热力学第一定律部分笔记
天津大学物理化学教研室《物理化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-热力学第一定律(圣才出
或
dU=δQ＋δW
2．焦耳实验 虽然焦耳实验的设计是不精确的，但是并不影响“理想气体的热力学能仅仅是温度的函 数”这一结论的正确性。
3．体积功的定义和计算 由于系统体积的变化而引起的系统与环境交换的能量称为体积功，其定义式为：
δW=－pambdV （1）气体向真空膨胀时，pamb=0，得出
W=0 （2）恒外压过程体积功
W= －pamb(V2－V1)= －pambΔV （3）对于理想气体恒压变温过程
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W= －pambΔV= －nRΔT
（4）可逆过程体积功
Wr
=
−
V2 V1
pambdV
（5）理想气体恒温可逆过程体积功
Wr
=−
V2 V1
pambdV
= nRT ln(V1
V2 ) = nRT ln( p2
p1)
（6）可逆相变体积功
W=－pdV
三、恒容热、恒压热及焓 1．恒容热（QV） 指系统进行恒容且无非体积功的过程中与环境交换的热，它与过程的ΔU 在量值上相等。 而ΔU 只取决于始、末状态，故对一个微小的恒容且无非体积功的过程有如下关系：
=定值)、恒容过程(V=定值)、绝热(系统与环境之间无热交换)过程、循环过程等。
4．功 系统得到环境所作的功时，W＞0；系统对环境作功时，W＜0。功是途径函数，单位为 J。 （1）体积功（W）：系统因其体积发生变化反抗环境压力(pamb)而与环境交换的能量，
定义式为W = −pambdV ；
（2）非体积功（W ）：除了体积功以外的一切其他形式的功，如电功、表面功等。
焓为广度量，是状态函数，单位为 J。
物化笔记总结
第一章 热力学第一定律一、基本概念系统与环境， 状态与状态函数， 广度性质与强度性质， 过程与途径， 热与功， 内能与焓。
二、基本定律热力学第一定律： ΔU=Q+W 。
焦耳实验： ΔU=f(T ) ; ΔH=f(T) 三、基本关系式1、体积功的计算 6W= －p e dV恒外压过程： W= －p e ΔVln V 1 = nRT ln p2可逆过程： W=nRT V p2 12、热效应、焓等容热： Q V =ΔU (封闭系统不作其他功) 等压热： Q p =ΔH (封闭系统不作其他功) 焓的定义： H=U+pV ; dH=dU+d(pV)ϕT2C dT焓与温度的关系： ΔH= T p13、等压热容与等容热容热容定义： C V= (?U?T )V ； C p = ( ??T H )p定压热容与定容热容的关系：C C = nRV热容与温度的关系： 四、第一定律的应用1、理想气体状态变化 C p =a+bT+c’2T等温过程： ΔU =0 ; ΔH=0 ; W=－Q= ϕ p e dV 等容过程： W=0 ; Q =ΔU= ϕ C V dT ; ΔH= ϕ C p dT等压过程： W=－p e ΔV ; Q =ΔH=ϕC pdT ; ΔU= ϕ C VdT可逆绝热过程：Q=0 ; 利用p 1 V 1γ=p 2 V 2γ 求出 T 2,W =ΔU=ϕC VdT ;ΔH= ϕ C p dT不可逆绝热过程： Q=0 ;p1利用 C V (T 2-T 1)=－p e (V 2-V 1)求出 T 2,ϕC dT ϕ C dTW =ΔU= V ;ΔH= p2、相变化可逆相变化： ΔH=Q=n Δ_H ；W ＝－p(V2-V 1)=－pV g =－nRT ; ΔU=Q+W3、热化学物质的标准态；热化学方程式；盖斯定律；标准摩尔生成焓。
摩尔反应热的求算：H 9 (298) = ϖ H 9(B,298)反应热与温度的关系—基尔霍夫定律：[?( H )rm ] =ϖ C (B) B p ,m 。
热力学第一定律部分笔记
热力学第一定律部分笔记(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章: 热力学第一定律第一节热力学概论什么是热力学热力学是研究热现象和其它形式能量之间相互转化及其规律的一门学科。
因为在研究热和其它形式能量之间的转换关系时，必涉及到体系状态的变化，状态的变化会引起宏观性质的变化；反之，当宏观性质发生变化时，也将引起体系状态的变化。
广义地说：热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系的学科。
内容包括平衡态体系性质和非平衡态体系性质两大部分，本科基础可主要讨论平衡态的物理化学性质。
热力学的主要理论是热力学的三大定律：第一、第二、第三定律。
以此为基础，来阐述物质系统变化中所观察到的各种能量之间的种种关系，是根据极广泛的实验事实，通过归纳而总结出来的。
1.化学热力学的基本内容什么是化学热力学把热力学的基本原理，来研究化学现象及和化学有关的物理化学现象，称为化学热力学(Chemical Thermodynamics)。
任务：用热力学规律，来处理化学过程中的热化学、相平衡、化学平衡问题。
化学热力学的主要内容有三个：(1)研究化学过程及相变过程中的能量转换关系(利用第一定律)在指定的条件下进行时，是放热还是吸热若是放热反应，那么1mol SO3生成时放出多少热量又如：要使1000kg 25℃的水变成水蒸气，理论上应供给多少能量(2)研究化学反应及相变的方向和限度(利用第二定律)如：19世纪末，人们进行了从石墨制造金刚石的实验，所有的实验均失败，通过热力学计算知道：只有压力超过×109Pa时，石墨才能变成金刚石。
现在我国已能获得几百万个大气压，可以人工合成金刚石。
又如：100多年前，人们开始研究炼铁，Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2发现从炉里出来的气体中还有大量的CO，利用不完全，人们推想可能是由于CO与矿石接触的时间不够，为此将炼铁炉越建越高(高炉)，但CO含量并没有减少。
笔记：物化
热力学: 研究各种形式的能量相互转化规律的科学.据应用范围不同,热力学分为:工程热力学、化学热力学、物理热力学。
研究方法：热力学方法—状态函数法（宏观方法）热力学方法的特点：（1）只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（2）只研究物质变化过程的始态和末态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需时间。
本章内容：热力学第一定律及其应用.1.热力学第一定律数学表达式: △U = Q + W。
（1）Q 恒容热Qv = △U ; 恒压热Qp = △H(2) W体积功；可逆体积功（恒温可逆过程，绝热可逆过程）2.热力学第一定律的应用(1)在PTV变化过程中Q 、W、△U 、△H的求算；（2）在相变过程中Q 、W、△U 、△H的求算；（3）在化学反应过程中Q 、W、△U 、△H的求算。
理解热力学概念：平衡态、状态函数、可逆过程、反应进度、热力学标准态；理解热力学第一定律的叙述和数学表达式；掌握热力学能、焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念；掌握pVT 变化、相变化和化学变化过程中，热、功及状态函数 U、 H 的计算原理和方法，会用状态方程（理想气体状态方程）和有关物性数据（摩尔热容、相变焓、饱和蒸气压等）。
1.系统[体系]和环境系统（system）：在科学研究时必须先确定研究对象，把研究的对象称为系统或体系。
环境（surroundings）：系统以外的与系统相联系的那部分物质称为环境。
隔开系统与环境的界面可以是实际存在的，也可以是想象的，实际上并不存在的。
隔离系统的例：一个完好的热水瓶：既不传热,也无体积功与非体积功的交换,且无物质交换.封闭系统的例：一个不保温的热水瓶：传热但无物质交换；一个汽缸:有功的交换,但无物质交换.敞开系统的例：一个打开塞子的热水瓶：既有能量交换，又有物质交换。
描述系统需要用到热力学性质，研究系统要涉及状态和状态变化。
高中物理热力学定律第1节热力学第一定律知识导航素材鲁科版
第1节热力学第一定律思维激活约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机",如图511所示,在斜坡上放一块强有力的磁铁M,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。
维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引力,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸回到上端,到小孔P处又掉了……图5-1—1试分析维尔金斯“永动机"的工作原理，它能实现吗?提示：看上去这种“永动机”是很令人着迷的。
在人类发展史上有无数的人致力于研究永动机.但无一例外,都失败了.这一节我们从研究功、热量和内能变化之间的定量关系入手，学习热力学第一定律和能量守恒定律，揭开永动机之谜。
自主整理一、热力学第一定律及其应用1.定律内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的___________与外界对它所做的___________的和。
2。
数学表达式：_________________________________.二、永动机不可能制成1。
第一类永动机:人们把设想中的不消耗___________而能永远对外做功的机器称第一类永动机。
2.第一类永动机的设想由于违背了______________________,所以不可能制成.高手笔记1。
研究对象热力学第一定律研究的是功、热量跟内能的变化之间的定量关系。
2.定律内容当物体跟外界同时发生做功和热传递时，则外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q,等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=W+Q。
上式所表示的功、热量跟内能变化ΔU之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律。
3。
符号法则在应用热力学第一定律解题时，一定要注意各量的符号规定：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功,W取负值;物体吸收热量,Q取正值，物体放出热量,Q取负值；物体内能增大,ΔU取正值,物体内能减小,ΔU取负值.名师解惑1.关于热力学第一定律的理解剖析:（1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.此定律是标量式,应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。
高中物理选修三 新教材 学习笔记第3章 2 热力学第一定律-3 能量守恒定律
2热力学第一定律3能量守恒定律[学习目标] 1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：________与________．两者对改变系统的内能是________．2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的________与外界对它所________的和．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝________.4．热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取______值；系统对外界做功时，W取______值．(均选填“正”或“负”)(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取____值；系统向外界传递的热量Q取______值．(均选填“正”或“负”)二、能量守恒定律1．探索能量守恒的足迹2．能量守恒定律能量既不会凭空______，也不会凭空________，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量____________．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地____________的机器．(2)第一类永动机由于违背了______________，所以不可能制成．1．判断下列说法的正误．(1)一个系统的内能增加量等于外界向它传递的热量．()(2)物体与外界没有热交换，物体的内能也可能是增加的．()(3)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了．()(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．()2．气体膨胀对外做功80 J，同时从外界吸收了100 J的热量，则它的内能()A．减小20 J B．增大20 JC．减小220 J D．增大220 J一、热力学第一定律导学探究如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J 的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？知识深化1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W Q ΔU＋体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加－体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.气体状态变化的几种特殊情况(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或系统对外界)做的功．(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量．(3)等温过程：一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统向外界放出的热量(或系统从外界吸收的热量等于系统对外界做的功)．3．判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化．(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.(2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0.例1(2021·舟曲县第一中学高二期末)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是()A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J例2(2021·济南市期中)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为()A．400 J B．1 200 JC．2 000 J D．2 800 J二、能量守恒定律永动机不可能制成导学探究如图为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？知识深化1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．(2)各种形式的能，通过某种方式可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．例3(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是()A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了例4如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中()A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用导学探究如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化？知识深化热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程．例5一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为T A＝300 K，试求：(1)气体在状态C时的温度T C；(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？例6(2021·南京市高二期末)如图所示，一个开口向下内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上．汽缸口设有卡口，厚度不计的活塞横截面积S＝2×10－3 m2，质量m＝4 kg，活塞只能在汽缸内活动，活塞距汽缸底部h1＝20 cm，距缸口h2＝10 cm.汽缸内封闭一定质量的理想气体．已知环境的温度为T1＝300 K，大气压强p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2，汽缸与活塞导热性能良好．升高环境温度使活塞缓慢下降到缸口，继续升高温度至T2＝900 K时．(1)求此时气体压强；(2)在此过程中气体从外界吸收Q＝30 J的热量，求气体内能的增加量ΔU.针对训练1(2021·盐城市高二期末)如图所示，粗细均匀的玻璃管，长为L、内横截面积为S，将其固定在水平面上并保持平衡状态，A端封闭，B端开口，在B端用厚度不计的轻质活塞进行封闭，用力推活塞缓慢向里移动x时停止，该过程推力对活塞做功为W F.设整个过程管内气体温度不变，管内气体视为理想气体，活塞与玻璃管壁间的摩擦不计，外界大气压强为p0.求：(1)活塞移动x时，管内气体压强p x；(2)活塞移动x过程，气体与外界传递的热量Q.针对训练2(2022·南通市高二期末)如图所示，一绝热汽缸质量m＝20 kg、深度H＝25 cm，放在水平地面上，汽缸与地面的动摩擦因数μ＝0.5.轻质绝热活塞面积S＝100 cm2与轻杆连接固定在竖直墙上，轻杆保持水平，光滑活塞与汽缸内壁密封一定质量的理想气体，气体温度为t0＝27 ℃，活塞到汽缸底的距离为h＝22 cm，杆中恰无弹力．现用缸内的加热装置对缸内气体缓慢加热，气体的内能满足关系式U＝aT(a＝2.0 J/K)，汽缸与地面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2.求：(1)汽缸相对地面刚开始滑动时，缸内气体的温度T；(2)汽缸滑动后，继续缓慢加热，汽缸缓慢移动，直至活塞恰到汽缸口，求这个过程气体吸收的热量Q.。
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的基本表达形式。
它指出，能量在物理系统中的转换和传递时，其总量保持不变。
本文将对热力学第一定律进行深入探讨，从概念解释到实际应用进行论述。
1. 能量的定义能量是物理系统中进行各种物质和能量交换的基本属性。
它可以以多种形式存在，如热能、机械能、化学能等。
能量不会自行产生或消失，只会在不同形式之间转化或传递。
热力学第一定律就是描述这种能量转换和传递的规律。
2. 热力学第一定律的表达热力学第一定律的数学表达式可以写作：ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
该公式表明，能量的变化由系统吸收的热量和对外做的功共同决定。
3. 定律解读根据热力学第一定律，一个物理系统可以以三种方式与外界交换能量：热传递、做功和物质交换。
系统内能的变化是由这些能量交换所决定的。
如果系统吸收的热量大于对外做的功，系统内能增加；如果系统对外做的功大于吸收的热量，系统内能减少；如果两者相等，则系统内能保持不变。
4. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在各个领域都有重要的应用。
在工程热力学中，可以通过对系统内外能量交换的计算和分析，确定系统的热效率和功率输出。
在生物学中，热力学第一定律可以解释生物体内能量转换的规律，如新陈代谢过程中的能量平衡。
在环境科学中，热力学第一定律可以应用于能源转换和环境评估中。
5. 热力学第一定律的局限性热力学第一定律虽然是能量守恒的基本表达形式，但也有一定的局限性。
它无法准确描述能量的质量和结构变化，以及一些微观过程中的能量转移情况。
对于开放系统和非平衡态系统，热力学第一定律需要与其他定律和理论相结合使用。
总结：热力学第一定律是能量守恒定律的基本表达形式，描述了能量在物理系统中的转换和传递规律。
它对于工程、生物学和环境科学等领域具有重要的应用价值。
然而，在一些特殊情况下，热力学第一定律需要与其他定律和理论相结合使用，才能准确描述能量的变化和转移过程。
傅献彩版物理化学笔记
《物理化学》笔记第一章热力学第一定律二、热力学平衡n 如果体系中各状态函数均不随时间而变化，我们称体系处于热力学平衡状态。
严格意义上的热力学平衡状态应当同时具备三个平衡：2. 机械平衡：n 体系的各部分之间没有不平衡力的存在，即体系各处压力相同。
§2、热力学第一定律n 对于宏观体系而言，能量守恒原理即热力学第一定律。
n 热力学第一定律的表述方法很多，但都是说明一个问题¾能量守恒。
例如：一种表述为:n “第一类永动机不可能存在的”n 不供给能量而可连续不断产生能量的机器叫第一类永动机。
一、热和功热和功产生的条件：n 与体系所进行的状态变化过程相联系，没有状态的变化过程就没有热和功的产生。
符号表示：n 功W：体系对环境作功为正值，反之为负值。
n 热Q：体系吸热Q为正值，反之Q为负值。
二、热力学第一定律的数学表达式DU = Q－W （封闭体系）•如果体系状态只发生一无限小量的变化，则上式可写为：dU = dQ－dW （封闭体系）例1：设有一电热丝浸于水中，通以电流，如果按下列几种情况作为体系，试问DU、Q、W的正、负号或零。
（a）以电热丝为体系；（b）以电热丝和水为体系；（c）以电热丝、水、电源和绝热层为体系；（d）以电热丝、电源为体系。
解答：DU Q W（a）+ －－（b）+ －－（c）0 0 0（d）－－0三、膨胀功（体积功）：Wen 功的概念通常以环境作为参照系来理解，微量体积功dWe可用P外×dV表示：dWe = P外×dV式中P外为环境加在体系上的外压，即环境压力P环。
n 不同过程膨胀功：u （1）向真空膨胀We = P外×DV = 0u （2）体系在恒定外压的情况下膨胀We = P外×DVu （3）在整个膨胀过程中，始终保持外压P外比体系压力P小一个无限小的量dP此时，P外= P－dP，体系的体积功：We =∫V1V2 P外·dV =∫V1V2 （P－dP）dV= ∫V1V2 P dV此处略去二级无限小量dP·dV，数学上是合理的；即可用体系压力P代替P外。
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第一章: 热力学第一定律第一节热力学概论什么是热力学？热力学是研究热现象和其它形式能量之间相互转化及其规律的一门学科。
因为在研究热和其它形式能量之间的转换关系时，必涉及到体系状态的变化，状态的变化会引起宏观性质的变化；反之，当宏观性质发生变化时，也将引起体系状态的变化。
广义地说：热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系的学科。
内容包括平衡态体系性质和非平衡态体系性质两大部分，本科基础可主要讨论平衡态的物理化学性质。
热力学的主要理论是热力学的三大定律：第一、第二、第三定律。
以此为基础，来阐述物质系统变化中所观察到的各种能量之间的种种关系，是根据极广泛的实验事实，通过归纳而总结出来的。
1.化学热力学的基本内容什么是化学热力学？把热力学的基本原理，来研究化学现象及和化学有关的物理化学现象，称为化学热力学(Chemical Thermodynamics)。
任务：用热力学规律，来处理化学过程中的热化学、相平衡、化学平衡问题。
化学热力学的主要内容有三个：(1)研究化学过程及相变过程中的能量转换关系(利用第一定律)如：化学反应2SO2 + O2 = 2SO3在指定的条件下进行时，是放热还是吸热？若是放热反应，那么1mol SO3生成时放出多少热量？又如：要使1000kg 25℃的水变成水蒸气，理论上应供给多少能量？(2)研究化学反应及相变的方向和限度(利用第二定律)所谓方向是指向平衡态变化的趋势，限度就是达到平衡态。
如：19世纪末，人们进行了从石墨制造金刚石的实验，所有的实验均失败，通过热力学计算知道：只有压力超过1.52×109Pa时，石墨才能变成金刚石。
现在我国已能获得几百万个大气压，可以人工合成金刚石。
又如：100多年前，人们开始研究炼铁，Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2发现从炉里出来的气体中还有大量的CO，利用不完全，人们推想可能是由于CO与矿石接触的时间不够，为此将炼铁炉越建越高(高炉)，但CO含量并没有减少。
后来，经过热力学计算知：上述反应是不能完全转化的，最终达到化学平衡，含有CO是不可避免的。
(3)熵的数值---规定熵(第三定律)关于低温现象的定律，阐明了规定熵的数值。
热平衡的互通性，建立了温度的科学定义。
2.热力学的方法和局限性热力学方法是一种演绎的方法，它结合经验所得的几个基本定律，讨论具体对象的宏观性质。
特点：①只研究体系的宏观性质，不涉及物质的微观结构和微观运动。
研究对象是大量分子的集合体，因此所得到的结论具有统计意义，只反映了它的平均行为，而不适用于个别分子或粒子的个体行为。
②只考虑体系变化的始终态，不追究过程进行的细节(机理)和速率。
这两个特点既反映了热力学的优点，也包含着它的局限性。
优点：研究方法简便，但是很严谨的。
因为一、二定律都是大量实验事实的结论，不需要知道物质的微观结构的知识，就能对化学过程和相变过程的方向、限度及能量转换关系作出可靠的结论。
①研究方法简便(处理问题方法简单、快速、明确)；②可靠性、普遍性。
局限性：经典热力学不考虑时间因素，不能说明过程发生的本质、原因和具体细节，这无疑只能是知其然，而不知其所以然。
如热力学肯定回答：在常温、1.52×109Pa下，石墨可转变成金刚石；1mol H2与0.5mol O2反应生成1mol H2O，并放出283.84kJ的热。
但不能说明这些变化的反应机理及原因。
虽然热力学的方法有这些局限性，但它仍是研究化学反应极有用的理论工具。
因为热力学的三大定律是大量实验事实的总结，有着牢固的实验基础，具有高度的普遍性和可靠性。
根据三大定律得到的结论，也具有高度的普遍性和可靠性。
化学热力学的知识是很有用的，它可以从理论上指出：所设计或研究的反应能否进行？如果不能进行就不要去进行实验了；如果能进行，再考虑反应速率和机理问题(怎样)？以及为什么进行？第二节热平衡和热力学第零定律-----温度的概念温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。
将A和B用绝热壁隔开，而让A和B分别与C达成热平衡。
再把A和B之间换成导热壁，而让A和B与C之间用绝热壁隔开则: A和B分别与C达成热平衡，则A和B也处于热平衡，这就是热平衡定律或第零定律。
当A和B达成热平衡时，它们具有相同的温度由此产生了温度计，C相当于起了温度计的作用第三节热力学常用的一些基本概念1 系统(体系)和环境系统( system): 被研究的对象。
它是根据人们研究的需要，从周围的物体中划分出来的那一部分，它包括一部分物质或空间。
环境(surrouding): 系统以外，与系统有相互作用的部分。
或者说：与体系密切相关，影响能及的部分。
严格地说: 体系+ 环境= 宇宙体系和环境之间的边界，可以是实际存在的，也可以是假想的。
体系和环境的确定带有人的主观因素，同一事物可因人们感兴趣的部分不同或因讨论问题的角度不同，而体系的划分不同。
如：①将一杯甲醇水溶液放在冰浴中；②水与含有饱和水蒸气的空气共存；体系划分的适当是以是否解决问题难易的关键，所以划分也不是完全任意的，要根据研究的需要而定。
体系的分类环境和体系之间有物质和能量交换或交流，根据体系与环境之间的物质和能量交换的不同情况，体系有可分为三类：①敞开体系(或开放体系)(open system):体系与环境之间既有能量的交换，又有物质的交换；②封闭体系(closed system):体系与环境之间只有能量的交换，没有物质的交换；③孤立体系(或隔离体系)(isolated system):体系与环境之间既没有能量的交换，又没有物质的交换。
2 体系的状态和性质热力学体系的状态就是体系一切宏观性质的综合表现，或体系所有物理性质和化学性质的总和。
宏观性质是指温度T、压力P、体积V、物质的量n、密度ρ 、粘度η、折光率θ，以及内能U、焓H、熵S、自由能G等，这些性质又称为热力学变量。
体系与环境达热力学平衡后所具有的状态为热力学平衡态。
如：理想气体n,T1,P1,V1→ n,T2,P2,V2V2>V1这些宏观性质的数值一定，体系的状态也就确定了；状态改变时，体系的宏观性质必然部分或全部改变。
描述体系状态的宏观物理量是体系的性质，所以把宏观性质又叫做状态性质或热力学性质。
物理化学中的热力学函数可分为两大类:①容量性质(Capacity properties)(或称广度性质Extensive properties)其数值不仅与体系的性质有关，与体系的大小也有关，与体系中物质的量n呈正比。
(如体积V、质量m、内能U、熵S、自由能G等)。
共同特点：它们均具有加和性，在数学上是一次齐函数。
如：体系的体积就等于体系内各部分的体积之和。
② 强度性质(Intensive properties)其数值与体系中物质的量n 无关，特点：不具有加和性，取决于体系自身的特点，在数学上是零次齐函数。
如：温度T 、压力p 、浓度c 、黏度、摩尔体积V m等，一个气球中气体的压力与气球中各部分气体的压力是相同的。
强度性质的值取决于体系的状态和体系中所含物质的性质，而与体系所含物质的量的多少无关。
转化：(除温度、压力外)与容量性质在一定条件下可按下面的关系互相换算：强度性质 = 容量性质/(物质的量或总质量)如： V m = V /n ; Δr H m= ΔH/ n 。
一般而言，两个广度性质的比值是一强度量，如: ρ= m /V ，ρ为物质的密度，是强度量，它等于物体的质量m 与体积V 的比值，而质量m 和体积V 均是广度量。
其它如物质的热容C ，体系的压强p 等强度量也是两广度量的比值。
由于一个体系的各个状态性质之间是互相联系的，其中只有一部分性质可以独立变更，通常只要指定其中的几个，其它的数值也就一定。
如：理想气体的状态性质P 、V 、T 、n 之间满足关系式：PV =nRT 。
显然，这四个物理量中只有三个可以独立变化。
数学上可以表示为：P =f(T,V,n )； V =f(n,P,T )； T =f(n,V,P ) 热力学中将用以描述体系状态的参数称为状态参数 or 状态变量。
因为各个状态性质之间彼此有联系、互相制约，如果用数学语言来表达就是互为函数关系，所以状态的宏观性质又得了一个名字，叫“状态函数”。
总之，宏观性质、状态性质、热力学性质、状态函数、热力学函数和状态变量，它都是指的同一事物的不同名称，都是体系自身的属性，本质无区别。
状态函数的基本性质： 体系的状态一定时，每个状态函数只有唯一确定的值。
例如：100℃时水的蒸气压只能为101325Pa 。
状态一定，数值一定；殊途同归，值变相等；周而复始，值变为零(数值还原)。
状态定理：对于一个只受外压力作用的单相体系，要完全确定体系的状态，除了体系中各物质的数量n外，还需要指定两个独立变量。
状态方程：描述体系状态的宏观性质之间的定量关系式。
理想气体状态方程：PV=nRT实际气体状态方程：(P + n2a/V2)(V - nb) = nRT (范德华方程)3 热力学平衡态当体系决定状态的各种性质都不随时间变化时，则体系达到了或处于热力学平衡态。
体系与环境间须达到以下四个条件时，才可认为体系达热力学平衡，此时体系所具有的状态称为热力学平衡态，简称状态。
①热平衡: 体系处处温度(T)相等，且与环境相等。
②力平衡：体系处处压力(p )相等，且与环境相等。
体系各个部分之间没有不平衡的力存在，宏观地看：边界不发生相对的移动。
如果不考虑重力和其它力场的作用，力平衡是指体系各部分之间及环境与体系之间的压力都相等。
如果两个均匀体系被一个固定的器壁隔开，即使双方压力不等，也能保持力平衡。
③相平衡: 体系中物质在各相之间的分布达到平衡，各相的组成和数量不随时间而变。
在相间没有物质的净转移。
④化学平衡: 当各物质之间发生化学反应，达到平衡时，体系的组成不随时间而改变。
经典热力学中所研究的体系状态都是平衡态。
也就是说：我们现在所讲的体系状态都是热力学平衡状态。
如果上述条件有一个得不到满足，则该体系不处于热力学平衡态。
对于简单体系只要求达力平衡和热平衡。
4 过程和途径过程： 体系由一个平衡态变到另一个平衡态的经过，或体系所发生的一切状态变化。
如：体系在恒定温度条件下发生变化，称恒温过程。
5 热和功。