物理化学核心教程热力学第一定律-102.pptx

环境无物质交换封闭系统有能量交换 物理化学核心教程电子教案第2章 热力学第一定律 第2章 热力学第一定律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 2.1 热力学概论1. 热力学的研究对象2. 热力学的研究方法和局限性 2.1.1热力学的研究对象 在发展初期,热力学主要研究热和机械功之间的相互转化关系 Joule自1840年起，用各种不同方法研究热和功的转换关系，历经40余年，得出了热与功的转换关系，后来称之为热功当量 为能量守恒定律打下了基础 能量有各种不同的形式，可以相互转变，但能量的总值不变。 2.1.1热力学的研究对象 1818年生于曼彻斯特，自幼没受过正规教育，自认识Dalton后，激发了对化学和物理的兴趣。 他用各种方法进行了四百多次的实验，历经40多年，获得了热功当量的值。 他长期与汤姆孙合作，共同发现了焦耳-汤姆孙效应。 Joule （1818—1889） 英国物理学家 人们为了纪念他，把能量的单位定为J（焦耳） 2.1.1热力学的研究对象化学热力学主要研究： (1)化学过程及其与化学密切相关的物理过程中的能量转换关系。 （2）判断在某条件下，指定的热力学过程变化的方向和可能达到的最大限度。1. 相变的方向2. 化学变化的方向 2. 1.2热力学的研究方法和局限性热力学的研究方法 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。 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。 2. 1.2热力学的研究方法和局限性热力学研究的局限性对于反应 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，历程如何等 热力学研究是知其然而不知其所以然；只能判断变化发生的可能性，而不讲如何实现 2. 1.2热力学的研究方法和局限性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1. 系统和环境2. 系统的宏观性质3. 热力学平衡态4. 状态函数5. 过程和途径 2.2.1系统和环境系统（system） 在科学研究中，把要研究的对象与其余分开。分隔的界面可以是实际的，也可以是想象的。环境系统 这种被划定的研究对象称为系统，也称为物系或体系。环境（surroundings）将水作为系统，其余就是环境 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。敞开系统有物质交换有能量交换 2.2.1系统和环境 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。环境敞开系统不属于经典热力学的研究范畴无物质交换封闭系统有能量交换 2.2.1系统和环境 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（2）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。环境封闭系统是经典热力学的主要研究对象无物质交换无能量交换 2.2.1系统和环境 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（3）孤立系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。大环境系统环境无物质交换无能量交换孤立系统(2)孤立系统(1) 2.2.2系统的宏观性质 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。(extensive properties)广延性质广延性质又称为广度性质、容量性质广延性质与系统的数量成正比。例如：(intensive properties)强度性质强度性质与系统的数量无关。例如： 2.2.2系统的宏观性质 2.2.3热力学平衡态 （1）热平衡（2）力平衡 系统各部的压力、表面张力和电势等广义力相等。在有刚性壁存在时，系统与环境的压力不等时，也能维持平衡。各相组成和数量不随时间而变（3）相平衡宏观上反应物和生成物的量不再随时间而变（4）化学平衡 热力学不能说明需要指明哪几个性质，系统才处于定态。 大量实验事实证明，对于没有化学变化的单组分均相封闭