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第一章-物理化学.ppt 127页
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第一章-物理化学
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第一章热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics?U=Q+W本章基本要求：?理解系统与环境、状态、过程、状态函数与途径函数等基本概念，了解可逆过程的概念。?掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。?理解功、热、内能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。?掌握热力学第一定律在纯pVT变化、在相变化及化学变化中的应用，掌握计算各种过程的功、热、内能变、焓变的方法。热力学是研究热和机械功相互转化问题而产生和发展起来的一门学科。物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应研究化学变化的方向和限度热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律主要任务化学热力学是用热力学的基本原理来研究化学反应及相变过程的科学。化学热力学的内容热力学第一定律——计算变化过程的热效应等能量转换问题热力学第三定律——解决物质的规定熵问题热力学第二定律——解决变化过程的方向和限度问题热力学第零定律——给出温度的定义和测量方法化学热力学的应用§1热力学基本概念§2热力学第一定律§3焓、热容§4热力学第一定律的应用§5热化学本章教学内容系统（System）热力学研究的对象（是大量分子、原子、离子等物质微粒组成的宏观集合体），亦称为物系或体系，它包括一部分的物质或空间在科学研究时。§1热力学基本概念1.1系统与环境特点：a）是宏观系统；b）系统占有一定空间；c）系统是多种多样的，可以是气液固及多个相的组合。环境（Surroundings）系统之外与之相关联的那部分物质和空间称为环境。界面（Interface）系统与环境之间相区别的面，界面可以是实际存在的，也可以是虚构的。a)系统与环境之间有确定的界面；b)这种界面可以是真实的，也可以是虚构的；c)系统与环境的划分不是固定不变的。特点：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。敞口烧杯装水系统：水（2）封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。密闭容器装水系统：水+水蒸气（3）孤立系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，也无能量交换，又称为隔离系统。绝热装置装水系统：水+水蒸气+绝热装置注意：严格的孤立系统是难以实现的，为研究问题方便，常将系统和与它相关的部分一起研究，而得到一个大的孤立系统。三类系统对比1.2系统性质热力学系统是大量分子、原子、离子等微粒组成的宏观集合体。这个集合体所表现出来的集体行为，如p、V、T、U、H、S、A、G等叫热力学系统的宏观性质（简称热力学性质）。强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于系统自身的特点，与系统的物质的量无关，不具有加和性，如T、p、ρ、η等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。大多数摩尔性质都为强度性质。容量性质（extensiveproperties）又称为广度性质，它的数值与系统的物质的量成正比，如V、m、S等。容量性质有加和性，在数学上是一次齐函数。讨论(a)容量性质具有加和性，强度性质无加和性。V总=V1+V2P总≠p1+p2(b)容量性质是系统所含物质量的一次齐函数，强度性质是零次齐函数。(c)两个容量性质相除，所得为强度性质。如：m/V=ρV/n=Vm1.3状态、状态函数**、状态方程状态：系统所处的情况，是系统所有性质的综合表现。特点：（1）状态一定，系统所有的性质都是确定的；（2）状态改变了，不一定所有的性质都要改变，但性质改变了，系统的状态一定改变。例如：理想气体的等温过程。（p1、V1）（p2、V2）系统的一些性质，其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，具有这种特性的物理量称为状态函数（Statefunction）。（1）状态函数的数值随状态的改变而改变。状态函数的增量只与系统的始末态有关，与变化的方式无关。（2）状态函数具有全微分的性质。全微分的积分与积分途径无关，只与过程的始态、终态有关，且全微分为偏微分之和。状态函数：若X为x,y的函数，X=f(x,y),则即异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。系统状态函数之间的恒量关系式称为状态方程（Stateequation）。对于一定量的单组分均匀系统，状态函数T、p、V之间有一定量的联系。经实验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：T=T（p,V）p=p（T,V）V=V（p,T）状态方程：描述系统的状态不需要罗列所有的热力学性质。如理想气体的状态方程可表示为：其体积V=f(p,T)，体积的微小变化可由下式表示:pV=nRT当系统的诸性质不随时间而改变
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岩土工程师备考资料：焓介绍以及计算
来源：互联网 更新时间： 23:44:31 责任编辑：鲁晓倩字体：
　　化学热力学是一门研究在化学变化和物理变化中伴随发生的能量转换和传递的科学。
　　(一)基本概念：
　　(1).体系与环境：在化学中，把研究的对象叫做体系，把体系以外的部分叫做环境
　　敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量的交换。
　　封闭体系：体系与环境之间无物质交换，只有能量的交换。
　　孤立体系：体系与环境之间，既没有物质交换，也没有能量交换。
　　(2).状态和状态函数：
　　状态：用来描述这个体系的诸如温度、压力、体积、质量和组成等物理性质和化学性质的总和，当这些性质都有确定值时，就说体系处于一定的状态。
　　状态函数：用来描述体系的这些性质仅决定于状态本身而与变化过程的具体途径无关，这些性质就是状态函数。
　　显然，P、V、T、n、△u等都是状态函数，而Q、w都不是状态函数与途径有关。
　　状态函数值的变化只取决于体系的初态和终态而与变化的途径无关。
　　(3).过程和途径：
　　过程：体系所发生的状态变化叫做热力学过程，简称过程。过程开始的状态叫做始态，最后的状态叫做终态，习惯上把状态变化所经历的具体步骤叫做途径。常见的过程：
　　等温过程(T)：在温度不变的情况下，体系由始态到终态进行的过程。
　　等压过程(P)：在压力不变的情况下，体系由始态到终态进行的过程。
　　恒容过程(V)：在体积不变的情况下，体系由始态到终态进行的过程。
　　绝热过程(Q)：在变化过程中，体系与环境之间没有热量交换。
　　(二)热力学能与热力学第一定律
　　(1).热与功：
　　在化学反应中除了有热能变化之外，还有其他形式的能量变化。在热力学中，把体系与环境之间因温度不同而交换或传递的能量称为热，除了热以外的其他一切交换或传递的能量都称之为功，一般用符号Q表示热，用符号W表示功。并规定体系吸收热量为正值，体系放出热量为负值，体系对环境所作的功是正值，环境对体系所作的功是负值。
　　(2).热力学能：
　　体系内部能量的总和称为热力学能，用符号u表示。热力学能包括体系内各种物质的分子平动能，分子间势能，分子内部的转动能和振动能，电子运动能、核能等。内能的绝对值虽无法测出，但内能的变化△u可通过热力学第一定律进行计算。
　　(3).热力学第一定律：
　　人们经过长期实践证明，能量是不生不变的，但它可以变换形式，这就是能量守恒定律。也称为热力学第一定律。
　　如果体系由状态(1)变化到状态(2)，在此过程中体系从环境吸热Q对环境作功W，则根据能量守恒定律，体系内能的变化△u为：
　　△ u=u2一u1=Q-w &&热力学第一定律的数学表达式。
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