[工学]1 热一定律.ppt

本章重点 状态函数及其特征 热力学第一定律及其应用 盖斯定律 恒压热的计算 第一章 热力学第一定律 第一节 热力学基本概念 一、体系和环境 体系(system)：所选择的研究对象。 环境(surroundings)：与体系密切相关的其 他部分。 物理化学中所研究的体系，根据体系与环境之间能量和物质的交换情况，分成三类： 体系的分类 敞开体系（open system） ：体系和环境之间，既有物质的传递，又有能量的传递的体系。 封闭体系（closed system） ：体系和环境之间，仅有能量的传递，没有物质传递的体系。 封闭体系中又可分出一类，体系和环境之间没有物质的交换，也没有热能的交换，只有功的交换，这类体系称为绝热体系。物理化学主要讨论封闭体系和绝热体系 孤立体系（isolated system） ：体系和环境之间，既无物质交换又无能量交换的体系。 体系的分类 举例：暖水瓶 二、体系的性质、状态和状态函数 体系的性质: 包括体系的一切物理性质和化学性质。热力学讨论的性质为宏观性质。 体系的状态：指体系的所有性质的综合表现，在热力学中状态是指平衡态。 状态函数：描述体系的状态的物理性质和化学性质。如体系中物质的质量m、压力P、温度T、体积V、浓度C、粘度η等。 状态函数是状态的单值函数。反过来，状态函数的总和也就确定了体系的某一确定的状态。状态和状态函数之间可以互为自变量和因变量。 二、体系的性质、状态和状态函数 状态函数的一个重要性质为：某一状态函数的变量仅与体系变化前后的状态有关，而与变化的具体细节无关。 状态函数的概念是初学者要重点理解的概念，有四句话能帮助理解：异途同归，值变相等，周而复始，数值还原。 状态函数有许多个，按其特征，可以分成两类： 广度性质（intensive property） （在热力学中，性质＝状态函数），又称容量性质。其特点是状态函数的数值与体系中物质的量（mol）成正比。 强度性质(extensive property) ，其特点是状态函数的数值与体系中物质的量无关。 二、体系的性质、状态和状态函数 无化学反应发生的纯物质构成的封闭体系（常常称为简单体系），只要两个独立的强度性质就可以确定体系所有的强度性质状态（即其他一切强度性质状态函数的数值），即Z=f(x、y)。通常这两个强度性质是容易被测量的温度T和压强p 。 据数学原理可以知道，状态函数Z的微小变化由x和y两个状态函数的微小变化所引起的，在数学上是个全微分。 经验还表明：两个独立的强度性质再加上体系物质的量，就可以确定简单体系的所有广度性质。 二、体系的性质、状态和状态函数 处于热力学平衡态（thermodynamical equilibrium state）的体系，必须同时满足4种平衡： 热平衡(thermal equilibrium)——体系内各部分温度均相等，且与环境温度相等（孤立体系和绝热体系除外）。 力平衡(mechanical equilibrium)——体系内各部分所受的压强均相等，且与环境的压强相等（刚性密闭容器除外）。 相平衡(phase equilibrium)——体系内各相（气相、液相、固相）的数目和组成不再随时间而变。 化学平衡(chemical equilibrium)——体系内各物质的量不再随时间而变。 三、过程与途径 过程：体系从一个状态A成为另一个状态B的变化。 途径：完成过程的具体方式。 (1)根据途径的不同，过程可以分成以下几种 等温过程（ isothermal process ）： T1＝T2＝常数 等压过程（ isobaric process ）：P1＝P2＝常数 等容过程（ isochoric process ）：V1＝V2＝常数，刚性密闭容器中发生的过程。 绝热过程（ adiabatic process ）：Q＝0。 例：一定量的理想气体从指定的初态变到终态的过程，可以设计不同的途径 第 2 次课 热一定律 恒容热、恒压热及焓 本次课的基本要求： 1、掌握热力学第一定律的表述和数学式。 2、理解恒容热、恒压热及焓。 本次课的重点、难点： 重点：热力学第一定律的表述和数学式。 难点：热力学第一定律的应用，焓的概念。 恒温过程 功不是状态函数，过程相同而途径不同，体系做功的数量不同 例如： 恒温过程 一次膨胀 三次恒外压膨胀 三次恒外压膨胀 （i）p外i＝3 P⊕，则Vi＝P1V1/P=(4/3)V1 Wi=(Vi－V1)=3 p⊕(4/3V1-V1)= p⊕*1/3V1= p⊕V1 (暂不算出结果) （ii）p外ii＝2 P⊕，Vii=p1V1/pii=2V1 Wii= p外ii(Vii-Vi)=2 p⊕