物理化学电子教案—第一章-第二章热力学第一定律及其应用.PDF

浙江科技学院 物理化学教案 第二章 第二章 热力学第一定律及其应用 2.1 热力学概论 ●热力学的研究对象 ●热力学的方法和局限性 几个基本概念： •体系与环境 •体系的分类 •体系的性质 •热力学平衡态 •状态函数 •状态方程 •热和功 •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。 ●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（surrounΔings） 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。 根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （2）封闭体系（closeΔ system） 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。 根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （3）孤立体系（isolateΔ 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： 强度性质（intensive properties） 1 浙江科技学院 物理化学教案 第二章 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。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。 ●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