物理化学第二章PPT

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物理化学第2章 热力学第一定律

物理化学第2章 热力学第一定律

注意:物系变化后,那些不影响的部分不能 叫做环境。
6
(3) 物系分类
根据体系与环境间是否有能量、物质交 换,将物系分成三类: a、敞开物系:物系与环境间既有物质交换, 又有能量交换; b、封闭物系:物系与环境间没有物质交换, 但有能量交换; c、隔离物系:物系与环境间没有物质交换, 又没有能量交换;
第二章 热力学第一定律
热力学是建立在大量科学实验基础上的 宏观理论,是研究各种形式的能量相互转化 的规律,由此而得出各种自动变化、自动进 行的方向、限度以及外界条件变化时对它们 的影响等。
1
§2.1 热力学基本概念
一、热力学概述 热力学:是应用热力学的基本定律研究化 学变化及其有关的物理变化的科学。 1、 研究对象: 热力学研究的对象是大量微观粒子 的宏观性质,(粒子数大体上不低于1023 数量级。)热力学不研究少数粒子所构成 的物质和个别粒子的行为。
(b) 广度性质是系统所含物质量的一次齐函 数,强度性质是零次齐函数。 (c) 两个广度性质相除,所得为强度性质 如:m / V =ρ V / n = Vm
13
** 3、状态与状态函数
(1)状态:当体系的所有性质都有确定值时,就 称体系处于某一状态。因此体系的状态是体系 性质的综合表现。 (2)独立变量(状态变量、状态参数、状态参 变量): 当体系处于一定状态时,其强度性质和容 量性质都有一定的数值,但体系的这些性质是 相互关联的,只有几个是独立的,因而可用几 个独立性质来描述体系的状态。
2、物系的性质
物系的性质:物系处于某种条件下(状态或 热力学状态)的物理量,这些性质或物理量又称热 力学变量。如T、P、V、N、、U、H、G、CP、S 等。仔细分析这些性质就会发现,它们有的值与物 质量有关,具有加和性,有的无加和性。

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四 热力学基本概念 (四)过程与途径 1、过程:系统由一平衡态变化至另一平衡态 ,这种 变化称为过程。 2、途径:实现这一变化的具体步骤称为途径。 常见的特定过程如下: (1)恒温过程:T(系)=T(环)=常数的过程 等温过程:T(始)=T(终)=T(环)=常数 (2)恒压过程:P(系)=P(环)=常数 等压过程: P(始)= P(终)=P(环)=常数 恒外压过程:P(环)=常数;P(始)≠P(环) P(终)=P(环)
化学性质
四 热力学基本概念 状态性质按其与系统的物质的量的关系可分为两类: (1)广度性质(extensive properties)
又称为容量性质,它的数值与体系的物质的量成正比,如 体积、质量、熵等。这种性质有加和性。
(2)强度性质(intensive properties)
它的数值取决于体系自身的特点,与体系的数量无关,不 具有加和性,如温度、压力等。
I: 体系和环境的确定并无定则,通常根据客观情况的需要以 处理问题方便为准则。 II:体系与环境可以存在真实的界面,也可以是虚构的界面。
四 热力学基本概念 3 根据体系与环境之间有无物质与能量的交换, 把体系分为三类: (1)敞开体系(open system): 体系与环境之间既 有物质交换,又有 能量交换。
四 热力学基本概念 (2)封闭体系(closed system)
体系与环境之 间无物质交换, 但有能量交换。
四 热力学基本概念 (3)孤立体系(isolated system) 体系与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故又 称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑
0.2
物理化学的研究方法
(1)遵循“实践—理论—实践”的认识过程,分 别采用归纳法和演绎法,即从众多实验事实概括 到一般, 再从一般推理到个别的思维过程。 (2)综合应用微观与宏观的研究方法,理论方法 主要有:热力学方法、统计力学方法和量子力学

物理化学(第二章)

物理化学(第二章)
=(U2 + p2V ) −(U + pV ) 2 1 1 1
系统在恒 且非体积功为零的过程中与环境交换的热量 的过程中与环境交换的热量。 系统在恒压,且非体积功为零的过程中与环境交换的热量。
Q= ∆U −W ∆U =Q+W
W = −p环(V −V ) 2 1
= − p 系 (V 2 − V1 )
= − ( p 2V 2 − p1V1 )
U2
Q+W
dU =δQ+δW
第一类永动机 是不可能造成的。 是不可能造成的。 永远在做功,却不消耗能量。 永远在做功,却不消耗能量。
∆U =Q+W = 0
若 <0 则 >0. W , Q
W < 0,
Q= 0
∆ = Q+W U
推论: 、 推论: 1、隔离系统 内能守恒
W = 0 Q= 0
∆ =0 U
4、热和功的分类 、 显热 热 相变热(潜热) 相变热(潜热) 化学反应热 功 非体积功( ) 非体积功(W’) 体积功
5、体积功的计算 、
dV = Asdl
截面 As
环 境
δW = Fd l
热 源
系统
Q F = p环 As
V=As l l dl
p环
∴δW = p环 Asdl
= p环d( Asl ) = p环dV
x = f ( y, z)
∂x dy+ ∂x dz dx = ∂y ∂z y z
(2)广度性质 ) 摩尔热力学能: 摩尔热力学能: (3)绝对值未知 ) 始态
U Um = n
∆ U
强度性质
末态
U1
U2

物理化学第2章 热力学第二定律

物理化学第2章 热力学第二定律
BSm$ (B)
§3.7 熵变的计算
一、单纯状态变化过程
1. 等温过程 2.变温过程
S QR T
①等容变温过程
S T2 Qr T2 nCp,mdT
T T1
T1
T
nC
p,m
ln
T2 T1
②等压变温过程
S T2 Qr T T1
T2 nCV ,mdT
T1
T
nCV
,m
ln
T2 T1
U3 0
p
W3
nRTc
ln V4 V3
A(p1,V1,Th )
B(p2,V2,Th )
Th
Qc W3
D(p4,V4,TC )
C(p3,V3,TC )
Tc
环境对系统所作功如 DC曲线下的面积所示
a db
c
V
过程4:绝热可逆压缩 D( p4,V4,TC ) A( p1,V1,Th )
Q4 0
p
用一闭合曲线代表任意可逆循环。 在曲线上任意取A,B两点,把循环分成AB和 BA两个可逆过程。 根据任意可逆循环热温商的公式:
δ Q
T R
0
将上式分成两项的加和
B Q
( AT
)R1
A Q
( BT
)R2
0
移项得:
B A
(
Q T
)R1
B A
(
Q T
)R
2
说明任意可逆过程的热温商的值决定于始终 状态,而与可逆途径无关,这个热温商具有状态 函数的性质。
所以Clausius 不等式为
dS 0
等号表示绝热可逆过程,不等号表示绝热不
可逆过程。
熵增加原理可表述为:

物理化学第二章

物理化学第二章
z z dz= dx + dy ; x y y x
③状态函数的环路积分为零(始末同归,状变为零)即 ∫ dz = 0 .
4,过程与途径 , 1)定义:物系状态发生的一切变化叫过程,完成某一过程所经历 定义: 定义 的具体步骤叫途径 2)分类:单纯状态变化,化学变化(化学组成变化),相变化(化学 分类: 分类 组成不变而聚集态变化) ①定温过程:T始 = T终 = T环 (中间有波动). ②定压过程: P = P = P (中间有波动). 环 始 终 ③定容过程:V始 = V终 = 常数 (过程中物系体积始终不变). ④绝热过程; δQ = 0 (系统与环境间无热交换)的过程. ⑤循环过程:物系经一系列变化又回到始态的过程. ⑥可逆过程:循原过程的逆过程,能使物系与环境均复原者,则 原过程与逆过程互为可逆过程.
1 B
数及t=0时反应进度(为0)及B的摩尔数). 当ξ=1mol时发生单位反应. 注意:方程式一定的反应,以任意反应物计算ξ均相同,但νB ,ξ均 与方程式书写有关,ξ只表示反应程度,与转化率无关. (3)反应的摩尔焓变 反应的摩尔焓变:△rHm(kJ/mol)=△rH(kJ)/△ξ(mol) 反应的摩尔焓变 2,化学反应热效应(反应热 ,化学反应热效应 反应热 反应热) (1)定义:当产物与反应物温度相同且在反应过程中只做体积功的化 定义:衡 , 1)定义:物系各种性质不随时间而变化的平衡状态. )定义: 2)分类: )分类: ①热平衡—物系各部分温度相同. ②力学平衡—在略去重力场情况下,物系各部分压力相等(物 系各部分间及物系与环境间无不平衡力存在). ③相平衡—物质在各相间分布达平衡. ④化学平衡—物系组成不随时间而变化. 6,热力学能(U)或内能 ,热力学能( ) 物系内部一切形式能量总和(包括平动,转动,振动,核 能,电子运动,化学键,分子间作用能等)只能求相对值,不 能求绝对值,具有能量单位:J,kJ(atml or atmm3 or cal or kcal etc)是容量(广度)性质的状态函数.

南京工业大学物理化学课件——第二章热力学第一定律

南京工业大学物理化学课件——第二章热力学第一定律
• 热力学第一定律
• 热力学第二定律
• 化学热力学的主要内容
§2-2 热力学的基本概念及术语
• §2-2 热力学的基本概念及术语
• 一、系统与环境
• 1.定义
• 2.注意点
• 3.分类:⑴敞开系统(open system )

⑵封闭系统(closed system)

⑶孤立系统(isolated system)
• ⑷性质:一种过程量 ,不是系统的性质,也不是状
态函数,而是一个途径函数,用符号 Q 表示。
§2-2 热力学的基本概念及术语
• 2.功(work) • ⑴定义:系统与环境之间传递的除热以外的其它能量
• ⑵表示方法:符号W • ⑶规定:环境对系统作功,W >0;系统对环境作功,
W <0
• ⑷性质:一种过程量 ,不是系统的性质,也不是状 态函数,而是一个途径函数,用符号W 表示。
Q
Q
C
T2 T1 T
发生微小变化
C Q
热容的单位为J ·K-1 。dT
二、恒容摩尔热容
1.定义:1mol物质在恒容、非体积功为零(即等容过程) 的条件下,仅因改变单位温度所需要吸收的热 。
用 Cm,V 来表示 。
2.表达式:
Cv,m
QV m
dT
f
T
§ 2-5 摩尔热容与热的计算
• ∵ QV m dU
• 2.表达式: •∵
CP,m
QP m
dT
f
T
QP m dHm
•∴
CP,m
Hm T
P
f
T
§ 2-5 摩尔热容与热的计算

四、
与 关系: Cm,V

第二章 热力学第二定律 物理化学课件

第二章  热力学第二定律  物理化学课件

设始、终态A,B的熵分别为SA 和 SB,则:
SB SA S
B Qr AT
对微小变化
dS Qr
T
上式习惯上称为熵的定义式,即熵的变化值可 用可逆过程的热温商值来衡量。
2 不可逆过程的热温商
• 如果热机进行不可逆循环,则其效率必 然比卡诺循环效率低,即
Q1 Q2 Q1
T1
T 2
T1

1+
T K
2
dT T
J K-1
24.3J K-1
• 此过程热温商为
Q
T
2
373 K 273 K
32.22
22.18 103
T K
373
3.49
106
• 故开动此致冷机所需之功率为
1780
1 60
W
50%=59.3
W
§2.4 熵的概念
• 1 可逆过程的热温商及熵函数的引出
• 在卡诺循环中,两个热源的热温商之和 等于零,即
Q1 Q2 QB 0
T1 T2
TB
• 那么,任意可逆循环过程的多个热源的 热温商之和是否仍然等于零?
§2.4 熵的概念
S Qr Qr TT
• 对理想气体定温可逆过程来说 Qr=-Wr
nRT ln V2
S
V1 nR ln V2 nR ln p1
T
V1
p2
例题3
• (1) 在300K时,5mol的某理想气体由 10dm3定温可逆膨胀到100dm3。计算此过 程中系统的熵变;
• (2)上述气体在300K时由10dm3向真空膨 胀变为100dm3。试计算此时系统的S。 并与热温商作比较。
Q1

第二章:热力学第二定律(物理化学)

第二章:热力学第二定律(物理化学)
如果是一个隔离系统,环境与系统间既无热 的交换,又无功的交换,则熵增加原理可表述为: 一个隔离系统的熵永不减少。
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31
克劳修斯不等式的意义
克劳修斯不等式引进的不等号,在热力学上可以
作为变化方向与限度的判据。
dS Q T
dSiso 0
“>” 号为不可逆过程 “=” 号为可逆过程
“>” 号为自发过程 “=” 号为处于平衡状态
I < 20% 1度电/1000g煤
高煤耗、高污染(S、N氧化物、粉尘和热污染)
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16
火力发电厂的能量利用
400℃
550℃
ThTC67330055%
Th
673
I < 40% 1度电/500g煤
ThTC82330063%
Th
823
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17
火力发电厂的改造利用
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十九世纪,汤姆荪(Thomsom)和贝塞罗特(Berthlot) 就曾经企图用△H的符号作为化学反应方向的判据。他们认 为自发化学反应的方向总是与放热的方向一致,而吸热反应 是不能自动进行的。虽然这能符合一部分反应,但后来人们 发现有不少吸热反应也能自动进行,如众所周知的水煤气反 应就是一例。这就宣告了此结论的失败。可见,要判断化学 反应的方向,必须另外寻找新的判据。
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4
2.2 自发变化不可逆症结
T1高温热源 Q1
M
W
Q2
T2低温热源
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5
2.3 热力学第二定律(The Second Law of Thermodynamics)
开尔文(Kelvin) :“不可能从单一热源取出热使之完全 变为功,而不发生其它的变化。”
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0.4 物理化学与其它化学课程的联系
所谓“四大化学”(无机、有机、分析、物化 ),它们均有各自的特殊研究对象和目的。
物理化学是研究化学过程中普遍性的更本质的内 在规律性,无机化学、有机化学和分析化学在解决 具体问题时,常常需利用物理化学知识和方法。
例如:在无机化学中涉及的 “电子云”、“化学 键”的概念,化学反应“平衡常数”的概念等。
0.1 物理化学的目的和内容
研究内容: (1) 化学反应的方向和限度问题 (2) 化学反应的速率和机理问题 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
“大物化” 包括物质结构的内容,其中又包括 量子化学等理论化学。
“小物化” 不包括物质结构(本课程)
0.2 物理化学的研究方法
(1)遵循“实践—理论—实践”的认识过程,分 别采用归纳法和演绎法,即从众多实验事实概括 到一般, 再从一般推理到个别的思维过程。
(2)综合应用微观与宏观的研究方法,理论方法 主要有:热力学方法、统计力学方法和量子力学 方法。
0.3 物理化学的建立与发展
萌芽:十八世纪开始从燃素说到能量守恒与转化定 律。俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学” 这一术语。 发展:二十世纪迅速新测试手段和新的数据处理方 法不断涌现,形成了许多新的分支学科,如:热化 学,化学热力学,电化学,溶液化学,胶体化学, 表面化学,化学动力学,催化作用,量子化学和结 构化学等。
§2.1 热力学基本概念与术语
一 、热力学(thermodynamics)
热力学是研究物质世界“能量之间的相互转化规 律以及能量转化对物质性质影响的一门科学”。 二、化学热力学
热力学基本原理应用于化学过程及与化学相关 的物理过程即形成化学热力学。
二、化学热力学
化学热力学研究的目的:
用化学热力学的理论处理
四 热力学基本概念
3 根据体系与环境之间有无物质与能量的交换, 把体系分为三类: (1)敞开体系(open system):
体系与环境之间既 有物质交换,又有 能量交换。
四 热力学基本概念
(2)封闭体系(closed system)
体系与环境之 间无物质交换 ,但有能量交 换。
四 热力学基本概念
(2)强度性质(intensive properties)
它的数值取决于体系自身的特点,与体系的数量无关,不 具有加和性,如温度、压力等。
注:在一定条件下,广度性质也可转成强度性质。如:两
个广度性质之比即为强度性质。若体系中所含物质的量为 1mol,则容量性质即成为强度性质,如摩尔体积。
四 热力学基本概念
化学热力学研究的内容:
热平衡 相平衡 化学平衡
热力学第一定律 ─ 计算变化中的能量交换 热力学第二定律 ─ 解决变化的方向和限度 热力学第三定律 ─ 阐明规定熵的数值
三、 热力学的方法和局限性
1、 热力学方法 (1)研究对象是大数量分子的集合体,研究宏观性质 ,所得结论具有统计意义。 (2)只考虑变化前后的净结果,不考虑物质的微观结 构和反应机理。 (3)能判断变化能否发生以及进行到什么程度,但不 考虑变化所需要的时间。
物理化学第二章PPT
2020年4月20日星期一
绪论
0.1 物理化学的目的和内容
物理化学 从研究化学现象和物理现象之间 的相互联系入手,以便找出化学变化过程中某 些具有普遍性的基本规律的一门科学。在实验 方法上也主要采用物理方法(如:热、功、压 力、温度等的测量)。
0.1 物理化学的目的和内容
目的 物理化学主要是为了解决生产实际 和科学实验中向化学提出的理论问题,揭示 化学变化的本质,更好地驾驭化学,使之为 生产实际服务。
2 、 局限性
不知道反应的机理、速率和微观性质,只讲可能性,不 讲现实性。
四 热力学基本概念
(一)系统与环境
1 系统(System)
热力学将作为研究对象的那部分物质称为系统或体系。 2 环境(Surroundings)
在系统以外并与系统密切相关(即有物质与能量 交换)的部分称为环境。
注:
I: 体系和环境的确定并无定则,通常根据客观情况的需要以 处理问题方便为准则。 II:体系与环境可以存在真实的界面,也可以是虚构的界面。
(2)状、体积等。
宏观性质
物理性质 化学性质
四 热力学基本概念
状态性质按其与系统的物质的量的关系可分为两类: (1)广度性质(extensive properties)
又称为容量性质,它的数值与体系的物质的量成正比,如 体积、质量、熵等。这种性质有加和性。
热力学中体系的状态是由体系状态性质所确 定的;若体系的状态确定了,那么体系状态性质 也就随之有了确定的数值。可以说,只要体系一 个或几个状态性质的值改变了,那么体系的状态 一定随之改变。反之,体系状态的改变也必然导 致体系的一个或几个状态性质发生变化。所以状 态性质也称为状态函数,即由状态所决定的性质 ,统称为状态函数。
(4)课前自学,课后复习,勤于思考,培养自学和 独立工作的能力。
参考书
1)《物理化学》,邓景发等编(1993) 2)《物理化学》(上,下)南大, 付献彩编(1990) 3)《物理化学》(上,下)姚允斌,朱志昂(修)
(1995) 4)《Phys. Chem》 6thed , Atkins 5) 《物理化学》(上,下) 吉林大学等编
物理化学所研究的具体对象包含无机或有机体 系,也需运用有关分析化学的知识。因此,物 理化学与其他三大化学课程有密切联系。
0.5 物理化学课程的学习方法
(1)注意逻辑推理的思维方法,反复体会感性认识 和理性认识的相互关系。 (2)抓住重点,自己动手推导公式。
(3)多做习题,学会解题方法。很多东西只有通 过解题才能学到,不会解题,就不可能掌握物理 化学。
(3)孤立体系(isolated system)
体系与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故又 称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑
四 热力学基本概念
(二) 系统的状态和状态函数 (1) 系统的状态
系统的状态是其诸多热力学性质的综合表现。当系统的 压力、体积、温度、浓度、密度等都有确定的数值(也就是 不随时间变化)时,则称该系统处于一定的状态。
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