熱力學(xué)第一定律課件

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1、熱力學(xué)第一定律第二章本章重點(diǎn)1.狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)法。2.熱力學(xué)第一定律。3.計(jì)算理想氣體在單純pVT變化(恒溫、恒壓、絕熱等過程)中系統(tǒng)的?U、?H及過程的Q和體積功W的計(jì)算；用生成焓和燃燒焓來計(jì)算反應(yīng)焓。4.理解焦耳實(shí)驗(yàn)和節(jié)流膨脹系數(shù)。5.理解蓋斯定律和基希霍夫公式。熱力學(xué)：研究不同形式能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)化學(xué)熱力學(xué)與物理中的熱力學(xué)不同，本課程主要討論與化學(xué)變化相關(guān)的熱力學(xué)(ChemicalThermodynamics)。1.第一定律:能量守恒,解決過程的能量衡算問題(功、熱、熱力學(xué)能等)；2.第二定律:過程進(jìn)行的方向判據(jù)；3.第三定律：解決物質(zhì)熵的計(jì)算；

2、4.第零定律：熱平衡原理T1=T2,T2=T3,則T1=T3熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)—能量守恒§2.1熱力學(xué)基本概念1.系統(tǒng)和環(huán)境特點(diǎn)：根據(jù)研究的需要，人為規(guī)定的，有相對任意性，在研究問題的始終一旦確定下來，不能再有變化。系統(tǒng)：(system)把作為研究對象的那部分物質(zhì)稱為系統(tǒng)。環(huán)境：(ambiencesurroundings)即系統(tǒng)的環(huán)境,是系統(tǒng)以外與之相聯(lián)系的那部分物質(zhì)。系統(tǒng)環(huán)境物質(zhì)能量1.隔離系統(tǒng)2.封閉系統(tǒng)3.敞開系統(tǒng)系統(tǒng)：能量物質(zhì)能量物質(zhì)能量物質(zhì)其中封閉系統(tǒng)與環(huán)境既有一定的聯(lián)系，但又比較簡單，所以它是熱力學(xué)研究的基礎(chǔ)。例如，在一個全封閉、外墻又絕熱

3、的房間內(nèi)，有電源和一臺正在工作的冰箱。a.如果選擇冰箱為系統(tǒng)，則這屬哪類系統(tǒng)？b.如果選擇冰箱和電源為系統(tǒng)，則這屬哪類系統(tǒng)？答：如果選擇冰箱為系統(tǒng)，則電源和房間即為環(huán)境，冰箱與環(huán)境間有熱和功的交換，即能量交換，但無物質(zhì)交換，是封閉系統(tǒng)；答：如果選擇冰箱和電源為系統(tǒng)，則還是封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)與環(huán)境之間雖無功的交換，但有熱的交換；當(dāng)然也無物質(zhì)的交換。c.如果選擇冰箱、電源和房間為系統(tǒng)，則這屬哪類系統(tǒng)？答：如果選擇冰箱、電源和房間為系統(tǒng)，那就是一個隔離系統(tǒng)，與外界環(huán)境既無物質(zhì)交換，又無功或熱的能量交換。狀態(tài)：系統(tǒng)所有的性質(zhì)—即物理和化學(xué)性質(zhì)的總和。狀態(tài)函數(shù)：(st

4、atefunction)描述系統(tǒng)狀態(tài)的熱力學(xué)宏觀性質(zhì)(如H.U.p.T.V）又稱為~。兩者關(guān)系：一一對應(yīng)關(guān)系2.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)（1）狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)非狀態(tài)函數(shù)，又叫途徑函數(shù)或過程函數(shù)(processfunction)：與過程相關(guān)的性質(zhì)，如W、Q等稱為途徑函數(shù)(它們不能寫成?W、?Q)。?純物質(zhì)單相系統(tǒng)，只需兩個獨(dú)立改變的性質(zhì)，就可確定系統(tǒng)的狀態(tài)。如性質(zhì)x,y為兩個獨(dú)立變量，則系統(tǒng)的其他性質(zhì)X就是這兩個變量的函數(shù)，即X=f(x,y)。常選用T、p，若狀態(tài)確定后，其他性質(zhì)如V就有確定值，V=f(T,p)；若為理想氣體，V=nRT／p。①：系統(tǒng)狀態(tài)的微小變化引起

5、的狀態(tài)函數(shù)X的變化用全微分dX表示如：dp、dT¨¨¨全微分的積分與積分途徑無關(guān)，即全微分為偏微分之和：如V=f(T,p),則dV=(?V/?T)pdT+(?V/?p)Tdp?狀態(tài)函數(shù)的重要特征：始態(tài)1(T1)歷程1：末態(tài)2(T2)歷程2：②：狀態(tài)函數(shù)的增量只與系統(tǒng)的始末態(tài)有關(guān)，與變化的具體途徑或經(jīng)歷無關(guān)。中間態(tài)（T3）若已知過程始末態(tài)，需計(jì)算過程中某些狀態(tài)函數(shù)的變化，而其進(jìn)行的條件不明，或計(jì)算困難較大，可設(shè)始末態(tài)與實(shí)際過程相同的假設(shè)途徑，經(jīng)由假設(shè)途徑的狀態(tài)函數(shù)的變化，即為實(shí)際過程中狀態(tài)函數(shù)的變化。這種利用“狀態(tài)函數(shù)的變化僅取決于始末態(tài)而與途徑無關(guān)”的方

6、法，稱為狀態(tài)函數(shù)法。“狀態(tài)函數(shù)變化只取決于始末態(tài)而與途徑或經(jīng)歷無關(guān)”的方法稱為狀態(tài)函數(shù)法。狀態(tài)函數(shù)的特性用兩句話概括：“異途同歸，值變相等；周而復(fù)始，其值不變。”?U1=?U2=?U3=?U4?H1=?H2=?H3=?H4(2)狀態(tài)函數(shù)的分類—廣度量和強(qiáng)度量區(qū)分依據(jù)：根據(jù)性質(zhì)與數(shù)量之間關(guān)系。廣度量：與物質(zhì)的數(shù)量成正比的性質(zhì)稱為廣度量或廣度性質(zhì)。廣度量具有加和性。如：體積V、物質(zhì)的量n、質(zhì)量m¨¨¨強(qiáng)度量：與物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)的性質(zhì)稱為強(qiáng)度量或強(qiáng)度性質(zhì)。強(qiáng)度量不具有加和性。如：壓力p、溫度T、組成c¨¨¨.?廣度量與廣度量之比是強(qiáng)度量。如：摩爾體積Vm(V/n

7、)，偏摩爾內(nèi)能Um¨¨¨(3)平衡態(tài)定義：指在一定條件下，系統(tǒng)中各個相的熱力學(xué)性質(zhì)不隨時間變化，且將系統(tǒng)與其環(huán)境隔離，系統(tǒng)的性質(zhì)仍不改變的狀態(tài)。平衡狀態(tài)時，各種狀態(tài)函數(shù)才具有唯一值。?.平衡態(tài)滿足4個條件：A:系統(tǒng)內(nèi)部處于熱平衡，有單一的溫度;B:系統(tǒng)內(nèi)部處于力平衡，有單一的壓力;C:系統(tǒng)內(nèi)部處于相平衡，無相轉(zhuǎn)移；D:系統(tǒng)內(nèi)部處于化學(xué)平衡，無化學(xué)反應(yīng)。若系統(tǒng)內(nèi)部有絕熱壁或剛性壁將它隔開，只要壁的兩側(cè)各自處于熱平衡、力平衡、相平衡及化學(xué)平衡，即它們各自處于平衡態(tài)，盡管兩側(cè)溫度、壓力……等等可能不同，系統(tǒng)也處于平衡態(tài)。3.過程和途徑過程：系統(tǒng)從某一狀態(tài)變化到

8、另一狀態(tài)的經(jīng)歷。途徑：將實(shí)現(xiàn)某一過程的具體步驟稱途徑。一個途徑可以由一個或幾個步