物理化学教程第二版周鲁主编.ppt

第一章 热力学基础 教学目的： 1、熟悉并明确理解热力学理论中的一些基本概念； 2、开始了解热力学研究方法上的某些特点； 3、学习能量转换的一些基本计算方法。 教学内容 §1-1 基本概念 §1-2 热力学第一定律 §1-3 热和功的计算 §1-4 热力学第二定律 §1-5 热力学函数关系 §习题课 热力学基础 热力学的主要内容和目的 例 “设计途径法”或称“绕道法” 设计途径必须遵循的原则： （1）物理量可测量； （2）易进行数学运算。 * * 热气球 § 1-1 热力学基本概念 1. 热力学的内容和目的 2. 热力学的研究对象与方法 3. 系统与环境 4. 性质与状态 5. 热力学平衡态 6. 过程与途径 7. 可逆过程 化学热力学研究的内容： 热力学第一定律 ─ 计算变化中的热效应 热力学第二定律 ─ 解决变化的方向和限度 热力学第三定律 ─ 阐明规定熵的数值 化学热力学研究的目的： 热平衡 相平衡 化学平衡 利用化学热力学的理论研究 力平衡 热力学的主要内容和目的 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。 优越性 热力学方法优越性和局限性 热力学只研究系统的始终态 根据始终态的性质而得到可靠的结果；不 考虑变化中的细节；不考虑物质内部的结构因素 不考虑时间因素 不考虑粒子的个别行为 体系（System） 确立的热力学的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。 环境（surroundings） 体系以外与系统紧密相联的部分称为环境。 1. 系统与环境 例如，以烧杯和水为体系，其影响所及的立方体为环境。 环境的特点: a) 体系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) 体系与环境的划分不是固定不变的 注意：1. 体系与环境的的区分完全是人为的 2. 一经选定就不得随意更改 3. 体系与环境共存，缺一不可。 体系的分类 根据体系与环境之间，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。 体系的分类 （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。 ★系统与环境之间可以是有形的物理界面，也可以是无形的几何界面 ★系统与环境之间的联系有物质交换与能量交换两种形式 ★热力学中的系统如不特别注明都是封闭系统 ★绝对的隔离系统是不存在的 小结： 体 系 所研究的 物质对象 物质进出 能量得失 √ √ ? √ ? ? 敞开体系 封闭体系 隔离体系 2.体系的性质与状态 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V、m、S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T、P、 ρ等。 1 2 p 1=1atm t1 =0℃ V1=5.6dm3 p 2=1atm t2 =0℃ V2=16.8dm3 p =1atm t =0℃ V=22.4dm3 ★ 广度量反映系统量的概念，强度量反映系统质的概念 ★ 任何广度量的摩尔值是强度量，如摩尔体积Vm ★ 两个广度量之比为强度量，如密度 例： 3. 状态与状态函数 状态 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来 的体系的一种存在形式，称为体系的状态（state ） 。 例：理想气体的等温过程： （P1，V1）→（P2，V2） 状态函数 确定体系状态的物理量，称为状态函数（state function） 。 始态：通常把变化前的状态称为始态。 终态：变化后的状态称为终态。 例如某理想气体体系 n = 1 mol， p = 1.013 ? 10 5 Pa， V = 22.4 dm 3 ， T = 273 K 这就是一种状态。是由 n、p、V、T 所确定下来的体系的一种存在形式 。 因而 n、p、V、T 都是体系的状态函数。 举例： 状态函数的特性： 其数值只说明体系当时所处的状态，不能说明 体系以前的状态。