第2章 热力学第一定律

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1、材料物理化学武汉科技大学材控系熊九郎2011年10月第2章热力学第一定律第2章热力学第一定律2.1热力学概论2.2热力学的一些基本概念2.3热力学第一定律2.4焓和热容2.5理想气体的热力学能和焓2.6几种热效应2.7化学反应的焓变热力学的研究对象研究能量转换过程中所应遵循的规律。研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应。研究在一定条件下某种过程能否自发进行，如果能自发进行，进行到什么程度为止，即变化的方向和限度问题。热力学的研究方法研究对象是大量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。只考

2、虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。只能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。2.1热力学概论热力学的局限性不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。2.2热力学的一些基本概念系统与环境状态与状态函数过程和途径热力学平衡态2.3热力学第一定律热功热力学能热力学第一定律热和功是两种系统与环境交换能量的基本方式。热和功是过程的产物。2.4焓和热容等容热QV等压热Qp焓（enthalpy）热容（heatcapacity）2.5理想气体的热力学能和焓Joule实

3、验理想气体∆U和∆H的计算理想气体的绝热可逆过程Joule-Thomson实验2.6几种热效应相变热化学反应热溶解热2.7化学反应的焓变化学反应计量式与化学计量数反应进度化学反应的焓变赫斯定律标准摩尔生成焓标准摩尔燃烧焓反应焓变与温度的关系——基尔霍夫定律系统与环境系统（System）所研究的那部分物质世界（即研究对象）称为系统，也称为物系或体系。环境（surroundings）体系以外并与体系有相互作用的部分。系统分类的依据——系统与环境是否存在物质或能量交换。系统的分类系统与环境之间既有物质交换，又有能量

4、交换。系统与环境之间有能量交换，但无物质交换。系统的分类敞开系统（opensystem）封闭系统（closedsystem）孤立系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，也无能量交换。系统分类的目的研究问题方便而人为划定的。确定研究对象与环境，也就是要明确界面位置。例:一个保温瓶里面装有饱和糖水——水不能蒸发无物质交换，保温性很好也无能量交换。（孤立系统）若以糖水及保温瓶为系统，保温瓶保温性能好，盖好盖子。若以糖水及保温瓶为系统，保温瓶保温性不好，盖好盖子。——水不能蒸发无物质交换，保温

5、性不好有能量交换。（封闭系统）若以糖水及保温瓶为系统，保温瓶保温性不好，没盖好盖子。——水可以蒸发有物质交换，保温性不好有能量交换。（敞开系统）假如我们要以糖为系统呢？——糖与水有物质交换，也有能量交换。（敞开系统）状态与状态函数状态（state）热力学体系的状态即体系的物理性质和化学性质的综合表现。状态一定，性质一定；性质一定，则状态也确定。状态函数（statefunction）系统性质的数值仅取决于系统所处的状态，而与系统的历史无关；它的变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。我们把由状态单值

6、决定的这些热力学性质称为状态函数。物理化学中的状态函数：APhysicistHasStudiedUnderVeryGoodTeachers.思考题系统的同一状态能否具有不同的体积？系统的不同状态能否具有相同的体积？道尔顿分压定律p总=ΣpB与压力是强度性质矛盾否？否能否。分压定律中的分压是指各组分单独存在于混合气体的T、V下的压力，系统已经变化。广度性质和强度性质要求同一个平衡系统。系统的性质广度性质（extensiveproperties）——系统分割成若干部分时具有加和关系。——称为广度量、容量性质。——

7、如体积、质量等。——其数值与物质的量成正比。强度性质（intensiveproperties）——系统分割成若干部分时不具有加和关系。——如温度、压力、组成等。——其数值取决于体系自身的特点，与系统的数量无关。强度性质和广度性质的关系————如状态函数的特性其数值只说明体系当时所处的状态，不能说明体系以前的状态。其改变值只取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。状态函数之间不是相互独立的，而是有关联的。异途同归、值变相等；周而复始，数值还原。状态函数在数值上是全微分。状态函数法——用状态函数的变化只取决于

8、始末态而与途径无关的特性计算状态函数变化值的方法过程和途径系统从某一状态变化到另一状态的经历，称为过程。系统由始态到末态这一过程的具体步骤，称为途径。过程包括一个过程包括系统的始末态和途径。如：C+O2→CO2C+O2→CO→CO2按照系统内部物质变化的类型将过程分为三类：单纯pVT变化、相变化和化学变化。常见的变化过程描述系统状态变化所经途径特征的常见过程等温过程（isothermalproces