10-2-1热力学基本概念及热力学第一定律.ppt

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1、第2章化学热力学初步2.1热力学基本概念及热力学第一定律2.2赫斯定律及其应用2.3过程的自发性、熵和热力学第三定律2.4吉布斯自由能与化学反应自发性判据本章都讲哪些节？2.1热力学基本概念及热力学第一定律2.1.1基本概念2.1.2热和功，热力学第一定律2.1.3化学反应的热效应与焓2.1.1基本概念化学热力学回答化学反应的3大问题：能量变化、方向和限度具有3个特点：宏观、统计、不涉及时间2.1.1基本概念1.体系和环境体系：人为划分出来的研究对象环境：与体系密切相关的系统以外的其它部分举例：N2和O2混合气体，其它例

2、子2.1.1基本概念体系的分类：1)敞开体系(opensystem)2)孤立体系(isolatedsystem)3)封闭体系(closedsystem,主要讨论)举例2.1.1基本概念2．状态及状态函数状态函数：用来描述体系状态的物理量。如温度T、压力p、体积V、热力学能U、焓H、熵S和吉布斯函数G等。状态:由状态函数确定的体系的存在形式举例：理想气体的状态，可用P、V、T和n等状态函数描写，其函数形式就是理想气体状态方程式PV=nRT2.1.1基本概念☆状态函数的3个特点：1)状态一定值一定：当状态函数确定时，系统即处

3、在一定的状态；反之当系统状态一定时，系统的所有性质(状态函数)也都有确定值。举例：100kPa，273K下，1mol的H22.1.1基本概念2)殊途同归变化等：如果状态发生变化，只要终态和始态一定，那么状态函数的变化值就只有唯一的数值，不会因始态至终态所经历的具体途径不同而改变。2.1.1基本概念举例：如右下图，当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。2.1.1基本概念3)周而复始变化零：例273K，100kPa，1mol理想气体，无论经过怎样的压缩或膨胀过程，最终回到起始状态。温度T、压

4、力p、体积V变吗？2.1.1基本概念3．过程(process)与途径(path)过程：体系从始态到终态变化的经过，举例：等温(isothermal)过程、等压(isobaric)过程、等容(isochoric)过程、绝热(adiabatic)过程等途径：完成某一状态变化过程的具体步骤，举例并与‘过程’联系来认识过程的关键是始态和终态，而途径则着眼于具体方式状态函数变化量只决定于始态和终态，而与途径无关2.1.1基本概念4.广度性质(extensiveproperty，容量性质)与强度性质(intensivepropert

5、y)将体系分割为若干部分时，……举例：温度、气体压力、体积、物质的量、密度2.1.1基本概念5.相和相变一个系统中任何具有相同物理、化学性质的均匀部分。在不同的相间，经常有明显的界面1)气体及其混合物，一般为单相。例如：N2+O22)液态物质，互溶时为单相(如酒精和水)，不互溶时各自为一个相[如四氯化碳(有机相)和水]2.1.1基本概念3)固体形成固溶体(如:合金)时为单相，否则各为一个相思考：100kPa，273K下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少CaCO3(s)分解为CaO(s)

6、和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数相变，例：H2O(s)↔H2O(l)↔H2O(g)2.1.2热和功，热力学第一定律1.热(heat)和功(work)体系与环境间交换能量的两种方式热Q：☆体系从环境吸热Q取正值，体系对环境放热Q取负值功W：☆环境对体系做功W取正值，体系对环境做功W取负值1)体积功；2)非体积功如电功等2.1.2热和功，热力学第一定律体积功的计算W=-F外ΔL=-p外SΔL=-p外ΔV(注:对某变量X，今后我们均用ΔX=X2-X1表示由始态1到终态2时其值的变化)例2.1(p.23)热和功都不是状态函

7、数，不是体系固有的性质，其值随途径不同而变化2.1.2热和功，热力学第一定律2.热力学能和热力学第一定律1)热力学能(U):体系内物质各种能量的总和，又称“内能”(internalenergy)，是状态函数，广度性质热力学能的改变量ΔU=U终－U始理想气体的热力学能只是温度的函数，温度不变，其热力学能不变2.1.2热和功，热力学第一定律2)热力学第一定律:能量转化与守恒定律：当体系从状态I出发经任一过程到达状态II时，体系热力学能的改变量ΔU(=UII-UI)等于在该过程中体系从环境吸收的热Q与环境对体系所做的功W之和，

8、即：ΔU＝Q+W，例2.2(p.24)2.1.3化学反应的热效应与焓反应热:在没有“非体积功”(其它功)条件下，体系发生化学反应后，使产物温度回到反应开始前反应物的温度，这个过程中体系所吸收或放出的热，称为该反应的“热效应”或“反应热”2.1.3化学反应的热效应与焓1.恒容反应热QV恒容过程中ΔV＝0，所以W＝0根据