理学第四讲热力学第一定律.pptx

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3．掌握状态函数的特点和方法，并能熟练地解决有关的热力学问题。

4．掌握热力学第一定律的数学表达式及其在不同条件下的特定表达式。

5．掌握热容的概念，明确不同状态下CP与CV的关系；能熟练地计算理想气体在定温、定压、定容和绝热过程中的Q、W、U和H。

6．明确用fHmθ、cHmθ计算fHmθ的方法，以及rHm与温度的关系。能应用盖斯定律、基尔霍夫方程以及热力学基本数据计算包括相变和化学变化在内的各种过程的rHm。

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§4.1序言

物理化学（理论化学）的研究内容:

——结构化学（量子化学）;

——化学热力学；

——化学动力学。

热力学(thermodynamics)：研究能量相互转换过程中应遵循规律的科学；应用于化学即为化学热力学。

——特点：

（1）研究对象的宏观性质，只适用于有极大量粒子的系统，不适用于个别或少数粒子。

（2）没有时间概念，不考虑发生的原因以及所经过的历程。这些都是热力学的优点，但同时也带来了它的局限性（不能解决速度和机理问题）。

——基础理论：第一、二、(三）定律。

——应用：化学平衡、相平衡、电化学（大部分）、表面与胶体化学。

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热力学研究方法的特点和局限性

1.热力学方法的特点

l

研究大量粒子的宏观体系的宏观性质

之间的关系及变化规律，

l

不考虑微观粒子的微观结构

l

不涉及反应的速度和机理

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安1）热力学只研究体系的始终态

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

2）不考虑时间因素

3）不考虑粒子的个别行为

2.优点和局限性

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学习要点：

吃透基本概念；特别注意条件。

最重要的基本概念：

状态函数；可逆过程

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§4.2热力学基本概念及术语

4.2.1系统与环境

定义：

——系统（体系，物系，system,sys.）：研究的对象；

——环境(surroundings,surr.)系统之外，与系统密切相关（即可能有物质或能量交换）的有限部分物质。

说明：

——系统与环境之间可以有实际的界面，也可以没有实际的界面。

例：一钢瓶氧气:

——研究其中全部气体：有界面（内壁）。

——研究其中部分气体：只有想象的界面。

——按系统与环境之间是否有能量交换与物质交换,可把系统分成以下三种：

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1．隔离（孤立）系统(isolatedsystem)：与环境之间既无物质交换，又无能量交换。

2．封闭系统(closedsystem)：与环境之间只可能有能量交换而无物质交换。（物化多用）

3．敞开（开放）系统(opensystem)：与环境之间既有能量交换，又有物质交换。

能量交换

物质交换

隔离系统





封闭系统





敞开系统





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2．在一个绝热容器中盛有水，水中浸有电热丝，通电加热，如将下列不同对象看作是系统，则分别为何种系统：

(1)以液态水为系统；

(2)绝热箱中的所有水为系统；

(3)以绝热箱中的所有水和电热丝为系统；

(4)以绝热箱中的水、电热丝及外接电源为系统。

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4.2.2系统的性质

定义：描述（决定）系统状态的物理量。

分类：

——微观性质：分子的极性、偶极矩等（热力学不考虑）。

——宏观性质：温度T、压力p、体积V、密度、粘度、表面张力、热力学能（也称内能）U等。

——（宏观）性质的分类（根据是否与系统内物质的量成正比（有加和性）：

广度性质（广延量，容量性质）(extensiveproperties)：具有加和性的性质。例：V，n，U，H，A，G

强度性质(intensiveproperties)。不具加和关系的性质。例：T，p，。

注意：某些广度性质的比值往往是强度性质。例：Vm=V/n；

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4.2.3状态与状态函数

定义：

——状态：系统所有宏观性质的综和体现。

——状态函数：系统所有宏观性质皆为状态函数。

状态函数的特点：

——定态有定值（与其历史和达到该状态的历程无关）；

——其微分是全微分；如dp、dV、dT等；

——系统由始态1变化到末态2所引起状态函数的变化