第一章热力学第一定律

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1、物理化学教案第一章热力学第一定律本章主要内容1.1热力学概论1.2热力学第一定律1.3可逆过程和最大功1.4焓1.5热容1.6热力学第一定律对理想气体的应用1.7实际气体1.8热化学1.9化学反应热效应的求算方法1.10反应热与温度的关系——基尔霍夫定律30物理化学教案§1.1热力学概论1.1.1热力学的研究对象（1）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规律；（2）研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；（3）研究化学变化的方向和限度。1.1.2热力学的方法和局限性热力学方法：热力学在解决问题是使用严格的数理逻辑推理方法，其研究对象是大量质

2、点的集合体，所观察的是宏观系统的平均行为，并不考虑个别分子或质点，所得结论具有统计意义。优点：只须知道宏观系统变化的始终态及外部条件，无须知道物质的微观结构和变化的细节即可进行有关的定量计算。局限性：（1）对所得的结论只知其然而不知所以然；（2）不能给出变化的实际过程，没有时间的概念，也不能推测实际进行的可能性。（3）只能适应用于人们所了解的物质世界，而不能任意推广到整个宇宙。1.1.3几个基本概念：1、系统与环境系统（System）——把一部分物质与其余分开作为研究对象，这这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或系统。环境（surroundings）——与系统密切相关、

3、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。（1）敞开系统（opensystem）-系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。（2）封闭系统（closedsystem）-系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。30物理化学教案（3）孤立系统（isolatedsystem）-系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。2、状态与状态性质（1）热力学系统的所有物理性质和化学性质的综合表现称为状态，而描述状态的的性质被称为状态性质（或热力学性质）一般用宏观可测性质来描述系统的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量

4、。可分为两类：l广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，其数值与系统的物质的量成正比，如体积V、质量m等。这种性质有加和性。l强度性质（intensiveproperties）数值取决于系统自身的特点，与系统的数量无关，不具有加和性。如温度、压力等。容量性质与物质的量之比为强度性质，如摩尔体积。（2）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，而与系统的历史无关；其变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（statefunction）。状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还

5、原。状态函数在数学上具有全微分的性质。（举P、V、T关系的例子）3、热力学平衡态当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态。它包括下列几个平衡：l热平衡（thermalequilibrium）系统各部分温度相等。l力平衡（mechanicalequilibrium）系统各部分的压力都相等，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。30物理化学教案l相平衡（phaseequilibrium）多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。l化学平衡（chemicalequilibrium）反应系统中各物质的量不再随时间而改变。4、过程与途径过程—

6、—系统所发生的一个变化途径——变化的具体形式l几个特殊过程：（1）恒压过程——P1=P2=P外（2）恒容过程——V1=V2（3）恒温过程——T1=T2=T源（4）恒温恒压——T1=T2=T源P1=P2=P外（5）恒温恒容——T1=T2=T源P1=P2=P外（6）恒外压过程——P外≡常数=P2（7）绝热过程——系统与环境无热交换30物理化学教案§1．2热力学第一定律1.2.1能量守恒与转化定律能量守恒与转化定律可表述为：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，但在转化过程中，能量的总值不变。1.2.2热力学能（thermodynamic

7、energy）热力学能也称为内能（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。热力学能是状态函数，用符号U表示，其绝对值无法测定，只能求出它的变化值。U=Et+Er+Ev+Ee+En+Ej全微分表达式（对无相变、无化学变化的定组成系统）1.2.3热和功l热（heat）系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。Q的取号为：系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0。热分为显热、潜热和化学反应热等。l功（wor