态不变的前提下，你可以让W多一点，Q少一点，也可以让Q多一点，W少一点，这是取决于体系演化过程的。但无论是什么过程，W+Q总是不变的，就是ΔE，完全由始末状态决定，跟演化过程无关。所以W和Q都不是状态函数（称为过程函数），而E是状态函数。

如果在数学上讲得更加深入一点，就是：状态函数的微小变化是“全微分”（totaldifferential），而过程函数的微小变化不是“全微分”。如果你学过微积分，你就会明白这个区别了。

化学反应热效应指的是Q还是H

反应热：当系统发生了化学反应之后，使反应产物的温度回到反应前始态的温度，系统放出或吸收的热量就称为该反应的热效应，简称反应热，用Q表示，Q与过程有关，不是状态函数，即使始末状态相同，只要过程不同（如等压过程和等容过程），Q值就不同。反应热通常有两种：等容反应热和等压反应热。等容过程反应的热效应(Qv)等于反应的内能变化(ΔU)；等压过程反应的热效应(Qp)等于反应的焓变(ΔH)。通常反应是在等压条件下进行的，所以我们经常提及的反应热如无特别注明都是指等压下的热效应Qp。

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