第二章热力学第一定律及其应用

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1、广西师范大学精品课程……………《物理化学》赵彦春第二章热力学第一定律及其应用(TheFirstLawofThermodynamics)本章以能量守衡为基础，介绍热力学的基本概念。本章学习的主要要求为：1．初步了解热力学的研究方法及其特点，明确热力学第一定律的实质并能应用于处理各种物理、化学过程。2．掌握热力学基本概念：系统与环境，过程与途径，状态与状态函数，可逆过程，功与热，热力学能，焓，平衡态，标准态，反应进度等。3．掌握状态函数的特点和方法，并能熟练地解决有关的热力学问题。4．掌握热力学第一定律的数学表达式及其在不同条件下的特定表达式。5．掌握热容的概念，明确不同状态下Cp与CV的关系；能

2、熟练地计算理想气体在定温、定压、定容、绝热和循环过程中的Q、W、U和H。6．明确用H、H计算H的方法，以及H与温度的关系。能应fmcmfmrm用Hess定律、Kirchhoff方程以及热力学基本数据计算包括相变和化学变化在内的各种过程的H。rm7．了解热力学第一定律对实际气体的应用。了解卡诺循环的意义。教学内容：1．热力学的任务、方法及局限性。2．基本概念：体系与环境、强度性质与容量性质、状态与状态函数、过程与途径、热力学的平衡态。3．状态函数及其全微分的性质。4．功和热：功的定义、计算。热和热容的定义、热量的计算。5．可逆过程与不可逆过程的概念。6．热力学第一定律：第

3、一定律、内能、焓、Cp与CV的关系。7．第一定律对理想气体的应用。理想气体的内能和焓及Cp与CV的关系、理想气体在等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程、循环过程中Q、W、U和H的计算。理想气体绝热可逆过程的过程方程式。8．实际气体的范德华方程。焦耳—汤姆逊效应。1共36页广西师范大学精品课程……………《物理化学》赵彦春9．热化学。等压反应热Qp、等容反应热QV及与U和H的关系，Qp与QV的相互关系。反应进度、热化学反应方程式、化学反应热效应的单位，Hess定律。生成焓、用键焓估计生成焓、离子生成焓。反应热效应的计算、Kirchhoff定律、等压绝热反应。10、卡诺循环。重点：热力学第

4、一定律；体系在相变过程、理想气体在自由膨胀过程、等温过程、等容过程、绝热过程、循环过程中的Q、W、U和H的值的计算；计算化学反应热效应的方法；状态函数、可逆过程与不可逆过程等概念。难点：状态函数、可逆过程等概念；Q、W、U和H的值的计算。反应热效应的计算、基尔霍夫定律、等压绝热反应。第一节热力学概论2.1.1热力学的目的和内容目的：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。广义的说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系，研究在一定条件下变化的方向和限度。内容：是热力学第一定律和第二定律。这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。本世纪初又建立了

5、热力学第三定律。化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。化学热力学的主要内容：(1).利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。(2).利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。(3).利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。2.1.2热力学的方法及局限性方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严谨的推导，找出物质的一些宏观性质，根据物质进行的过程前后某些宏观性质的变化，分析研究这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。由于它所研究的对象是大数量分子的集合体，因此，所得结论

6、具有统计性，不适合于个别分子、原子等2共36页广西师范大学精品课程……………《物理化学》赵彦春微观粒子，可以说，此方法的特点就是不考虑物质的微观结构和反应机理，其特点就决定了它的优点和局限性。局限性：(1).它只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明，只讲可能性，不讲现实性。(2).它只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。即不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。第二节热平衡和热力学第零定律2.2.1热力学第零定律如果两个系统分别和处于

7、确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡.2.2.2热平衡热平衡：即体系的各个部分温度相等第三节热力学基本概念2.3.1.系统与环境系统(system)：在科学研究时必须先确定研究对象，把划定的研究的对象称为系统或体系(以下均使用体系这一术语)。环境(surrounding)：系统以外的与系统相联系的那部分物质称为环境。根据体系与环境的关系体系分为三种：(1)孤立体系(隔离体