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1、上一内容下一内容回主目录物理化学电子教案第二章2024/8/28上一内容下一内容回主目录第二章 热力学第一定律2.1热力学基本概念2.2热力学第一定律2.9化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓2.3恒容热、恒压热、焓2.4 热容，恒容变温过程、恒压变温过程2.5焦尔实验，理想气体的热力学能、焓2.6气体可逆膨胀压缩过程，理气绝热可逆过程2.7相变化过程2024/8/28上一内容下一内容回主目录第一章 热力学第一定律 2.10标准摩尔反应焓的计算 2.11 节流膨胀与焦尔-汤姆逊效应2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.1热力学基本概念系统与环境系统的分类热力学平衡态状态和状态函数系统的
2、性质几个基本概念：2024/8/28上一内容下一内容回主目录1.系统与环境系统（System） 在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。环境（surroundings）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。系统环境2024/8/28上一内容下一内容回主目录系统分类 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）封闭系统（closedsystem） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。2024/8/28上一内容下一内容回主目录系统分类 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三
3、类：（2）隔离系统（isolatedsystem） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为孤立系统。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。2024/8/28上一内容下一内容回主目录系统分类2024/8/28上一内容下一内容回主目录系统分类 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（3）敞开系统（opensystem） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.状态和状态函数状态（state）指静止的，系统内部的状态。也称热力学状态用各种宏观性质来描述状态如T，p，V，等热力学用系统所有性质描述系统所处的状态状态固定
4、，系统的所有热力学性质也就确定了 例如，理想气体 T，p，V，n2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.状态和状态函数状态函数（statefunction）系统的各种性质，它们均随状态确定而确定。如T,p,V，n又如一定量n的理气V=nRT/pV= f (T,p)T,p是独立变量推广X=f (x,y)其改变值只与始末态有关，与变化途径无关。状态状态 1状态状态2途径途径 1途径途径 2(T1，p1)(T2，p2)2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.状态和状态函数状态函数的重要特征：状态确定了，所有的状态函数也就确定了。状态函数在数学上具有全微分的性质。2024/8/28上一内容
5、下一内容回主目录系统的性质广度量（extensiveproperties） 性质的数值与系统的物质的数量成正比，如V、m、熵等。这些性质具有加和性。强度量（intensiveproperties） 性质的数值与系统中物质的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。 两个广度量之比为强度量如 =m/VV1,T1V2,T2V=V1+V2TT1+T22024/8/28上一内容下一内容回主目录热力学平衡态当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：热平衡（thermalequilibrium） 系统各部分温度相等。力学平衡（mechanicalequilibrium） 系
6、统各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。2024/8/28上一内容下一内容回主目录热力学平衡态相平衡（phaseequilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。化学平衡（chemicalequilibrium ） 反应系统中各物的数量不再随时间而改变。当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：2024/8/28上一内容下一内容回主目录3.过程和途径状态状态 1状态状态2途径途径 1途径途径 2(T1，p1)(T2，p2)系统从一个状态变到另一个状态，称为过程。前一个状态称为始态，后一个状态称为末
7、态。实现这一过程的具体步骤称为途径。2024/8/28上一内容下一内容回主目录3.过程和途径系统变化过程的类型：（1）单纯pVT 变化（2）相变化（3）化学变化常见过程：恒温过程 T=T环境=定值恒压过程p=p环境=定值恒容过程V=定值绝热过程无热交换循环过程始态始态2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.2热力学第一定律功热力学能热热力学第一定律2024/8/28上一内容下一内容回主目录1.热系统吸热，Q0；系统放热，Q0； 系统对环境作功，W0，Q0，U0（B）W=0，Q0，U0（C）W0，U0（D）W=0，Q=0，U=02024/8/28上一内容下一内容回主目录例题6用电阻丝加热烧
8、杯中的水，若以水中的电阻丝为系统，则下面的关系中正确的是：（A）W0，Q0（B）W=0，Q0，U0（C）W=0，Q0，U0（D）W0，U02024/8/28上一内容下一内容回主目录例题7对于封闭体系来说，当过程的始态与终态确定后，下列各项中哪一个无确定值：(A)Q；(B)Q+W；(C)W(当Q=0时)；(D)Q(当W=0时)。2024/8/28上一内容下一内容回主目录例题8下述说法中，哪一种不正确：(A)焓是系统能与环境进行交换的能量；(B)焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量；(C)焓是系统的状态函数；(D)焓只有在某些特定条件下，才与系统吸热相等。2024/8/28上一内容下一内容回主
9、目录例题9下述说法中，哪一种正确：(A)热容C不是状态函数；(B)热容C与途径无关；(C)恒压热容Cp不是状态函数；(D)恒容热容CV不是状态函数。2024/8/28上一内容下一内容回主目录例题10对某纯理想气体的任一变温过程，下列关系中正确的是：（A）H=Q（C）U=Q（D）H=U+PV2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.6气体可逆膨胀压缩，理气绝热可逆过程可逆过程在逆转时系统和环境可同时完全可逆过程在逆转时系统和环境可同时完全复原而不留任何痕迹的过程。复原而不留任何痕迹的过程。不可逆过程在逆转时系统和环境不能同时不可逆过程在逆转时系统和环境不能同时完全复原的过程。完全复原的过程。
10、2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.6气体可逆膨胀压缩，理气绝热可逆过程可逆过程：可以逆转使系统和环境都恢复原态可逆过程：可以逆转使系统和环境都恢复原态的过程。的过程。一般经典热力学过程：始末态为平衡态，但中一般经典热力学过程：始末态为平衡态，但中间过程不一定为平衡态。间过程不一定为平衡态。可逆过程的特征：不但始末态为平衡态，而且可逆过程的特征：不但始末态为平衡态，而且中间过程均为平衡态。中间过程均为平衡态。2024/8/28上一内容下一内容回主目录2.6气体可逆膨胀压缩，理气绝热可逆过程1.可逆传热过程可逆传热过程2.气体的可逆膨胀压缩过程气体的可逆膨胀压缩过程3.理想气体恒温可逆
11、过程理想气体恒温可逆过程4.理想气体绝热可逆过程理想气体绝热可逆过程2024/8/28上一内容下一内容回主目录1.可逆传热过程 T2T1系统热源加热：系统吸热Q加热0热源放热Q加热 T1T2冷却：系统放热Q冷却 Q2 ，所以系统的末态温度应不所以系统的末态温度应不低于低于0 。过程（。过程（2）可以进行完全。）可以进行完全。 而而 Q10 经节流膨胀后，气体温度降低。 称为焦-汤系数（Joule-Thomsoncoefficient),它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。是系统的强度性质。因为节流过程的,所以当：0 经节流膨胀后，气体温度升高。 =0 经节流膨胀后，气体温度不变。202
12、4/8/28上一内容下一内容回主目录JAMESPRESCOTTJOULEJAMESPRESCOTTJOULE(1818-1889)Englishphysicist,hadthestrengthofmindtoputscienceaheadofbeer.Heownedalargebrewerybutneglecteditsmanagementtodevotehimselftoscientificresearch.HisnameisassociatedwithJouleslaw,whichstatesthattherateatwhichheatisdissipatedbyaresistorisgi
13、venby I2R.Hewasthefirsttocarryoutprecisemeasurementsofthemechanicalequivalentofheat;andthefirmlyestablishedthatworkcanbequantitativelyconvertedheat.2024/8/28上一内容下一内容回主目录JOSEPHLOUISGAY-LUSSACJOSEPHLOUISGAY-LUSSAC(1778-1850)Frenchchemist,wasapioneerinballoonascensions.In1804,Gay-Lussacmadeseveralballo
14、onascensionstoaltitudesashighas7000m,wherehemadeobservationsonmagnetism,temperature,humidity,andthecompositionofair.Hecouldnotfindanyvariationofcompositionswithheight.In1809,hepointedoutthatgasescombineinsimpleproportionsbyvolume;andthisisstillcalledGay-Lussacsworkonchlorinebroughtthescientistintoco
15、ntroversywithSirHumphryDavy.2024/8/28上一内容下一内容回主目录JOSEPHLOUISGAY-LUSSACGay-Lussacassumedchlorinetobeanoxygen-containingcompound,whileDavycorrectlyconsidereditanelement,aviewthatGay-Lussaceventuallyaccepted.Heshowedthatprussicacidcontainedhydrogenbutnooxygen.Lavoisierhadinsistedthatoxygenwasthecritica
16、lconstituentofacids,andGay-Lussac.Gay-Lussacwasoneofthetubing,allofwhichhadtobeimportedfromGerman,andtheFrenchhadanimportdutyonglasstubing.HeinstructedhisGermansuppliertosealbothendsofeachpieceoftubingandlabelthetubes“Germanair.”TheFrenchgovernmenthadnodutylistedfor“Germanair”,andhewasabletoimporthi
17、stubingdutyfree.2024/8/28上一内容下一内容回主目录WILLIAMTHOMSON,LordKelvinWILLIAMTHOMSON,LordKelvin(1824-1907)Irish-bornBritishphysicist,proposedhisabsolutescaleoftemperature,whichisindependentofthethermometricsubstancein1848.Inoneofhisearliestpapersdealingwithheatconductionoftheearth,Thomsonshowedthatabout100m
18、illionyearsago,thephysicalconditionoftheearthmusthavebeenquitedifferentfromthatoftoday.Hedidfundamentalworkintelegraphy,andnavigation.Forhisservicesintrans-Atlantictelegraphy,Thomsonwasraisedtothepeerage,withthetitleBaronKelvinofLarg.Therewasnoheirtothetitle,anditisnowextinct.2024/8/28上一内容下一内容回主目录HE
19、SSHESS(1802-1852)俄国化学家，1802年出生于德国。在1836年提出了著名的赫斯定律。赫斯定律是热化学的最基本规律。根据这个定律，热化学公式可以互相加减，从一些反应的反应热可求出另一些反应的反应热。这个定律的发现以及当时所采用的实验方法，为以后热力学第一定律的确立奠定了实验基础。2024/8/28上一内容下一内容回主目录LINUSCARLPAULINGLINUSCARLPAULING(born1901)Americanchemist,didhisearliestworkincrystalstructuredeterminations,usingX-raydiffraction.
20、Theearlyyearsofhiscareercoincidedwiththedevelopmentofquantummechanics,andhisinterestinstructuralchemistryledhimtoavarietyofquantummechanicalinvestigationsconcernedwiththesolidandnonsolidstatesofmatter.Afterthewar,hisintereststurnedpartlytobiochemistry,andPaulingdiscoveredthecauseofsickle-cellanemia.
21、2024/8/28上一内容下一内容回主目录LINUSCARLPAULINGHereceivedtheNobelPrizeinchemistryin1954forhisresearchintothenatrueofthechemicalbondandthestructureofcomplexmolecules.Inthelate1950sandearly1960s,hewasoneofthemostvocalopponentsofatomicbombtesting,andreceivedtheNobelPeacePrizein1963forhiseffortsonbehalfofthenuclearbantreaty,therebybecomingtheonlypersontowintwoindividualNobelawards.2024/8/28上一内容下一内容回主目录KIRCHOFF,GUSTERROBERTKIRCHOFF,GUSTERROBERT(1824-1887)德国物理化学家。1858年发表了著名的基尔霍夫定律。该定律描述了反应的等压热效应和温度之间的关系。根据基尔霍夫公式，可以从一个温度时的反应热求得另一个温度时的反应热。2024/8/28
