物理化学01章热力学第一定律及其应用---教学

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1、物理化学B——第一章热力学第一定律Thefirstlawofthermodynamics∆U=Q+w第一章热力学第一定律及其应用1.1热力学概述1.2热力学第一定律1.3可逆过程1.4等容热、等压热和焓1.5热容1.6热力学第一定律对理想气体的应用1.7热力学第一定律对相变过程的应用1.8热化学1.9反应焓与温度的关系——基尔霍夫定律1.热力学的研究内容（1）平衡热力学（经典热力学）（2）非平衡热力学1.1热力学概述化学热力学关注的两个问题(1)化学反应及相关过程中的能量效应(2)化学反应及相关过程的方向和限

2、度2.热力学研究的特点（1）研究对象：大量粒子组成的宏观体系（2）研究方法：在经验定律的基础上，通过演绎的方法，得出一般性的规律。（3）局限性:只考虑过程的初、末态，不考虑过程的细节。⑴系统与环境（systemandsurroundings)敞开（开放）系统（Opensystem）封闭（密闭）系统（Closedsystem）隔离（孤立）系统（Isolatedsystem）按物质传递和能量传递3.热力学基本概念⑵热力学平衡状态（equilibriumstateofthermodynamics)如果处在一定环境条

3、件下的系统,其所有的性质均不随时间而变化;而且当此系统与环境隔离后,也不会引起系统任何性质的变化,则称该系统处于热力学平衡状态。H2O(l)1000CH2O(g)1000C,101.325kPa恒温热源(100oC)H2O(l)1000CH2O(g)1000C,101.325kPa绝热壁热力学平衡状态系统环境T1airT2TT1T2air(T)绝热壁恒温热源稳态（stablestate)非平衡态处于热力学平衡的系统必须同时满足下列平衡：热平衡（thermalequilibrium)如果没有绝热壁存在，系统内各

4、部分之间以及系统与环境之间没有温度的差别。热力学第零定律如果系统A与系统B成热平衡，系统B与系统C成热平衡，则系统A与系统C也必然成热平衡。力平衡（mechanicalequilibrium)如果没有刚性壁存在，系统各部分之间，系统与环境之间没有不平衡的力存在。在不考虑重力场与其它外场作用的情况下，系统内部处处压力相等。相平衡（phaseequilibrium)相（phase)-----系统内物理性质及化学性质完全均匀的一部分称为一相。H2O(l)糖水均相系统糖水糖多（复、非均）相系统相平衡-----若在一个

5、多相系统中，各相的组成及数量均不随时间而变化，则称该系统处于相平衡。化学平衡（chemicalequilibrium)若系统中各物质之间存在化学反应，当系统组成不随时间而变化时，系统处于化学平衡。热力学平衡热平衡力平衡相平衡物质平衡化学平衡*⑶状态函数（statefunctions)定义：描述（确定）系统状态的系统的各宏观物理性质（如温度、压力、体积等）称为系统的热力学性质，又称为状态函数。分类：广度（广延、容量）性质（extensiveproperty)强度性质（intensiveproperty)(a)广

6、度性质具有部分加和性，强度性质无部分加和性。(b)广度性质的数值与系统所含的物质的量有关,强度性质与系统的数量无关,其数值取决于系统自身的性质。V总=V1+V2p总≠p1+p2p1,V1p2,V2状态函数的性质(a)状态函数是状态的单值函数，值与系统的历史无关；(b)状态函数的变化可用全微分表示*。AB当系统由一个状态变化到另一个状态时，状态函数的增量只取决于系统的初、末态，而与具体变化的路径无关。(c)状态函数的变化只与初、末态有关*(d)一个系统的状态函数之间是彼此关联的一个组成不变的均相体系，只需两个强

7、度性质即可确定系统所有的强度性质。(4)过程(Process)等温过程：T1=T2=Tex=常数★等压过程：p1=p2=pex=常数等容过程：V=常数绝热过程:Q=0IsothermalprocessIsobaricprocessIsochoricprocessAdiabaticprocess(下标1、2分别代表体系的初态和末态；ex代表环境)等压过程区别于等外压过程（pex=常数）热(Heat）由于温度的差别而在系统和环境之间传递的能量形式。热的符号Q;体系吸热为正，放热为负。(5)热和功功(Work)除热

8、以外，在系统和环境之间传递的能量形式。功的符号w；系统得到功取正，系统作功为负。*体积功(Expansionwork)非体积功w’(如表面功,电功)功的分类*体积功(Expansionwork)当系统的体积变化时，反抗外压所作的功。pex微小过程的功pex:外压（恒定为一常数值）ΔV：体积的变化值恒外压过程dV系统内部所有粒子的能量的总和(不包括系统宏观运动的动能和势能）热力学能/内能是状态函数，广