《物理化学》第一定律 1-1

物理化学电子教案——第一章第一章热力学第一定律1.1热力学概论1.2几个基本概念1.3热力学第一定律1.4体积功1.5焓1.6热容1.7热力学第一定律对理想气体的应用1.8理想气体的绝热可逆过程1.9实际气体的节流膨胀1.10热化学1.11盖斯定律1.12几种热效应1.13反应热与温度的关系—基尔霍夫定律1.14绝热反应热力学的形成与发展是经过了一个漫长的历史时期。在十八世纪以前，人们对热的认识比较模糊，不可能产生出正确的科学理论。直到十九世纪中叶，人们在实验的基础上，才建立了科学定理和定律。焦耳（JamesprescottJoule）在1850年建立了能量守恒定律（热力学第一定律）；开尔文（Lordkelvin）和克劳修斯（Rudolfclausuis)分别在1848，1850年建立了热力学第二定律。在20世纪初又建立了热力学第三定律。1.热力学的基本内容§1.1热力学概论•热力学就是研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的基本规律的一门学科；•把热力学的基本原理用来研究化学现象以及和化学现象有关的物理现象就构成了化学热力学。它主要研究下面两个问题：•研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；•研究化学变化的方向和限度。§1.1热力学概论热力学的研究内容：2.热力学方法的特点和局限性热力学方法：§1.1热力学概论•不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。•能判断变化过程是否能够发生以及进行到什么程度，不考虑变化所需要的时间。•只考虑体系的始态和终态，而不考虑过程进行的细节；•热力学研究的对象是大量分子的集合体，所得到的结论具有统计意义；局限性：系统(System)：在研究问题时必须要先确定研究对象，把一部分物质与其余部分化划分开（划分可以是真实的，也可以是想象的）。这种被划定的研究对象称为系统，也称为物系或体系。环境(surroundings)：与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。§1.2几个基本概念1.系统和环境敞开系统：（opensystem）：体系与环境之间即有能量交换又有物质交换。封闭系统（closedystem）：体系与环境之间只有能量交换而没有物质交换。系统的分类§1.2几个基本概念孤立系统（隔离体系）（isolatedsystem）：系统与环境之间既没有能量交换也没有物质交换§1.2几个基本概念2.体系的性质和状态函数§1.2几个基本概念状态系统的状态就是系统中物理性质和化学性质的综合 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现。系统的状态是用系统的一些热力学变量（T、P、V、U、ρ）来进行描述的，这些变量也称热力学性质或系统的性质。容量性质（extensiveproperties）：也称广度性质，它的数值与系统中物质的量成正比，即具有加和性，在数学上是一次函数。如体积、质量、熵等。系统的性质通常可分为两类：强度性质（intensiveproperties）：这类性质的数值与系统中物质的量无关，即不具有加和性，如温度、压力等。注意：两个容量性质之比为强度性质，如摩尔体积：V/n=Vmol§1.2几个基本概念状态函数：系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值只取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关，具有这种性质的物理量称为状态函数。状态函数的性质可概括为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。§1.2几个基本概念∮ΔZ=0Z＝ƒ（T、P）•状态一定，状态函数就有一确定值；•系统的状态发生变化时，状态函数的改变值只取决于体系的始终态，而与变化的途径无关。•系统经过循环过程，则状态函数值不变，•状体函数具有全微分性：ABΔZ=ZB－ZA状态函数的性质：§1.2几个基本概念3.热力学平衡态：•热平衡：系统各个部分温度相等。•力学平衡：系统各部分压力相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。•化学平衡：系统的组成不随时间而变化。•相平衡：多相存在时，各个相的组成和数量不随时间而变化。§1.2几个基本概念§1.3热力学第一定律4.过程和途径过程：系统的状态所发生的一切变化均称为过程。（1）等温过程（isothermalprocess)在变化过程中，体系的始态温度与终态温度相同，并等于环境温度。T始＝T终＝T环（2）等压过程（isobaricprocess)在变化过程中，体系的始态压力与终态压力相同，并等于环境压力。P始＝P终＝P环（3）等容过程（isochoricprocess)在变化过程中，体系的容积始终保持不变。§1.3热力学第一定律（4）绝热过程（adiabaticprocess)在变化过程中，系统与环境不发生热的传递。（5）循环过程（cyclicprocess)系统从始态出发，经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态函数的改变量都等于零。途径：完成某一个过程的具体步骤。5.热和功热（heat）（Q）：系统和环境之间因温差存在而交换的能量。系统吸热Q为正Q＞0系统放热Q为负Q＜0功（work）（W)：除热以外的其他各种形式的能量传递都叫作功。功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。系统对环境作功功为负值W＜0环境对系统作功功为正值W＞0§1.2几个基本概念Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。§1.3热力学第一定律•热功当量•能量守恒定律•热力学第一定律的语言表述•热力学能•热力学第一定律的数学表达式焦耳（Joule）和迈耶（Mayer）从1840年起先后历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果都是一致的。即：1Cal＝4.1840J这就是著名的热功当量，为能量守恒提供了科学的实验依据。1.热功当量§1.3热力学第一定律直到1850年，科学才界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。热力学第一定律的实质就是能量守恒定律，是能量守恒与转化在热现象领域内所具有的特殊形式。它可以表述为：2.热力学第一定律的语言表述§1.3热力学第一定律•自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化的过程中，能量总值不变。•第一类永动机是不可能造成的。热力学第一定律是人类经验的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。3.热力学能(U)热力学第一定律的直接结论是热力学能是系统的状态函数。用符号U表示，它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。热力学能（thermodynamicenergy）以前称为内能（internalenergy）,它是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。§1.3热力学第一定律4.热力学第一定律的数学表达式因为热力学能是状态函数，具有全微分性，用d表示，而功和热不是状态函数，是过程量，不具有全微分性，所以用δ表示，以示区别。对微小变化：§1.3热力学第一定律也可用表示，两种表达式完全等效，只是W的取号不同。用该式表示的W的取号为：体系对环境作功，W>0，环境对体系作功，W<0。§1.4功与可逆过程膨胀功准静态过程可逆过程•可逆相变过程的体积功•化学反应的体积功膨胀功（体积功）：是由于系统的体积变化所引起系统与环境间所交换的能量。体积功的计算：对有限变化：1.膨胀功（体积功）§1.4功与可逆过程§1.4功与可逆过程设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克服外压,经4种不同途径，体积从V1膨胀到V2所作的功。（1）自由膨胀（freeexpansion）（2）恒外压一次膨胀（pe保持不变）因为体系所作的功如阴影面积所示。§1.4功与可逆过程可见，外压差距越小，膨胀次数越多，做的功也越多。所作的功等于3次作功的加和。（3）多次反抗恒外压膨胀①克服外压为，体积从膨胀到；②克服外压为，体积从膨胀到；③克服外压为，体积从膨胀到。§1.4功与可逆过程（4）无限多次膨胀(外压比内压小一个无穷小的值)外相当于一杯水，水不断蒸发，这样的膨胀过程是无限缓慢的，每一步都接近于平衡态。所作的功为：§1.4功与可逆过程这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。§1.4功与可逆过程例1在25℃时，2molH2的体积为15dm3,此气体：（1）在定温条件下,反抗外压105Pa时,膨胀到体积为50dm3；（2）定温下，可逆膨胀到50dm3。试计算两种膨胀过程的功。§1.4功与可逆过程（1）（2）作业：129页2，4。§1.4功与可逆过程