第1章 热力学第一定律 物理化学ppt课件.ppt

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1、第一章热力学(thermodynamics)第一定律热力学基本概念热力学第一定律热与过程功与过程1热力学定义：研究热功及其转换规律的科学即为热力学。把热力学的基本原理用来研究化学现象以及和化学有关的物理现象，就形成了化学热力学。2基础：热力学三大定律热力学第一定律：化学现象中的能量守衡定律。主要解决化学变化中的热效应问题。确定了内能（U）函数，导出了焓（H）函数。热力学第二定律：指定了化学及物理变化的可能性、方向性及进行的限度问题。确定了熵（S）函数，提出了熵判据。3热力学第三定律：提出了熵(S)的求算原则。两定律的结合：定义了Helmholzefreeenergy(F)

2、Gibbsfreeenergy(G)4研究方法：考察体系变化前后——起始状态与终了状态之间函数的改变量来做出方向和限度上的判断。始态终态T1，P1，V1，U1，H1，S1，G1T2，P2，V2，U2，H2，S2，G2UHSG？＜0＝O＞05系统（System）（物系或体系）被划定的研究对象。环境（surroundings）与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分。第一节热力学基本概念一、系统与环境（Systemandsurrounding）6根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（opensystem）7（2）封闭系统（closedsystem

3、）8（3）孤立系统（isolatedsystem）9二、系统的性质广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。强度性质（intensiveproperties）与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。10三、状态函数（statefunction）状态：系统里一切性质（包括物理、化学性质）的综合表现。状态函数：系统里的宏观性质----热力学函数、状态性质或热力学性质。例理想气体的p、V、T、n都可称为状态函数。11特性：状态函数在数学上具有全微分的性质。状态函数有特征状态一定值

4、一定殊途同归变化等周而复始变化零12问题：体系的同一状态能否具有不同的体积？体系的不同状态能否具有相同的体积？体系的状态改变了，是否其所有的状态性质都要发生变化？体系的某一个状态函数改变了，是否其状态必定发生变化？13四、热力学平衡态(thermodynamicequilibriumstate)热平衡（thermalequilibrium）力学平衡（mechanicalequilibrium）物质平衡（materialequilibrium）-----------化学平衡和相平衡14process:状态随时间变化的经过（系统状态所发生的一切变化）。path:完成某一过程的具

5、体步骤或具体路线。五、过程与途径（processandpath）15常见的变化过程（1）等温过程（isothermalprocess)T系=T环（2）等压过程（isobaricprocess)p系=p环（3）等容过程（isochoricprocess)V不变（4）绝热过程（adiabaticprocess)在变化过程中，体系与环境不发生热的传递。（5）循环过程（cyclicprocess)16热：因温度差而引起的能量交换，其否命题无温度差便无热的交换即定温过程Q=0功体积功W非体积功W´热和功不是状态函数，是过程量。100℃,pө水100℃,pө汽Q>0×40.7kJ/mo

6、l电功表面功一、热和功（Heatandwork）第二节热力学第一定律17热功+–的规定(含义)体系环境QWQW+–18二、热力学能（internalenergy）构成体系所有微粒子的位能与动能的总和，不包括体系的宏观动能和位能，它包括体系内部分子的平动能、转动能、振动能分子间的相互作用能原子中电子的能量、原子核的能量、原子间相互作用能。19内能的特点(1)内能是体系的广度性质(2)内能是体系自身的性质，是状态函数。对于简单体系（单组分）U=f(T、p)封闭系统，微小的内能变化20三、热力学第一定律1.文字描述“第一永动机不能制成”，所谓第一永动机是一种不靠外界供给能量，不需

7、消耗燃料，而能不断对外做功的机器。孤立系统不论发生什么变化，系统总能量不变。21U1U2Q、W积分式ΔU=Q+W??微分式dU=δQ+δW适用条件：封闭体系内的任何过程2.数学表达式22例题1设有一电炉丝浸于水中，接上电源，通过电流一段时间。如果按照下列几种情况作为系统，试问ΔU、Q、W为正为负还是为零？（1）以水为系统；（2）以电炉丝和水为系统；（3）以电炉丝、水、电源及其他一切有影响的部分为系统。水绝热23例题2（1）将隔板抽去以后，以空气为系统（2）如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有