热力学第一定律1.ppt

物理化学 PhysicalChemistry 袁文霞化学系物理化学教研室 办公室 理化楼348电话 62332689电子邮件 wxyuan 课件 sophomore phychem 主要参考书 胡英主编 物理化学 第四版 高等教育出版社 2006梁英教编 物理化学 第二版 冶金工业出版社 1998物理化学习题集 校内印刷 2001IraN Levine PhysicalChemistry Fifthedition McGraw Hill 2002 PeterAtkins etal PhysicalChemistry SeventhEdition W H FreemanandCompany NewYork 2002 绪论 什么是物理化学 目的 利用数学 物理学中的理论及实验手段 研究化学变化 thestudyoftheunderlyingphysicalprinciplesthatgovernthepropertiesandbehaviorofchemicalsystems Physicalchemistry 平衡规律 当系统的平衡态改变时 能量 体积和各物质的数量变化规律 速率规律 热量 动量和物质的传递以及化学反应中各物质的数量随时间变化的规律 平衡规律和速率规律是物理化学的研究核心 物理化学研究的两大规律 内容分类 速率的研究 化学反映速率 扩散 电池内电荷的流动等 1 化学热力学 化学动力学 物质结构和性能的关系问题 原子结构 分子成键 光谱等 结构化学 量子化学 2 化学变化的方向和限度问题 3 4 统计热力学 微观和宏观关系问题的研究 内容框架 本学期学习内容 以平衡篇为主要内容 加上速率篇 共学习八章 1 热力学第一定律2 热力学第二定律3 多组分系统的热力学4 相平衡5 化学平衡6 化学动力学7 表面化学8 电化学 8学时 10学时 10学时 10学时 6学时 8学时 8学时 8学时 物理化学研究方法 1 经典方法 1 化学热力学 经典统计力学 2 化学动力学 2 现代理论方法 1 量子化学 不含时间变化 量子统计力学 2 量子动力学 含时间变化 3 现代实验方法 激光方法 10 15秒 Femtosecond 加州理工大学 分子交叉束方法 哈佛大学 Harvard 加州大学 Berkeley 原子分子物理所 李远哲 台湾 中科院化学所 大连化学物理研究所 单分子光谱方法 哈佛大学 Harvard 麻省理工 MIT 质谱仪 核磁共振仪等 物理化学研究方法 物理化学研究的特点及趋势 1 宏观 微观 2 体相 表相 3 静态 动态 4 定性 定量 5 平衡 非平衡 6 单一学科 交叉学科 第一章热力学第一定律及其应用 19世纪 焦尔 Joule 开尔文 Kelvin 克劳修斯 Clausius 热力学 1 1引言 7 热力学的不足之处 1 物质的聚集状态 2 体系 或系统 3 状态和状态函数 4 体系的性质 5 热力学体系的规律 6 热力学体系的平衡条件 1 物质的聚集状态 气体 液体 固体 区分流体 凝聚相固体的晶型 最基本的宏观平衡性质有 pVT关系 一定数量物质的压力 体积和温度间的依赖关系 热性质 热容 相变热 生成热 燃烧热等 物质的pVT状态图 有关相图和相平衡知识将在第4章学习 2 体系 或系统 体系 研究对象 包含大量原子 分子的系统 体系 环境 1 孤立体系 体系与环境没有能量和物质的交换 又称隔离体系 分三类 体系 环境 2 封闭体系 火 体系与环境没有物质的交换但有能量的交换 2 体系 或系统 体系 环境 3 开放体系 火 例如 细胞膜中交换物质的水通道 交换 和 离子 离子的通道 2003Nobel奖 体系与环境有物质和能量的交换 2 体系 或系统 forthediscoveryofwaterchannels TheNobelPrizeinChemistry2003 fordiscoveriesconcerningchannelsincellmembranes PeterAgre1949 RoderickMacKinnon1956 forstructuralandmechanisticstudiesofionchannels 环境 任何体系 新体系 孤立体系 状态 体系一切性质的总和 包括平衡态和非平衡态 3 状态和状态函数 当体系所有的性质都一定时 体系的状态就一定 而任何一个性质发生变化 状态就发生变化 状态函数 由状态 平衡态 单值决定的性质 状态一定 状态函数也一定 如果状态发生变化 则状态函数的变化仅决定于体系的初态和终态 与所经历的具体过程无关 状态函数的无限小变化是全微分 3 状态和状态函数 4 体系的性质 如何来研究热力学体系 可直接观察到的变量 温度 T 压力 P 体积 V 物质的量 n 等 可间接得到的变量 热力学能 U 焓 H 熵 S 等 1 变量的分类 I 实验角度 体积 V 热量 Q 内能 U 焓 H 等 2 变量的分类 II 性质角度 广延变量 又叫容量变量 强度变量 温度 T 压力 P 粘度 密度等 4 体系的性质 如何来研究热力学体系 5 热力学体系的规律 1 热力学的一般规律 热力学第一定律 能量守恒原理的体现 联系内能 功和热量 热力学第二定律 解决反应发生的方向及限度 热力学第三定律 解决熵的绝对值问题 2 热力学的特殊规律 理想气体的状态方程 实际气体的范德瓦耳斯方程 绝热过程 5 热力学体系的规律 范德瓦耳斯 JohannesDiderikVanDerWaals 1837 1923 因在气态和液态方程方面的研究工作 获得了1910年度诺贝尔物理学奖 1 发现了范德瓦耳斯方程 发现了气体对应定律 预言了气体液化所必需的条件 6 热力学体系的平