物理化学热力学第一定律.ppt

第2章 热力学第一定律 2.1.1 热力学的研究对象 2. 1.2 热力学的研究方法和局限性 2.2.1 系统和环境 2.2.2 系统的宏观性质 2.2.4 热力学平衡态 2.2.5 状态函数 2.2.6 过程和途径 * 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 初期主要研究热和机械功之间的相互转化关系 Joule自1840起，用各种不同方法研究热和功的转换关系，历经40余年，得出热功当量： 1 cal=4.184 J 热力学第一定律：能量守恒定律 1850年，Kelvin,Clausius热力学第二定律： 2.1 热力学概论 Joule （1818—1889） 英国物理学家 热力学能U 焓H 熵S 亥姆霍茨函数A 吉布斯函数G 总结 提高 归纳 引出或 定义出 热力学理论基础 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学方法(状态函数法) 热力学公式或结论 生活实践 生产实践 科学实验 经验 总结 p,V,T 变化过程 相变化过程 化学变化等过程 能量效应(功与热) 过程的方向与限度 解决 的 压力p 体积V 温度T ? 可由实验测定 即有关能量守恒 和物质平衡的规律 演绎逻辑推理 热力学方法特点: 研究对象是大数量分子的集合体，研究其宏观性质，所得结论具有统计意义。 在一定条件下，能判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。 只考虑变化前后的净结果，不考虑变化的细节和物质的微观结构。 热力学研究的局限性: 通过热力研究可以知道： 热力学研究认为正向反应的趋势很大，反应基本可以进行到底，逆反应的趋势极小 反应一旦发生，可以计算出反应热和平衡常数 知道增加压力、降低温度对正反应有利 无法说明： 如何使反应发生，反应有多少种途径 反应的速率是多少，反应的历程如何等 热力学研究的必要性： 当合成一个新产品时，首先要用热力学方法判断一下，该反应能否进行，若热力学认为不能进行，就不必去浪费精力 热力学给出的反应限度，是理论上的最高值，只能设法尽量接近它，而绝不可能逾越它 热力学研究对指导科学研究和生产实践无疑有重要的意义 2.2 热力学的一些基本概念 环境 系统 (1) 敞开系统 物质 能量 (2) 封闭系统 (3) 隔离系统（孤立系统） 被划定的研究对象称为系统 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。 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。 强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性。如T、 p、ρ…… 广延性质：容量性质，与系统中所含物质的量有关，有加和性。如V、U、H …… 2.2.3 相 定义：系统中物理性质及化学性质均匀的部分。 均相系统(单相系统)—系统中只含一个相； 非均相系统(多相系统)—系统中含有两个及两个以上的相。 系统的各种性质不再随时间而改变。 同时有： 热平衡：系统各部分T 相等；若不绝热,则T系统= T环境。 力平衡：系统各部分p 相等；边界不相对位移。 定态定值 XA = const 殊途同归，变值相等 初态 100℃1Pθ H2O(l) 终态 100℃1Pθ H2O(g) 1Pθ 真空蒸发 X2 X1 A 。 B 。 I XA→B.I= XA→B.II II (3) 周而复始，变值为零 ∮ΔX≡ 0 系统的状态: 系统所处的样子。用宏观性质描述系统的状态。 宏观性质也称为系统的状态函数。 (4)系统宏观性质彼此之间相互关联，如 理想气体 状态函数是状态的单值函数，状态定了，所有的状态函数都有定值。状态函数在数学上具有全微分的性质 以 V = f (p,T ) 为例 若Z = f (x、y ), 则其全微分为 过程：系统在一定条件下发生的变化。 几种主要的P、V、T变化过程 定温过程 ( )T 定压过程 ( )P 定容过程 ( )V 绝热过程 ( ) q 循环过程 对抗恒定外压过程 p = const 自由膨胀过程 p = 0 气体 真空 气体向真空膨胀 途径：始态 - - ? 终态 系统所经历具体的步骤。 例：25 ℃ 1 Pθ的1mol H2O(l) 变化成为H2O (g) 初态 25℃1Pθ H2O(l) 终态 100℃1Pθ H2O(g) 100℃1Pθ H2O(l) ( )P ( )P 25℃p’H2O(g) ( )T ( )V 始态A C B 终态Y 途径I 途径II 状态函数的改变量 终态的状态函数