热力学第一定律

1、。物理化学，周建民化学学院，我祝你们每天学习愉快，进步！扬声器：电话：短号码：69779办公室：2923571家庭：2981088，QQ: 530018104，电子邮件：热力学第一定律。南京大学精品课程物理化学网络课程辅导与答疑第,章。第二章热力学第一定律，2.1基本概念和术语2.2热力学第一定律2.3定容热、定压热和焓2.4摩尔热容2.5相变焓2.7。化学反应焓2.8标准摩尔反应焓的计算2.10可逆过程和可逆体积功2.11节流膨胀和焦耳-汤姆逊实验。第2章热力学第一定律，热力学，基本定律，热力学第一定律，热力学第二定律，应用，溶液，相平衡，化学平衡，电化学，表面，胶体，2.1基本概念和术语，

2、1，系统和环境，2，状态和状态函数，3，过程和方式。系统3360热力学称这部分物质为研究对象。环境：系统外与系统相关的那部分材料，也称为外界。系统与环境的划分不是固定的。注：系统和环境之间有一个界面(想象的或真实的)，它们之间可以进行物质或能量的交换。2.1-1。系统和环境。系统类型：隔离系统(隔离)，封闭系统，开放系统，2.1-1。系统和环境。(1)状态和状态函数，状态：系统的状态是它所有的宏观性质，P，V，T，U，H，S，A，g。系统的状态和宏观性质之间有一一对应关系。当系统的状态被确定时，系统的宏观性质具有确定的值。与达到这种状态的经历无关。也就是说，系统的宏观性质是单值状态函数。2.1

3、-2，状态和状态函数，状态函数：系统的宏观性质(也称为热力学性质)称为系统的状态函数。p、v、t、u、s、a、g等。都被称为系统的状态函数。2.1-2，状态和状态函数，是否需要列出系统的所有状态函数来描述系统的状态？不必了。因为状态函数是相互关联的。2.1-2，状态和状态函数。对于含有一定量纯物质的单相系统，只有两个独立的状态函数可以描述系统的状态。V=f (T，p)，如果含有一定量纯物质的单相系统的性质被称为x和y，那么系统的任何其他性质x都是这两个变量的函数，即：(1)状态是常数，状态函数值是常数。状态变化，状态函数的变化值只取决于初始状态和最终状态，与变化方式无关。V=f(T，p)，x=

4、f (x，y)，x=x2x1状态函数方法，状态是确定的，值是确定的，同样的方式变化，等等。它一次又一次地变成零。状态函数的微分是全微分，全微分的积分与积分路径无关。或者：总微分循环积分的值为零。状态函数的特征：2.1-2，状态和状态函数，强度特性的值取决于系统本身的特性，这与系统中包含的物质的量无关，并且没有可加性(例如，P、T、Cm、粘度、折射率等)。)。宽度性质的值与系统中包含的物质的量成比例，并且具有可加性(如氮、钒、铀等)。系统处于力平衡状态：即系统具有单一压力；系统处于相平衡状态：即系统中没有物质从一个相到另一个相。系统内部处于化学平衡状态，即系统内的化学反应在宏观上已经停止。总之，

5、当系统的温度和压力以及各相中各组分的物质量不随时间变化时的状态就是平衡状态。(3)平衡状态：系统中各相的热力学性质不随时间变化，系统与环境隔离后，系统的性质保持不变的状态。2.1-2，状态和状态函数，过程：系统从一种状态变化到另一种状态的经验。2.1-3过程和方法、途径：实现过程的具体步骤。或者：初始状态和最终状态系统经历的过程的总和。在物理化学中，根据系统中物质变化的类型，过程分为三类：简单PVT变化、相变和化学变化。有几个主要的p、V、T变化过程，(I)恒温过程t1=T2=t环境，(vi)耐恒定外压过程pamb=常数。自由膨胀过程(膨胀到真空的过程)。Pamb=0，2.1-3，(v)循环过

6、程中所有状态函数的变化为零，(iii)定容过程v1=v2，(ii)定压过程P1=p2=penenvironment，(iv)绝热过程q=0，系统上的工作环境w 0；W 0；该系统向环境释放热量。Q 0，注意：Q与变化过程有关，Q不是一个状态函数，所以它不能用全微分、dQ和 Q来表示微变化过程的热量，用符号Q表示.单位：焦耳，热的微观本质是由于内部粒子不同的无序运动强度而在系统和环境之间交换的能量。热力学能量过去被称为内能，即系统内能的总和，即系统中除全部动能和全部势能之外的所有粒子能量的总和，包括分子运动的平移动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能和各种粒子间的相互作用势能。2.1- 5热

7、力学能量J，U=分子本身的能量=分子间相互作用的势能等。这与温度有关，而分子间相互作用的势能与分子间的距离(V)有关，所以U=f(T，V)。2.1- 5热力学能量，表示：U是宽度性质的状态函数。(4)它的差速器是全差速器。如果U=f(T，v)，则有：1，热力学第一定律，2，封闭系统热力学第一定律的数学形式，3，焦耳实验，热力学第一定律，自然：能量守恒定律，不管一个孤立系统经历什么变化，它的能量都是守恒的。2.2-1。热力学第一定律，书面表述：热力学第一种永动机是不能实现的。热力学中的第一种永动机是一种连续工作而不消耗能量的机器。封闭系统：实验表明，如果开始和结束状态相同，热力学第一定律的数学表

8、达式为：2.2-2。封闭系统中热力学第一定律的数学形式。注意，Q和W不是状态函数，但Q和W=U与方式无关。，所谓“第一类永动机”，为了使机器连续工作，系统必须连续运转。根据热力学第一定律，U=Q W，一个循环结束，U=0，所以-W=Q，因为W 0。如果有两个进程a和b，它们有相同的开始和结束状态，那么Ua=Ub，如果是WaWb，肯定有QA QB，因为：WAQA=UA=UB=WBQB，2.2-2。封闭系统热力学第一定律的数学形式。2.2-3。焦耳实验，焦耳在1843年做了一个低压气体的自由膨胀实验(结果是恒温)。实验装置如图：所示。实验前，将球A抽真空，球B在常压下充入空气。旋塞关闭，系统处于平

9、衡状态。在实验中，当A打开时，B中的气体自由膨胀到A，达到一个新的平衡状态，但发现温度没有变化。焦耳实验，所以气体的热力学能量与其体积(以及压力)无关，而只是温度的函数。自由膨胀，Q=0，根据第一定律，水浴温度是恒定的。2.2-3。焦耳实验，实验中使用的是低压气体，所以可以认为是理想气体。上述公式表明，一定量的理想气体的热力学能量只是温度的函数。(理想气体)，解释：U=分子本身的能量=分子间相互作用的势能，等等。如果理想气体没有分子间的相互作用，那么就没有相互作用的势能，而平移振动核只取决于温度，所以U=f(T)。2.3定容热、定压热和焓，1。恒定体积热(qv) 3。QV=U QP=H、2.3

10、- 1，定容热(QV)，表明封闭系统从环境中吸收的热量等于系统在定容过程中热力学能量的增加，w=0。只与开始和结束状态相关。定容热(QV)定义：定容过程中系统与环境之间的热交换，w=0。(DV=0 W=0)。定压热(Qp)定义：定压过程中系统与环境之间的热交换，W=0。2.3- 2。恒压热(Qp)和焓，定义为：(DP=0 w=0)。结果表明，在恒压和w=0的过程中，封闭系统从环境中吸收的热量等于系统焓的增加量。只与开始和结束状态相关。为了使用方便，在等压和无膨胀功的条件下，焓变化等于等压热效应。它易于测量，因此可以获得其他热力学函数的变化值。(dP=0 W=0)，2.3- 2。恒压热(Qp)和

11、焓，为什么要定义焓？说明：焓是一个状态函数，H=U PV是一个宽度量，用能量单位J表示，绝对值无法预测。(3)理想气体的焓只是温度的单一函数。(简单PVT变化)，只有在w=0的恒压过程中，焓变化才等于过程的恒压热。2.3- 2。恒压热(Qp)和焓。当系统改变时，它有焓吗？例：c(石墨)O2 (g)-CO2 (g) qp1 h1，求出c(石墨)1/2o2 (g)-co (g) qp2 H2，co (g) 1/2o2 (g)获得了一些基本热数据，解决了U和 h的测定、计算和应用问题。右侧状态函数的增量只与开始和结束状态有关，路径无关特性为过程热的计算提供了方便。qv= uqp= h，不可能用量热实

12、验装置直接测量3的恒热，因为C和O2(g)之间的反应将不可避免地产生作为副产物的CO2。然而，在相同的温度下，反应1和2是完全容易确定的：根据状态函数的特征，有 H1= H2 H3， H2= H1- H3=-393.5-(-283.5千焦。这就是著名的加斯定律。因此，QP2=Qp1-Qp3，因为：QP=H(恒压，w=0)，定容热的情况类似于此，所以我们可以利用u的状态函数性质，2.3-4的意义。qv= u，qp= h，2.4摩尔热容，1。摩尔定容热容2.4- 1。摩尔定容热容，定义：在一定温度t下，在定容和零非体积功的条件下，如果无限量dT升温所需的热量为QV，则定义为该物质在该温度t下的摩尔

13、定容热容，以：j . mol-1k-1为单位表示。2.2。调节气的U计算(只是调节气随PVT的变化)，当体积不变时，理想气体是来自t1-T2，(dv=0 w=0)，2.4-1。摩尔热容量不变，当体积不变时，理想气体来自t1-T2，其U=f(T)是理想的，因为调节气。如果定容q u，2.4-2。摩尔定压热容量的定义是：在一定温度t下，在定压和零非体积功的条件下，如果无限量温升dT所需的热量为Qp，则定义为该物质在该温度t下的摩尔定容热容量，即单位为： J. 2.4- 2。摩尔恒压热容，应用：计算调气 h(只是气体的调节随PVT变化)，当压力恒定时，理想气体从T1 - T2变化，(DP=0w=0)

14、，2.4-2。摩尔恒压热容，当压力不恒定时，理想气体从t1变化-如果Q H不是恒压，理想气体的任何温度变化过程(没有化学反应，没有相变，只有简单的PVT变化)，2.4- 2。摩尔恒压热容，注意：永远不能使用，计算，冷凝物的温度变化过程(近似在恒压下处理)，2.4- 2。摩尔定压热容定容：非定容：和定压：适用于实际气体，例如2.4.1冷凝系统和理想气体，因为在定容过程中，系统吸收的热量用于增加热力学能量；在等压过程中，吸收的热量不仅增加了热力学能量，而且还吸收了一点多的热量用于外膨胀功，所以气体的Cp，m总是大于CV，m，2.4- 3。嘿。单原子理想气体，双原子理想气体。如果没有给出理想气体的摩尔热容量，则关系式为，2.4- 3。嘿。在体积为