02章_热力学第一定律

物理化学

第二章 热力学第一定律

U Q W 上一内容 下一内容 回主目录

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2013-7-27

第二章 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 上一内容 下一内容 回主目录

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2.1

热力学概论

1. 热力学的研究对象 2. 热力学的研究方法和局限性

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2.1.1 热力学的研究对象(1) 研究化学过程及其与化学密切相关的物理过 热功当量

程中的能量转换关系和转换过程中所遵循的规律；

1 Cal 4.184 J能量守恒定律： 能量有各种不同的形 式，可以相互转变，但能 量的总值不变。 上一内容 下一内容 回主目录

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2.1.1 热力学的研究对象(2) 研究化学变化的方向和限度。 判断在某条件下，指定的热力学过 程变化的方向和可能达到的最大限度。

1. 相变的方向2. 化学变化的方向 上一内容 下一内容 回主目录

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2. 1.2 热力学的研究方法和局限性热力学方法 研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。 只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。 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。 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。 上一内容 下一内容 回主目录

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2.2

热力学的一些基本概念

1. 系统和环境 2. 系统的宏观性质

3. 热力学平衡态4. 状态函数 5. 过程和途径 上一内容 下一内容 回主目录

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2.2.1系统(system)

系统和环境

在科学研究中，把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。 上一内容 下一内容 回主目录

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2.2.1

系统和环境

根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：

(1)敞开系统(open system) 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。

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2.2.1

系统和环境

根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：

(2)封闭系统(closed system) 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。

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2.2.1

系统和环境

根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类： (3)孤立系统(isolated system) 系统与环境之间既无物质交

换，又无能量交换，故 又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环 境一起作为孤立系统来考虑。

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2.2.2

系统的宏观性质

用系统的一些宏观可测量来描述系统的热 力学状态，这些可测量称为系统的宏观性质。 广度性质 (extensive properties) 广度性质与系统的数量成正比，例如：

V , m, U , H , S , A, G, 强度性质(intensive properties)

强度性质与系统的数量无关，例如：

p, T , , , 上一内容 下一内容 回主目录

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2.2.2

系统的宏观性质

广度性质 广度性质(1) 强度性质 物质的量 广度性质(2)

m V U Um n 上一内容 下一内容

V Vm n S Sm n 回主目录

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2.2.3

热力学平衡态T1 T2 Tk p1 p2 pk各相的组成和数量不随 时间而变 宏观上反应物和生成物 的量不随时间而变 返回2013-7-27

(1)热平衡 (2)力学平衡 (3)相平衡

(4)化学平衡

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2.2.4

状态函数

系统的性质只决定于目前的状态， 与其历史无关。 改变的量决定于始态和终态，与变 化途径无关。这种性质称为状态函数。 状态函数特点： 异途同归，值变相等； 周而复始，数值还原。 状态函数在数学上具有全微分的性质 上一内容 下一内容 回主目录

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2.2.5过程(process)

过程和途径

在一定的环境条件下，系统发生了 一个从始态到终态的变化，称为系统发 生了一个热力学过程。途径(path)

从始态到终态的具体步骤称为途径。 上一内容 下一内容 回主目录

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2.2.5

过程和途径T1 T2 T环 p1 p2 p环

(1)等温过程 (2)等压过程

(3)等容过程(4)绝热过程 (5)环状过程 上一内容 下一内容 回主目录

dV 0Q 0

dU 0 返回2013-7-27

2.3

热力学第一定律

1. 热 2. 功 3. 热力学能 4. 热力学第一定律 5. 可逆过程 上一内容 下一内容 回主目录

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2.3.1

热

热的本质 是大量分子无规则运动的一种表现

热的定义 由于温差,系统与环境之间传递的能量热的符号与单位 符号 Q 单位 J 热的取号 系统吸热 Q > 0 系统放热 Q < 0 热的特点 1.是传递的能量,一定要与过程相联系

2.不是状态函数,微小变化用 Q 表示 热的种类 蒸发热 凝聚热 溶解热 稀释热 反应热 升华热 相变热 上一内容 下一内容 回主目录

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2.3.2

功

功的本质 是大量分子有序运动的一种表现

功的定义 除热外,系统与环境间传递的其他能量功的符号与单位

符号 W 单位 J 功的取号 系统得到功 W > 0 系统做功 W < 0 功的特点 1.是传递的能量,一定要与过程相联系

2.不是状态函数,微小变化用 W 表示 功的种类 膨胀功 We 非膨胀功 Wf 表面功 电功 上一内容 下一内容 回主目录

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2.3.2功的数学表示式

功 W Fdl

广义功 广义力 广义位移膨胀功

pi > pe

We Fe dl Fe Adl A pe dV总功 上一内容

W We Wf 下一内容 回主目录

膨胀功示意图 返回2013-7-27