物理化学天大版课件第二章.docVIP

热力学第一定律 学习要求及重点： 1 理解热力学基本概念； 2理解热一律表达式及热力学能、焓的定义； 3掌握在物质的单纯PVT变化、相变化和化学变化过程中，运用热力学数据计算系统热力学能变、焓变、以及热和体积功的方法。 本章习题：P94~100， 2-2、2-3、2-5、2-8、2-15、2-19、2-27； 2-30、2-33、2-38 化学热力学: 研究的是化学变化，包括相变化和p、V、T变化过程中，物质数量和能量的变化规律。 以人类长期实践所总结的两个基本定律为基础。 热力学第一定律：指出了各过程能量转换的准则； 热力学第二定律：指出一定条件下自发变化的———方向和限度。 §2-1 一些热力学的基本概念 一、系统与环境 系统(system, “sy”) ：作为某热力学问题研究对象的部分； 环境(surroundings, “amb”) ：与系统有联系的周围部分； 按系统与环境交换内容分为： 敞开系统(open system):有物质、能量交换 封闭系统(closed system) ：有能量无物质交换 隔离系统(isolated system)：无能量、物质交换 二、系统的热力学性质 如T、p、V、m、n、C、U、S、G、η、ρ等 1、强度性质：其值与系统中所含物质数量无关。如T、p 等，不具有加和性。 2、广度性质(容量性质)：其值与系统中物质数量成正比。具有加和性。 一种广度性质/另一种广度性质＝强度性质。 如Vm、Cm、ρ等。 3、四个最基本的可直接测量的热力学性质： T、p、V、n 三、状态和状态函数 状态(state) ：系统中所有物理及化学性质均有确定值——热力学平衡态 ⑴热平衡 系统各处温度相同；非绝热系统时与环境也同温。 ⑵力平衡 系统各处压力同，系统与环境压力相同。 ⑶相平衡 多相系统的相组成及数量不随时间改变。 ⑷化学平衡 系统的化学组成及数量不随时间改变。 状态函数(state function) ： 确定系统状态的性质称为状态状态； 热力学状态函数只与系统当时所处的状态有关，　　　 　而与如何达到这一状态无关。称为状态函数。 状态函数的特征：⑴ 是状态的单值函数(状态不变它不变)； ⑵ 状态改变时，状态函数的变化量只与变化的初末态有关，而与变化的途径无关； ⑶ 系统经历循环过程时，状态函数的变化量为零.状态函数的特征从数学角度看： 若x为状态函数，系统从状态A变化至状态B： 若x，y，z皆为状态函数，且 z = f(x,y)，则： 如理想气体： 四、过程与途径 过程(process) ： 一定条件下系统由一状态变化到另一状态。 按变化分：简单状态参量变化；相变化；化学变化。 按变化条件分： 定温过程：T1＝T2＝Tsu 定压过程： p1＝p2＝psu 对抗恒定外压过： psu ＝常数 定容过程： V1＝V2 绝热过程：Q＝0 循环过程： 途径(path)：实现过程的具体步骤。 例：一定T,p条件下 §2-2 热力学第一定律及热力学能 一、热力学能U 热力学能U是状态函数:除宏观动能和势能外,系统 内部能量的总和 U 为系统的性质，且为容量性质。其微小变量可表示为某几个自变量的全微分形式。对纯物质单相封闭系统可有： 二、热和功 热(Q)：系统与环境间因温度差而传递的能量； 功(W)：除温度差以外的系统与环境间传递的能量； 体积功的计算 例如气体的膨胀(或压缩)一个微小量dV(或 -dV) 由规定：系统对环境做功 W0 §2-3 恒容热、恒压热及焓 结论：封闭系统不作非体积功的恒容过程中，系统热力学能的增量等值于该过程系统所吸收的热量。 §2-4 热容及热的计算 一、热容定义 系统在给定条件(如定压或定容) 及W’＝0、 无相变、无化学变化时，升高热力学温度1K时所吸收的热。 热容(heat capacity)以符号“C”表示： 例2-1：试推出下列封闭系统变化过程ΔH与ΔU的关系。 ⑴理想气体的变温过程； ⑵定温定压下液体(或固体)的汽化过程，蒸气视为理想气体； ⑶定温定压下理想气体参加的化学变化过程； 解： ΔH = ΔU + Δ(pV) 二、热容与温度的关系 若视Cm为与温度无关的常数： a、b、c、c’、d 对确定的物质为常数,可由数据表查得 由气体分子运动论可有： §2-5 理想气体可逆膨胀压缩过程 一、体积功的计算 例2-2、气体从400 kPa膨胀至100 kPa，系统始终与一个300 K热源相接触