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热力学第一定律与热化学

2§4.1热力学概论4.1.1热力学研究的对象和内容一.概论1.热力学是物理学的一个分支共有三条基本定律。第一定律能量转化过程中的数量守恒；第二定律能量转化过程中进行的方向和限度；第三定律低温下物质运动状态，并为各种物质的热力学函数的计算提供科学方法。热力学就是研究能量相互转换过程中应遵循的规律的科学

32.热力学应用于研究化学——化学热力学把热力学中的基本原理用来研究化学现象及与化学有关的物理现象——化学热力学。化学变化中的能量的转变，反应的热效应——热力学第一定律的应用。化学变化的方向和限度——热力学第二定律的应用。

4两个典型例子，说明热力学在化学中的应用a.熔炉炼铁：Fe3O4+4CO→3Fe+4CO2b.人造金刚石：C（石墨）→C（金刚石）由热力学知道P15000P°时，才有可能；今天已实现了这个转变（60000P°，1000℃，催化剂）

5二.热力学研究方法的特点和局限性1.热力学方法的特点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；不考虑微观粒子的微观结构；不涉及反应的速度和机理。

6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；不考虑时间因素；2.优点和局限性不能解释变化发生的原因；只能处理平衡态；不能解决过程的速率问题。

74.1.2热力学基本概念1.系统和环境1）定义：体系：研究的对象，它包括一部分的物质和空间。特点：是宏观体系；体系要占有空间；体系是多种多样的，可以是气液固及多个相的体系。

8环境：指体系以外与体系密切相关的部分。特点：体系与环境之间有确切的界面；这种界面可以是真实的，也可以是虚构的；体系与环境的划分不是固定不变的。

9例

10体系环境界面aCH3OH（l）CH3OH（g）＋空气＋冰浴g-l界面（真实）bCH3OH（l＋g）空气＋冰浴空气-甲醇气界面（虚构）

112）分类：敞开体系：体系与环境间既有物质交换，又有能量交换。封闭体系：体系与环境间没有物质交换，只有能量交换。孤立体系：体系与环境间既无物质交换，有无能量交换。

122.系统的性质和状态1）定义：状态：体系一系列性质的综合表现。性质：描述状态的宏观物理量。几何：体积、面积力学：压力、表面张力、密度电磁：电流、电流强度化学：摩尔、摩尔分数热力学：温度、熵、内能、焓、功焓、自由能性质

132）特点：状态一定，体系的所有性质都是确定的；状态改变了，不一定所有的性质都改变，性质改变了，状态一定改变。例：理想气体的等温过程（p1，V1，T）（p2，V2，T）状态改变了，温度T未改变；性质又称为热力学变量或热力学状态函数

143）独立函数和状态函数系统的诸性质间并非都是独立的，而是有一定的依赖关系的。只有这几个独立性质确定后，其余性质也随之而定了。状态函数V（T，p）T（p，V）状态函数的特点:其变化值只与体系的始终态有关，而与变化的途径无关；是单值函数，连续的，可微分；具有全微分性。

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164）体系性质的分类广度性质（容量性质）广度性质的数值与体系中物质的数量成正比，具有加和性，如m，n，V，U。强度性质强度性质的数值与体系中物质的数量无关，不具有加和性，如T，P，E。

17两者的关系：每单位广度性质即强度性质广度性质÷广度性质＝强度性质广度性质×强度性质＝广度性质

183.过程与途径1）定义：过程：状态发生变化的经过称为过程。途径：完成这个过程的具体步骤或方式。始态（p1T1V1）终态（p2T2V1）中间态（p2T1V）等容过程途径Ⅰ等温过程等压过程途径Ⅱ

192）几种重要的过程：等温过程T始＝T终＝T环等压过程P始＝P终＝P环等容过程V始＝V终绝热过程体系与环境之间没有热量的传递，只有功的传递。循环过程体系由一始态出发，经一系列变化过程又回到原来的状态。3）按不同变化分类：状态变化组成，聚集态不变。相变化组成不变，聚集态发生变化。化学变化组成变化，发生化学反应。

204.热力学平衡热力学平衡态：指外界条件不变时，体系内部性质均匀而且不随时间变化的状态。热平衡：无绝缘壁时，体系内各部分，体系与环境之间温度相等。力学平衡：无刚性壁时，体系内各部分，体系与