物理化学第一章热力学第一定律及其应用.ppt

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1、物理化学第一章第一章热力学第一定律及其应用§1.1热力学概述§1.2热力学的一些术语和几个基本概念§1.3热力学第一定律§1.4准静态过程和可逆过程§1.5焓热容量Cp与Cv的关系§1.6热力学第一定律对理想气体的应用§1.7热力学第一定律对实际气体的应用§1.8热化学—热化学方程式和化学反应的热效应§1.9反应热与温度的关系—Kirchhoff方程第一章热力学第一定律及其应用（Thefirstlawofthermodynamics）§1.1热力学概述宏观唯象微观统计热力学理论1．热力学研究的对象、基

2、础和主要内容①对象：大量分子的集合体②基础：热力学第一、二、三定律利用热力学第一定律来研究化学过程的热效应——能量转换关系利用热力学第二定律来讨论化学过程的自发变化方向和限度（平衡）热力学第三定律是关于低温现象的定律——阐明规定熵的数值③热力学基本内容和重要性在一定条件下反应能否发生？a.制NH3---3H2+N22NH32N2+6H2O4NH3+3O2什么条件?b、苯制苯胺——传统方法硝化NO2还原NH2HNO3Fe+HCl+…氯化Cl氨化NH2Cl2NH3+…NH2能否+NH3+…什么条件？C、制

3、Al、Ti------Al2O3+3/2C?2Al+3/2COTiO2+C?Ti+CO2在一定条件下反应能发生多少？CH4（g）+H2O(g)催化C2H5OH(g)2．热力学的特点及其局限性特点：宏观的（唯象的）不管物质的微观结构，不管过程的细节。功用是预示和指出途径，而不加以解释。§1.2热力学的一些术语和几个基本概念（SomeTermsandBasicconceptofThermodynamics）1.体系和环境（systemandsurrounding）体系分类：①隔离体系（孤立体系）isola

4、tedsystem体系环境无物质交换无能量交换②封闭体系（closedsystem）体系环境无物质交换有能量交换③敞开体系（opensystem）体系环境有物质交换有能量交换2体系的状态、性质、状态方程体系的一系列宏观性质决定状态（平衡状态）（T、P、V、C、、）有状态是性质的总和体系的性质分为两类：①广度（容量）性质（Extensiveproperties）如：重量、体积、热容量、内能┄具有加和性②强度性质（Intensiveproperties）如：温度、压力、密度、粘度┄不具有加和性广度性

5、质/总量=强度性质体系在一定状态下性质间的关系式——状态方程如：理想气体状态方程PV=nRT(R—气体常数，为8.314J/K·mol)含一种物质、单相、封闭体系（简单体系）Z=Z(T、P)orZ=Z(T、V)含多种物质且组分可变的体系Z=Z(T、P、n1、n2…ni)3．过程和途径（processandpath）始态终态过程等温过程T始=T终=T环等温不同于恒温等压过程P始=P终=P环等压不同于恒压非等温、非等压过程等容过程等焓过程等熵过程…┆完成一个过程可以有不同的具体路线，称之为途径。始态298

6、K100Kpa终态373K500KPa等温298K500Kpa等压途径Ⅰ等压373K100KPa等温途径Ⅱ压力单位：Pa（帕斯卡）=N·m-2100Kpa=0.987atm1atm=101.325Kpa4.全微分和状态函数(Differentialsandstatefanction)单值连续Z=Z（x,y）二元函数全微分或写成dz=Mdx+Ndy数学上全微分充分必要的条件是：即表达函数Z微小变化dZ至(Z+dZ)可以有不同的途径(dZ)YXdydx状态函数：仅与状态有关而与途径无关的物理量①单值②与途

7、径无关③体系内部能量的总和称为“内能”,以U表示。包括平动能、转动能、振动能、分子间相互作用能，以及分子、原子内部电子、原子核的能量……。§1.3热力学第一定律（Thefirstlawofthermodynamics）1.内能、热和功①内能(Internalenergy)只能是△U（1）=△U（2）即内能的变化与途径无关∴内能U是状态函数,AB（1）△U1（2）△U2-△U2假令△U（1）>△U（2），体系从A出发经途径（1）B△U(1)经途径（2）回到A-△U(2)循环一周，总能量的变化U=△U（

8、1）+（-△U（2））＞0违反能量守恒定律A单组分均匀体系：单组分均匀封闭体系——简单体系：n一定内能的微小变化为全微分U=f(T.P.n)=f＇(T.V.n)U=f(T.P.)=f＇(T·V)规定:当T体＜T环，体系从环境吸热，Q为正当T体＞T环，体系向环境放热，Q为负这里内能具有加和性，是广度性质。②热（Heat）体系和环境由于温差存在而传递的能量—热（Q）热（Q）=热容量（C）×温差（△T）③功(work)热力学中把热量以外传递的能量均称为功，以W