第1节-热力学基本概念.ppt

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1、物理化学PhysicalChemistry主讲:李武客热力学基本概念一热力学第一定律二气体系统中的应用三化学反应系统中的应用四第1章热力学基本定律前言前言——热力学概论热力学(thermodynamics)起源于1824年Carnot（卡诺）对热机效率的研究，当时的热力学仅研究热与机械功之间的相互转化。直到19世纪末，热力学发展成研究热与其它形式能量相互转化所遵循规律的一门学科。热力学的理论基础主要是两个基本定律：热力学第一定律，即能量守恒与转化定律，研究热与其它形式能量间相互转化的守恒关系；热力学第二定律,是热与其它形式能量相互转化的方向和限度的规律

2、。前言——热力学方法热力学采用宏观的研究方法：依据系统的初始、终了状态及过程进行的外部条件（均是可以测量的宏观物理量)对系统的变化规律进行研究。它不涉及物质的微观结构和过程进行的机理。热力学的这一特点就决定了它的优点:根据始终态的性质而得到的结论绝对可靠；不考虑变化中的细节；不考虑物质内部的结构因素；不考虑时间因素；不考虑粒子的个别行为。局限性:热力学只能告诉人们系统在一定条件下的变化具有什么样的规律，但不能对热力学规律作出微观说明,不能回答为什么具有这样的规律。前言——化学热力学热力学的基本原理在化学现象以及和化学现象有关的物理现象中的应用称为化学热

3、力学。化学热力学主要解决三个问题：（1）利用热力学第一定律解决热力学系统变化过程中的能量计算问题。重点解决化学反应热效应的计算问题。（2）利用热力学第二定律解决系统变化过程的可能性问题，即过程的性质问题。重点解决化学反应变化自发方向和限度的问题。（3）利用热力学基本原理研究热力学平衡系统的热力学性质以及各种性质间相互关系的一般规律。前言——应用事例过程与途径4系统1系统的状态和性质2状态函数3热与功5体积功的计算6第1节热力学基本概念1.1系统系统（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象

4、的。这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。环境（surroundings）与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。系统环境1系统与环境系统与环境系统与环境系统与环境1.1系统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）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2系统分类2系统分类（2）封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。1.1系统（3）隔离系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，又称为孤立系统。有时把封闭系统和系统影

5、响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。2系统分类1.1系统系统中物理性质和化学性质完全均匀（指在分子水平上均匀混合的状态）的部分称为相(phase)。相与聚集态是不同的概念，固态可以是不同的相，石墨与金刚石都是固态碳，但它们是不同的相。根据系统中包含相的数目将系统分为：单相系统（均相系统）多相系统（非均相系统）。3相与聚集态1.1系统1.2系统的状态和性质1定义状态：某一瞬间系统所呈现的宏观状况，是系统一系列性质的综合表现性质：描述状态的宏观物理量几何：体积、面积；力学：压力、表面张力、密度；电磁：电流、磁场强度；化学：物质的量、物质的量分数；热力学：温

6、度、熵、热力学能、焓……1.2系统的状态和性质2特点状态一定，系统所有的性质都是确定的描状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改变了，状态一定改变。例：理气的等温过程（P1，V1）→（P2，V2）状态改变了，T不变。性质又称状态函数或状态变量3系统的性质分类①容量性质（或广度性质，）：容量性质的数值与系统中物质的数量成正比，具有加和性，如：m，n，V，U②强度性质：强度性质的数值与系统中物质的数量无关，不具有加和性。如：T,P,ρ,E二者的关系：每单位广度性质即强度性质如：1.2系统的状态和性质当系统的性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它

7、包括下列几个平衡：热平衡（系统内如果不存在绝热壁，则各处温度相等）力学平衡（系统内如果不存在刚性壁，各处压力相等）相平衡（多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变）化学平衡（反应体系中各物的数量不再随时间而改变。）总之处于平衡态的系统中不存在宏观量的流。4热力学平衡态(equilibriumstate)1.2系统的状态和性质我们把这种非平衡态中，虽然有宏观量的流，但系统中各点的宏观性质不随时间变化的状态叫做稳态或定态。5稳态(steadystate)或定态1.2系统的状态和性质1.3状态函数(statefunction)对于没有化学反应的单相纯物质封

8、闭系统，要规定其状态需三个独立性质(二个强度性质、一个容量性质)，这时系统的任一状态函数(Z)