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第二章 热力学第一定律 主要内容 1. 热力理论基础与方法 2. 热力学第一定律 3. 准静态过程与可逆过程 4. 焓(enthalpy) 5. 热容 6. 热力学第一定律对理想气体的应用 7. 实际气体 8. 热化学 9. 盖斯定律 9. 几种热效应 重点 1. 重点掌握下列热力学基本概念：平衡状态、状态函数及可逆过程 2. 重点掌握热力学第一定律的叙述及数学表达式 3. 重点内能、焓、标准生成焓的定义并会应用 4. 重点掌握在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和内能、焓变化值的方法 难点 1. 衡状态、状态函数及可逆过程等热力学基本概念 2. 内能、焓、标准生成焓的定义及其应用 3. 物质在P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和内能、焓变化值的方法 教学方式 1. 采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式 2. 合理运用问题教学或项目教学的教学方法 教学过程 一、热力理论基础与方法 ⊙ 热力学的研究对象 研究热、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； 研究各种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。 ⊙ 热力学的方法和局限性 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。 几个基本概念： ⊙ 体系与环境 体系（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，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。 环境（surroundings） 与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。 ⊙ 体系分类 根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： 1) 敞开体系open system) 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。 2) 封闭体系closed system) 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。 3) 孤立体系isolated system) 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。 ⊙ 体系的性质 用宏观可测性质来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。可分为两类： 广度性质extensive properties) 又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。 强度性质intensive properties) 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。 ⊙ 热力学平衡态 当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡： 热平衡thermal equilibrium)：体系各部分温度相等。 力学平衡mechanical equilibrium)：体系各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。 相平衡phase equilibrium)：多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。 化学平衡chemical equilibrium)：反应体系中各物的数量不再随时间而改变。 ⊙ 状态函数 体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，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state function)。 状态函数的特性可描述为：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。 ⊙ 状态方程 体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程state equation）。 对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为： T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T） 例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT ⊙ 热和功 热（heat） 体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。 Q的取号： 体系吸热，Q0；体系放热，Q0 。 功（work） 体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。 功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号： 环境对体系作功，W0；体系对环境作功，W0 。 Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。二、热力学第一定律 ⊙ 热功当量 焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和