第一章热力学第一定律及其应用-化材学院-2011.9

1、1.物理化学(第一部分)，第1章，热力学第一定律(12)，第2章，热力学第二定律(14)，第3章，多组分系统热力学及其在溶液中的应用(8)，第4章，相平衡(11)，第5章，化学平衡(8) *第6章，统计热力学(6)，物理化学，第2章，情绪理论，物理化学在实验方法中，主要使用物理方法。(现代物理化学：研究所有物质系统化学行为的原理、规律和方法的学科。它包括宏观和微观与性质的关系、化学过程机理及其控制的研究，这是化学和其他学科在分子水平上研究物质变化的理论基础。)，研究内容：(1)化学变化的方向和限度(化学热力学)，(2)化学反应的速率和机理(化学动力学)，(3)物质的性质与其结构之间的关系(结构

2、化学和量子化学)，3。第1章，热力学第一定律及其应用，物理化学，4，第1节，热力学导论，1。热力学基本内容，2。研究各种物理和化学变化过程中的能量效应；3.研究变化的方向和极限。2。三个定律及其用途1)热力学第一定律(能量转换和守恒)计算变化中的热效应；2)热力学第二定律变化的方向和极限(变化的不可逆性)；3)热力学第三定律(低温现象)阐明了规定熵的值；5，2。热力学方法和限制1。热力学方法的特点是研究特定物体(大量分子的集合体)的宏观性质，而不考虑物质的微观结构和反应机理。2.热力学方法的优点1)它可以判断变化是否会发生以及发生的程度，但不考虑变化的时间、原因和过程。2)考虑平衡问题。只计算

3、变化前后的净结果，不考虑反应细节。3.热力学方法的局限性不能从微观上解释现象之间的关系，也不能给出宏观值。(能给出改变的价值)，只谈可能性，不谈现实。第二节热力学基本概念1。系统与环境，系统：指定的研究对象称为系统。为了将物质的一部分从其余部分中分离出来，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。(选择是任意的)环境：系统外与系统密切相关并能影响系统的部分。系统分类1。系统与环境根据系统与环境的关系，系统分为三类：(内部与外部的关系)；(1)开放系统：系统与环境之间既有物质交换，也有能量交换。封闭系统：系统和环境之间没有物质交换，但有能量交换。1.系统与环境，封闭系统，9。(3)孤立系统(Isol

4、ated system):系统与环境之间既没有物质交换，也没有能量交换，因此也称为孤立系统。有时，封闭系统和受系统影响的环境被认为是孤立的系统。1.系统与环境，隔离系统(1)，隔离系统(2)，10，1。系统与环境，系统与环境示意图，11，2。系统的性质，其热力学状态由宏观可测量的性质来描述，也被称为热力学变量。宽度属性也称为容量属性，它的值与系统的数量成比例，如V、M、S、U等。这个性质是可加的(系统各部分性质的总和)，在数学上是一个齐次函数。(可分)2。强度性质的值取决于系统本身的特性，与系统的数量无关，并且没有相加性，如T、P、M等。这是数学中的一个零度齐次函数。指定物质数量的容量属性称为

5、强度属性，如摩尔热容量。热力学平衡，当系统的性质不随时间变化时，系统处于热力学平衡(宏观动态平衡)，包括以下平衡：1 .热力学平衡：系统所有部分的温度相等。2.机械平衡：p不考虑重力场的影响，系统各部分的压力相等，边界不再移动。如果有一个刚性的墙，虽然两边的压力不相等，但可以保持机械平衡。3.当相平衡和多相(具有均匀组成和性质的状态)共存时，各相的组成和数量不随时间变化。4.化学平衡当发生化学反应时，系统的组成(每个物种的数量)不会随着时间而改变。13，4。状态函数(物理量)，状态参数：描述系统状态(物理量)的参数。状态函数：系统的一些属性，其值仅取决于系统的状态，但与系统的历史无关(与原始无

6、关)；(一种特殊的状态参数)它的变化值只取决于系统的初始状态和最终状态，与变化方式无关。具有这种特性的物理量称为状态函数。例如，U、H、S、F、G状态函数的特征可以描述为：不同的方式、不同的值等。反复地，数字恢复。状态函数在数学上具有全微分的性质。例如，1atm 100C的水仅仅意味着水处于100C，但是不可能知道100C的水是由蒸汽冷凝的还是由液态水加热的。系统的某个状态只是状态空间中的一个点，它以前的历史，即它是如何产生的，是无法确定的。14，5，状态方程，对于一定量的单组分均匀系统，状态函数T，p和v之间存在一定的关系。经验证明，它们中只有两个是独立的，它们的函数关系可以表示如下：例如，

7、理想气体的状态方程可以表示为：状态参数之间的定量关系，15，6，过程和路径，1)等温过程(T1=T2=T)在变化过程中，系统的初始状态和最终状态的温度是相同的，等于环境温度。2)等压过程(p1=p2=p)在变化过程中，系统的初始压力和最终压力相同，等于环境压力。3)在定容过程中，系统的体积保持不变。(始终不变)4)在绝热过程中，系统和环境之间没有热交换。近似处理：过程具有绝热壁和快速变化(爆炸、快速燃烧)，系统与环境之间的热交换太晚，且热交换很小。5)循环过程(cyclic process)系统从初始状态开始，经过一系列变化后返回初始状态。在这个过程中，所有状态函数的变量都等于零。16、甲州和

8、乙州共同变化的过程可以有不同的变化“方式”，如：ACB；亚行、六。过程和方法，方法：过程的具体步骤。17，是系统和环境在变化过程中交换的能量，而不是系统所拥有的能量。(当系统没有变化时，热量和功的值为零。Q和W不是状态函数，它们的值与变化的方式有关。热和功1。由于温度差而在热系统和环境之间传递的能量称为热，它由符号Q(无序运动的大量粒子传递的能量)表示。系统放热：Q0。系统对环境所做的功：W)，18，热力学第一定律，第3节，能量守恒和转换定律，1。热焦耳实验的力学等效：验证热与功之间的转换关系，即1卡=4.1840焦耳.它为能量守恒和转换原理提供了科学的实验证明。2.能量守恒和转化定律自然界中

9、的所有物质都有能量，能量有多种形式，可以从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总价值保持不变。(在一个孤立的系统中，能量的形式是可以转换的，但能量的总价值保持不变)(总能量E=动能t，势能v，热力学能量U)，19，al热力学能量是一个状态函数，用符号u表示。它的绝对值不能测量，但它的变化值只能得到。第一定律的书面表述是热能现象领域中能量守恒和转换定律的一种特殊形式，它表明热力学能、热能和功可以相互转换，但总能量保持不变。也可以表述如下：第一种永动机是不可能的。20，4，第一定律的数学表达式，因为热力学能量是一个状态函数，它在数学上具有全微分性质，而微小的变化可以用dU表示；q和W不

10、是状态函数，小的变化用来表示，以示区别。第一种永动机：是一种不依靠外界提供能量或自身减少能量的机器，但它能持续地在外界做功，这显然与热力学第一定律相矛盾。3。第一定律的字面表达。第四节准静态过程和可逆过程，1。功和方式，设定在恒温下，一定量的理想气体克服活塞缸内的外压膨胀，并经过四种不同的方式，计算出系统由体积V1膨胀到V2所做的外功。(系统压力逐渐降低，当系统与外部压力相同时，它不会膨胀)，(计算w)，(p1V1p2V2)(主要考虑容积功，不考虑系统压力的变化)，pe，I，22，1。膨胀过程管，1)自由膨胀，(系统不在外部工作)，2)(一次)2)克服外部压力至p，体积从v膨胀至v；3)克服外部压力到p2，体积从v膨胀到V2。外部压力差越小，膨胀的次数越多，做功越多。(步骤越多，系统对外界做的工作就越多。)1。工作和