大学课程《物理化学》第一章(热力学第一定律)知识点汇总
物理化学知识点总结(热力学第一定律)
热力学第一定律一、基本概念1.系统与环境敞开系统：与环境既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统：与环境只有能量交换而无物质交换的系统。
（经典热力学主要研究的系统）孤立系统：不能以任何方式与环境发生相互作用的系统。
2.状态函数：用于宏观描述热力学系统的宏观参量，例如物质的量n、温度T、压强p、体积V等。
根据状态函数的特点，我们把状态函数分成：广度性质和强度性质两大类。
广度性质：广度性质的值与系统中所含物质的量成正比，如体积、质量、熵、热容等，这种性质的函数具有加和性，是数学函数中的一次函数，即物质的量扩大a倍，则相应的广度函数便扩大a倍。
强度性质：强度性质的值只与系统自身的特点有关，与物质的量无关，如温度，压力，密度，摩尔体积等。
注：状态函数仅取决于系统所处的平衡状态，而与此状态的历史过程无关，一旦系统的状态确定，其所有的状态函数便都有唯一确定的值。
二、热力学第一定律热力学第一定律的数学表达式：对于一个微小的变化状态为：dU=公式说明：dU表示微小过程的内能变化，而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。
它们之所以采用不同的符号，是为了区别dU是全微分，而δQ和δW不是微分。
或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。
这里的W既包括体积功也包括非体积功。
以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。
它们只能适用在非敞开系统，因为敞开系统与环境可以交换物质，物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减，我们说热和功是能量的两种传递形式，显然这种说法对于敞开系统没有意义。
三、体积功的计算1.如果系统与环境之间有界面，系统的体积变化时，便克服外力做功。
将一定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中，活塞上部施加外压。
当气体膨胀微小体积为dV时，活塞便向上移动微小距离dl，此微小过程中气体克服外力所做的功等于作用在活塞上推力F与活塞上移距离dl的乘积因为我们假设活塞没有质量和摩擦，所以此活塞实际上只代表系统与环境之间可以自由移动的界面。
物理化学知识点归纳
物理化学知识点归纳物理化学是化学学科的一个重要分支，它综合运用物理学的原理和方法来研究化学现象和过程。
以下是对物理化学一些重要知识点的归纳：一、热力学第一定律热力学第一定律，也就是能量守恒定律，表明能量可以在不同形式之间转换，但总量保持不变。
在热力学中，通常用公式△U ＝ Q ＋ W来表示，其中△U 是系统内能的变化，Q 是系统吸收或放出的热量，W 是系统对外做功或外界对系统做功。
例如，在一个绝热容器中进行的化学反应，如果体系对外做功，那么内能就会减少；反之，如果外界对体系做功，内能就会增加。
二、热力学第二定律热力学第二定律有多种表述方式，其中克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。
熵（S）的概念在热力学第二定律中至关重要。
对于一个孤立系统，熵总是增加的，这意味着系统总是朝着更加混乱和无序的方向发展。
比如，混合气体自发扩散后，不会自动分离回到初始状态，因为这个过程熵增加了。
三、热力学第三定律热力学第三定律指出，绝对零度（0K）时，纯物质完美晶体的熵值为零。
这一定律为计算物质在不同温度下的熵值提供了基准。
四、化学平衡化学平衡是指在一定条件下，可逆反应中正逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再随时间改变的状态。
平衡常数（K）是衡量化学平衡的重要参数。
对于一个一般的化学反应 aA ＋ bB ⇌ cC ＋ dD，平衡常数 K 的表达式为：K ＝ C^cD^d ／ A^aB^b （其中方括号表示物质的浓度）。
影响化学平衡的因素包括温度、浓度、压强等。
例如，对于吸热反应，升高温度会使平衡向正反应方向移动；增加反应物浓度，平衡也会向正反应方向移动。
五、相平衡相平衡研究的是多相体系中各相的组成、性质以及它们之间的相互转化规律。
相律是描述相平衡体系中自由度、组分数和相数之间关系的定律，其表达式为 F ＝ C P ＋ 2，其中 F 是自由度，C 是组分数，P 是相数。
物理化学热力学第一定律总结
物理化学热力学第一定律总结热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，并且与能量守恒原理密切相关。
它陈述了一个闭合系统内部的能量转换过程。
根据热力学第一定律，能量是不能从真空中产生的，也不能消失，它只能在系统内部进行转化。
该定律可以用以下公式表达：ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
这个公式说明了能量的守恒，即系统吸收的热量和对外界做的功之和等于系统内部能量的变化。
当系统从外界吸收热量时，其内部能量会增加，而当系统对外界做功时，其内部能量会减少。
这种能量的转化是一个相互依存的过程，可以通过热力学第一定律进行描述。
热力学第一定律的应用十分广泛，并且在实际问题中具有重要的意义。
以下是热力学第一定律在不同领域的应用：1.在化学反应中，热力学第一定律可以用来计算反应的焓变。
通过测量反应前后系统吸收或释放的热量，可以计算出反应的焓变，从而了解反应的能量转化和方向。
2.在工程领域，热力学第一定律常用于能量转换设备的设计和优化中。
例如，蒸汽轮机、内燃机和制冷机等能量转换系统的效率可以通过热力学第一定律进行评估和计算。
3.在生物学领域，热力学第一定律可以用于研究生物体内的能量转化过程。
例如，通过测量生物体吸收的热量和对外界做的功，可以计算出生物代谢的能量转换效率。
热力学第一定律的重要性在于揭示了能量守恒的基本原理，为能量转化和能量利用提供了基础理论支持。
它对于研究和解决实际问题具有重要指导意义。
热力学第一定律的应用可以帮助我们评估能量转换过程的效率，优化能量利用方式，并促进可持续发展。
总之，物理化学热力学第一定律表述了能量守恒的原则，描述了能量转化和能量守恒的过程。
它在化学、工程、生物等领域具有广泛的应用，并对能量转换和利用提供了理论支持。
热力学第一定律的理解和应用可以帮助我们更好地理解能量转换过程，优化能量利用方式，并实现可持续发展的目标。
物理化学1-热力学第一定律
p1V2
p
p
p1
p1
pe
'
p1V1
p 'V '
p1V1
p2 V1
p2V2
V2 V
p2
V1
V'
p2V2 p2
V2
p2V2
V1
V
V2 V
功与变化的途径有关 可逆膨胀，系统对环境作最大功
可逆压缩，环境对系统作最小功
Xihua University
27
三、可逆过程（reversible process）
1. 什么是可逆过程
p'
p 'V '
p2
V1
V'
p2V2
V2
V
23
3. 多次等外压膨胀所作的功
p'
p1
V'
p2
V2
V1
p
p1
p1V1
阴影面积代表W3
p'
p 'V '
p2
V1
Xihua University
p2V2
V'
V2
V
24
4. 外压比内压小一个无穷小的值
外压相当于一杯水，水不断蒸发，这样的膨胀过程是无限
缓慢的，每一步都接近于平衡态。所作的功为：
W4 p外dV ( p dp)dV
p
p1
pdV
V1
V2
对理想气体
p1V1
V2
V1
V1 nRT dV nRT ln V2 V
p2
p2V2
V1
V2 V
这种过程近似地可看作可逆过程，系 统所作的功最大。
物理化学知识点总结
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 δW = －p e d V恒外压过程：W = －p e ΔV可逆过程：1221ln ln p p nRT V V nRT W ==2、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 ; d H =d U +d(pV )焓与温度的关系：ΔH =⎰21d p T T T C3、等压热容与等容热容热容定义：V V )(T U C ∂∂=；p p )(T H C ∂∂=定压热容与定容热容的关系：nR C C =-V p 热容与温度的关系：C p =a +bT +c’T 2 四、第一定律的应用1、理想气体状态变化等温过程：ΔU =0 ; ΔH =0 ; W =－Q =⎰-p e d V 等容过程：W =0 ; Q =ΔU =⎰T C d V ; ΔH =⎰T C d p 等压过程：W =－p e ΔV ; Q =ΔH =⎰T C d p ; ΔU =⎰T C d V 可逆绝热过程：Q =0 ; 利用p 1V 1γ=p 2V 2γ求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p不可逆绝热过程：Q =0 ; 利用C V (T 2-T 1)=－p e (V 2-V 1)求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p2、相变化可逆相变化：ΔH =Q =n Δ＿H ；Ｗ＝－p (V 2-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：)298,()298(B H H m f B m r θθν∆=∆∑反应热与温度的关系—基尔霍夫定律：)(])([,p B C T H m p BB m r ∑=∂∆∂ν。
物理化学第1章 热力学第一定律
第1章 热力学第一定律
1.1 理想气体
一、理想气体状态方程
1.理想气体状态方程
pV nRT
pVm RT
R 8.314 J mol K
1 1
2.理想气体状态方程的其他形式 基本形式 导出形式
pV nRT
m pV RT M
pM RT
pV
V
M
RT
3.理想气体状态方程的应用
B
理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气
体的T、V时产生的压力总和。
nRT 总压 p V
分压
nB RT pB V
nB RT n V B pB yB = nRT n p V
n nB
B
pB yB p
nB pB yB nB p
B
【例1-2】在一个2.80dm3的容器中，有0.174g的
具有加和性。如T、p、ρ等。
⑶两者的关系：广度性质的摩尔量是强度性质，
如摩尔体积Ｖm等。
2.状态函数的特征 ⑴系统的状态确定之后，它的每一状态函数都具 有单一的确定数值。这些数值只决定于系统现在
所处的状态而与状态的历史无关。
⑵当系统的状态发生变化时，状态函数也发生变
化，其改变值只与系统的始态和终态有关，而与
p( H 2 ) y( H 2 ) p总 =0.6427 108.9=70.00 kPa
p( N2 ) p总 p( H2 ) 38.89 kPa
四、阿马格分体积定律
由A、B、C组成的理想气体混合物
nRT (nA nB nC ) RT V p p
VA VB VC
六、可逆过程和不可逆过程
物理化学基础知识总结上册
物理化学基础知识总结上册第一章热力学第一定律及其应用1．体系与环境：我们用观察，实验等方法进行科学研究时，必须先确定所要研究的对象，把一部分物质与其余的分开（可以是实际的，也可以是想像的）。
这种被划定的研究对象，就称为体系或系统，而在体系以外与体系密切相关，影响所能及的部分，则称为环境。
根据体系和环境之间的关系，可以把体系分为三种：体系完全不受环境的影响，和环境之间没有物质或能量的交换者，称为隔离体系或孤立体系；体系与环境之间没有物质的交换，但可以发生能量的交换者，称为封闭体系；体系不受上述限制，即体系与环境之间可以有能量以及物质交换者，称为敞开体系。
明确所研究的体系属于何种体系是至关重要的。
由于处理问题的对象不同，描述他们的变量不同，所适用的热力学公式也有所不同。
描述体系宏观性质的热力学变量可分为两类：广度性质（容量性质）和强度性质。
广度性质的数值与体系的数量成正比。
此种性质具有加和性，即整个性质的某种广度性质是体系中各部分该种性质的总和。
广度性质在数学上是一次齐函数。
强度性质此种性质不具有加和性，其数值取决于体系自身的特性，与体系的数量无关。
强度性质在数学上是零次齐函数。
体系的某种广度性质除以总质量或物质的量（或者把体系的两个容量性质相除）之后就成为强度性质。
若体系中所含物质的量是单位量，即一摩尔，则广度性质就成为强度性质。
2．热力学平衡态和状态函数：热平衡，力学平衡，相平衡，化学平衡。
当体系处于一定的状态时，其广度性质和强度性质都具有一定的数值。
但是体系的这些性质彼此之间是相互关联的，通常只需要指定其中的几个，其余的也就随之而定了。
也就是说，在这些性质之中只有部分是独立的。
体系的某些性质的改变只与始态和终态有关，而与变化时所经历的途径无关。
在热力学中，把具有这种特性的物理量叫做状态函数。
热和功与其改变的途径有关，是过程函数，从微观角度来说，功是大量质点以有序运动而传递的能量，热量是大量质点以无序运动方式而传递的能量。
物理化学知识点总结(热力学第一定律)
物理化学知识点总结(热力学第一定律).doc物理化学知识点总结（热力学第一定律）摘要：热力学第一定律是热力学的基础之一，它描述了能量守恒的原理。
本文将对热力学第一定律进行详细的阐述，包括其定义、数学表达式、应用以及在物理化学中的重要作用。
关键词：热力学第一定律；能量守恒；物理化学；系统；状态函数一、引言热力学是研究能量转换和能量传递规律的科学。
热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是理解和分析热力学过程的关键。
二、热力学第一定律的定义热力学第一定律指出，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式，或者从一个系统转移到另一个系统。
在封闭系统中，能量的总量保持不变。
三、热力学第一定律的数学表达式对于一个封闭系统，热力学第一定律可以用以下数学表达式表示：[ \Delta U = Q - W ]其中，( \Delta U ) 是系统内能的变化，( Q ) 是系统吸收的热量，( W ) 是系统对外做的功。
四、系统与状态函数在热力学中，系统是指我们研究的对象，它可以是封闭的或开放的。
状态函数是描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等，它们只与系统的状态有关，而与系统状态变化的过程无关。
五、热力学第一定律的应用理想气体的等体过程在等体过程中，体积保持不变，系统对外不做功，热力学第一定律简化为 ( \Delta U = Q )。
理想气体的等压过程在等压过程中，压力保持不变，系统对外做膨胀功，热力学第一定律可以表示为 ( \Delta U = Q + W )。
理想气体的等温过程在等温过程中，温度保持不变，理想气体的内能不发生变化，热力学第一定律简化为 ( 0 = Q - W )。
六、热力学第一定律与能量转换热力学第一定律不仅适用于热能和机械能之间的转换，还适用于其他形式的能量，如电能、化学能等。
七、热力学第一定律在物理化学中的应用化学反应在化学反应中，热力学第一定律用于计算反应热，即反应过程中系统吸收或释放的热量。
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第一定律的数学表达式
U Q W
对微小变化： dU Q W 等容热效应
dU Q W
W pdV 0
U QV ,
U QV CV dT
T1 T2
dU QV
U CV dT T V
《物理化学》重要 知识点
第一章：热力学第一定律
第一章 热力学第一定律
系统
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 系统以外的与系统相联系的那部分物质 称为环境。
状态和状态函数
系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处的状态，
而与系统的经历无关；它的变化值仅取决于系统的
始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性
V2 V'
V'
p'
p '(V ' V2 ) p1 (V1 V ')
p2
V1 V '
V2
3. 准静态过程
a. 在整个膨胀过程中，外压始终比体系压力小一个无限
小的差值dp的膨胀过程称为准静态膨胀过程。
p1 dp
膨胀
p2
p2 , V2
p1
p1 , V1
p2
V1
V2
V2
1
W pe dV
nRT pdV dV CV dT V
V2 T1 (C p CV ) ln CV ln V1 T2 V2 T1 ( 1) ln ln V1 T2
Cp / CV Cp,m / CV ,m
1 1 TV T V 1 1 2 2
pV K
'
TV
§1-4 可逆过程和体积功
一、体积功
因系统的体积变化而引起的系统与环境之间交换的功称 为体积功。
pe
W Fe dl ( pe A)dl
pe d ( Al )
A
dl
pi
pe dV
二、功与过程
功不是状态函数，其数值与过程有关。系统由同一始态
经不同的过程变化到同一终态，则体统对环境或环境对
V1 V'
V'
p'
p '(V 'V1 ) p2 (V2 V ')
p2
V1 V '
V2
b ' .多次压缩过程 p'
p'
p1 W2 '
p1
压缩
W1 '
p2 , V2
压缩
p' , V '
p' , V '
p1 , V1
W W1 ' W2 '
p1
V1
p ' dV p1dV
V1 V2
三、可逆过程
某系统经一系列的过程后，如果系统回到初始状态叫做
系统的复原；环境在经历一些的变化后，如果既没有功
的得失也没有热的得失就叫做环境的复原。 某系统经一过程由状态1变为状态2之后，如果能使系统
和环境都完全复原，则该过程为可逆过程。
某系统经一过程由状态1变为状态2之后，如果采用任何 方法都无法使系统和环境都完全复原，则该过程为不可 逆过程。
QV
等压热效应（ p1 p2 pe ）
U Q W
U U2 U1 Qp pe (V2 V1 ) (U2 p2V2 ) (U1 p2V2 ) Qp
H2 H1 H Qp dH Qp
H Cp dT T p
1
K
T p
1
K
''
谢谢观看！！！
T2 T1
15
Qp
p H Qp C p dT
理想气体
U ( )T 0 V
U ( )T 0 p
H H )T 0 ( )T 0 ( p V
理想气体Cp与CV关系
Cp CV nR
Cp,m CV ,m R
理想气体的绝热过程
Q 0, dU W pdV , dU CV dT
准静态压缩或膨胀过程，如果没有因摩擦而造成能量
损失等情况下就是一可逆过程。 可逆过程的主要特点： 1.可逆过程是以无限小的变化进行，系统始终无限接近 平衡态。 2.系统在可逆过程中作最大功，环境在可逆过程中作最 小功即可逆过程效率最高。 3.在一可逆过程发生后，沿原过程途径相反方向进行，
可使系统和环境都复原，而没有任何耗散效应。是以无
V1
V2
( pi dp)dV V pi dV
V2 V1
10
b. 在整个压缩过程中，外压始终比体系压力大一个无限 小的差值dp的压缩过程称为准静态压缩过程。
p2 dp
p2 , V2
压缩
p1
p1 , V1
p1
p2
V1
V2
V1
2
W pe dV
V2
V1
( pi dp)dV V pi dV
体系所作的功不同。 1. 自由膨胀过程（即外压等于零）：
W pe dV
W pedV 0
V1
5
V2
2. 恒定外压膨胀（压缩）过程 a. 一次膨胀过程
p2
膨胀
p2
p2 , V2
p1
p1 , V1
V2
W pe dV
V1
p2
V1
p2 (V2 V1 )
V2
a ' .一次压缩过程
的物理量称为状态函数。
热：系统与环境之间因温差而传递的能量称为热， 用符号Q 表示。 系统吸热，Q >0；系统放热，Q <0。
功：系统与环境之间传递能量的方式有热和功，
除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。
功可分为体积功和非体积功两大类。 环境对系统作功 W ＞0 系统对环境作功 W ＜0
Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
p1
压缩
p1
p1 , V1
p1
p2 , V2
W ' pe dV
V2
V1
p1 (V1 V2 )
p2
V1
V2
b. 多次膨胀过程
p'
p'
p2
p2
W1
p1 , V1
膨胀
W2
p' , V '
p ', V '
膨胀
p2 , V2
W W1 W2
p1
V2
p ' dV p2dV