《热力学第一定律 1-2 u1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学第一定律 1-2 u1（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、物理化学第一章,教学内容,前言 1-1 基本概念 1-2 热力学第一定律 1-3 等容热、等压热和焓 1-4 简单变温过程热的计算(标准热容） 1-5 关于相变的初步讨论（标准相变焓） 1-6 化学反应的热效应（标准生成焓和标准燃烧焓） 1-7 热性质数据的来源,1、热力学能,1 cal = 4.18 J,绝热封闭系统,焦耳的一系列实验,搅拌水作功,开动电机作功,压缩气体作功,焦耳热功当量实验,1-2 热力学第一定律,结论,无论以何种方式，无论直接或分成几个步骤，使一个绝热封闭体系从某一始态变到某一终态，所需的功是一定的，这个功只与体系的始态和终态有关。 这表明体系存在一个状态函数，在绝热过程
2、中此状态函数的改变量等于过程的功。 热力学能U,焦耳实验结论可表示为:U=U2U1 = W（封闭，绝热） 根据GB3102.893状态函数 U 称为热力学能，单位为J。,热力学能,体系总体能量(E)状况：整体动能(T)；整体势能(V)； 热力学能(U),化学热力学中，通常研究宏观静止的体系， 一般没有特殊的外力场 (电磁场、离心力场)存在,无整体运动 无位能,热力学能又称内能:体系处于平衡态时内部的能量。 包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、各种粒子之间的相互作用位能以及电子能、核能等。, U 的绝对值无法测定，只能求出它的变化值U：UU终-U始，只决定于始终态，与途径无关。, 热力
3、学能是体系的广度(容量)性质，其值与体系内物质的量成正比。, U在数学上应当是全微分。,注意,一定量的单相单组分体系， U为T和P的函数， U = f(T, P), U 是体系状态的单值函数，定态下有定值,U是状态函数,U是状态函数,变化量,2 热力学第一定律,到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：,自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。,1） 能量守恒与转换定律,2） 第一定律的表述,U = Q + W,Q = U W 热的定义式,体系吸收的热量即为体系热力学能的变化减
4、去体系得到的功。,注意 ： Q 、 W的符号规定同前！ 对于微小变化 ： dU Q W 适用条件：封闭体系、孤立体系 热力学第一定律的实质是能量守恒定律。以热和功的形式传递的能量必定等于体系热力学能的变化。,热力学第一定律(The First Law of Thermodynamics),2） 第一定律的表述,也可以表述为：第一类永动机是不可能实现的。,第一类永动机,第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine),一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。,历史上曾一度热衷于制造这
5、种机器，均以失败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。,“要叫马儿快快跑，得给它吃青青草。”,第一定律的文字表述,孤立体系的总能量不变，热力学能也守常。 封闭体系中的任意热力学过程所吸收的热量与环境对体系所做的功之和与途径无关。 封闭体系在给定两个平衡态之间经历绝热过程时，功与途径无关。,【例1】讨论下列过程的Q、W和U,1）H2O(l)与H2O(g)放在一个恒容的金属箱中，将箱子放在火炉上，体系（ H2O(l) 、H2O(g) ）的T、P均增加。Q0，V=0，W=0， U =Q+W0 2）恒容绝热箱中有H2和O2的混合气体（体系），通一电火花（电火花能量不计），使其化合。Q=0， V=0，W
6、=0， U =Q+W=0 3）把100克0水放在一绝热套中，内有电阻丝。通电以后，水和电阻丝（体系）升温到50 。Q=0， W0， U =Q+W0,【例2】,一体系由A态变化到B态，沿途径I放热100J，对体系做功50J，问：1、由A态沿途径II到B态，体系做功80J，则过程Q值为多少？2、如果体系由B态沿途径III回到A态，得到50J的功，体系是吸热还是放热，Q值是多少？,【解】,途径I，Q-100J，W50J 1.U=QI+WI=-100+50-50J QIIU-WII-508030J 2.U-U50J QIIIU-WIII50500,1-3 等容热、等压热和焓,1-3-1 等容热-QV,
7、(封闭，等容，W 0),积分：,与过程无关！,1-3-2 等压热-Qp,焓的定义式： H = U + pV,为什么要定义焓？为了使用方便，因为在等压、不作非膨胀功的条件下，焓变等于等压热效应 。 容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。,1-3-3 焓（enthalpy）-H,则Qp = H2-H1=H，Qp = dH(封闭，等压，W=0) 等压热Qp与与过程无关！,焓：H = UpV 状态函数：定义式中焓由状态函数组成。 广度性质； 焓不是能量：具有能量量纲，单位：J或kJ。但不遵守能量守恒定律。 注意： H 本身没有明确的物理意义，绝对值不可知。,1-3-3 焓（enthalpy）-H,
8、非等压过程是否有热效应？ 非等压过程是否有焓变？,判断W、 Q、 U、 H的符号,判断W、 Q、 U、 H的符号,孤立体系热力学能守恒，焓不守恒,1-3-4热力学标准状态,气体的标准态：压力为 下处于理想气体状态的 气态纯物质。是假想态。,固体、液体的标准态：压力为 的纯固体或纯液体。,标准态不规定温度，每个温度都有一个标准态。,一般298.15 K时的标准态数据有表可查。为方便起见，298.15 K用符号 表示。,溶液或混合物：第三章详细介绍。,标准态用符号“”表示， 表示压力标准态。,压力的标准态,随着学科的发展，压力的标准态有不同的规定：,1985年GB规定为 101.325 kPa,1
9、993年GB规定为 1105 Pa。标准态的变更对凝聚态影响不大，但对气体的热力学数据有影响，要使用相应的热力学数据表。,1-4 简单变温过程热的计算 p35 1.9,例：常压下，270g Al 从250C升至5270C需吸热多少？,1-4-1 热容（C）,一定量物质，温度升高1K或10C所吸收的热量，称该物质的热容量，简称热容，单位为 。,与物质本性与聚集状态有关 与过程有关：Cp、C V之分,1.定义,2. Cp、C V, Cp,-等压简单变温过程热的计算,标准摩尔等压热容,最常用的热容；是物质的特性，并随聚集状态和温度而变。,T,（s）,（l）,（g）,经验公式,或,使用时，注意适用的范
10、围。,式中a，b，c，d， a，b ， c，d 对一定物质均为常数，可由数据表查得。,标准摩尔等压热容,Cp、C V, C V,-等容简单变温过程热的计算,3、估计理想气体的热容,单原子分子理想气体：i=3 刚性双原子分子理想气体：i=5,要求记住,1-4-2 变温热的计算,例1：常压下，270g Al从250C（298K）升至5270C（800K）需吸热多少？ 答案：,例2：常压下，270g Al从250C（298K）升至7270C（1000K）需吸热多少？ 提示： Al熔点为933K。答案：,298K,933K,933K,1000K,s,l,sl,1-5 关于“相变”的初步讨论 p38 1
11、.10,1-5-1 定义相变化过程是指物质从一个相转移到另一相的过程。如液体的气化，气体的液化，液体的凝固，固体的熔化，固体的升华，气体的凝华以及固体不同晶型间的转化等。 例：,如非特别指明，相变一般看作恒温过程,1、一般而言，相变过程均有热现象； 标准相变焓：相变前后物质温度相同且均处于标准状态时的焓差。2、压力一定时，相变温度一定； 3、相变通常分两种： （1）正常相变 或称为可逆相变 （2）非正常相变,1-5-2 纯物质相变的一般特点,例如正常沸点、正常熔点的对应相变或某温度下的饱和蒸汽压下的相变,例如-10的过冷水结冰,1-5-3 相变过程能量转换关系,例1：标准压力下，1mol苯在其
12、正常沸点800C时变为同温同压下的蒸气，从手册中查得其蒸发热为394.4J/g，（1）试求此过程的Q、W、U、H。（设蒸气为理想气体）（2）若在外压为零的条件下完成同样的变化，求Q、W、U、H。,Qp = H（等压，W=0，无论可逆与否）,解：,(1),(2) 由（1）得,作业(第三周交）,1）一个体系从始态到终态，只有进行等压过程才有焓变。 2）因为Qp =H； QV =U，所以Qp和 QV是特定条件下的 状态函数 3）气缸内有一定的理想气体，反抗一定外压做绝热膨胀，则H= Qp = 0。 4）在等压下，用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升高，这时，液体的H= Qp 。 5）在孤立体系中，内能和焓都守恒。,判断正误并说明理由：,作业（第二周交）,50页思考题：7、8、9、10题 51页习题：7 不用抄题目,上一页ppt的作业第三周交,
