物理化学(南京大学)01章_热力学第一定律及其应用
物理化学第一章热力学第一定律
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境（system and surroundings）
系统：人为划定的研究对象。 环境：与体系密切相关的部分。
空气、水蒸气
杯子 水
加热器
系统分类： ① 敞开系统（或开放系统） ② 封闭系统 ③孤立系统（或隔离系统）
Zn(s) + 2HCl(aq) = ZnCl2(aq) + H2(g)
二、系统的性质（properties）
描述系统状态的物理量（体积、压力、温度等）。
① 广度性质：与系统物质的量有关，具有加和性。 （质量、体积、内能）
② 强度性质：取决于自身特性，与系统物质的量无 关，不具有加和性。（温度、压力、密度）
2、化学动力学——化学反应的速率和机理问题。
3、物质结构——物质性质与其结构之间的关系。
化 学
化学热力学基础
第一章 第二章
热力学定律
热 力 学
第三章 化学热力学应用 第四章
化学平衡、 相平衡
第五章 电化学
第七章 表面现象
化学能与热能转 化规律
化学能与电能转 化规律
表面现象知识
第八章 胶体分散系统
胶体知识
物理化学
物理化学
——是研究有关物质化学变化和物理变化之间联系规律的一门学科。 ——是药学专业的基础课。掌握物理化学基本理论、实验方法、基 本技能，初步具有分析、解决与药学实践有关问题的能力，为学习 药剂学、药物分析等后续课程奠定基础。
一、物理化学的研究对象和内容
——从研究物质的物理现象和化学现象的联系入 手，探求化学变化的基本规律，又称理论化学。 1、化学热力学——能量转化及化学变化的方向和限度问题。
物化课件01章热力学一定律及其应用
2023
PART 05
热力学第三定律的应用
REPORTING
绝对熵的概念
总结词
绝对熵是热力学中一个重要的概念，表示系 统达到平衡态时的熵值。
详细描述
绝对熵的定义基于热力学第三定律，即当系 统达到绝对零度时，熵值达到最大。绝对熵 的数值反映了系统内部微观粒子的混乱程度 ，即系统无序度的量度。
熵的物理意义
热力学第三定律
热力学第三定律的概念
热力学第三定律是指系统在绝对零度时 熵为零，即系统在绝对零度时不能进行 任何自发反应。这个定律是热力学理论 体系的重要基石之一。
VS
热力学第三定律的应用
热力学第三定律在制冷技术、超导技术等 领域有广泛的应用。例如，在制冷技术中 ，人们通过不断降低温度来提高系统的性 能，而这个过程就需要遵循热力学第三定 律。
01
02
03
热能转换为机械能
例如，内燃机通过燃料燃 烧产生的热能转换为机械 能，从而驱动车辆或机器 运转。
机械能转换为热能
例如，发电机将机械能转 换为电能，而在这一过程 中，部分能量会以热能的 形式散失。
热能与电能转换
例如，热电偶利用塞贝克 效应将热能转换为电能， 而散热器则将电能转换为 热能。
热力过程
表达形式
热力学第一定律的数学表达式为：ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的增量 ，Q表示传递给系统的热量，W表示系统对外做的功。
当系统处于平衡态时，内能增量ΔU等于零，即Q = -W，表示系统吸收的热量等 于系统对外做的功。
2023
PART 02
热力学第一定律的应用
REPORTING
能量转换
2023
REPORTING
《物理化学》(南大第五版)知识点总结
W=ΔU= CV dT ;ΔH= Cp dT
不可逆绝热过程：Q=0 ; 利用 CV(T2-T1)=－pe(V2-V1)求出 T2, W=ΔU= CV dT ;ΔH= Cp dT 2、相变化 可逆相变化：ΔH=Q=nΔ＿H； Ｗ＝－p(V2-V1)=－pVg=－nRT ; ΔU=Q+W
B (T , p, sln ) b , B (T ) RT ln a b , B ; ab,B=γb,B bB;
标准态为：同温下 bB=1 且符合
亨利定律的溶质（假想状态） 。
B (T , p, sln ) %, (T ) RT ln a%, B ; a%,B=γ%,B[%B]; B
标准态为：同温下[B%]=1 且
符合亨利定律的溶质（一般为假想状态） 。 三、各种平衡规律 1、液态混合物的气液平衡
* pA=p * A ax,A ; pA=p A ax,A ; p=pA+pB
2、溶液的气液平衡
pA=p * A ax,A；pB=kx,Bax,B=kb,Bab,B=k%,Ba%,B；p=pA+pB
r Gm (T ) RT ln K
[ p( H 2 ) / p ][c( ZnCl 2 )] c2 (H C l )
三、 范特荷夫等温方程
r Gm (T ) r Gm (T ) RT ln J RT ln J / K
四、平衡常数与温度的关系
B f Gm ( B,298)
（4）ΔG 与温度的关系 ΔG=ΔH-TΔS ，设 ΔH、ΔS 不遂温度变化。 五、化学势 1、化学式的定义和物理意义
B (
G ) T , p ,nc ( c B ) ；在 T、p 及其他物质的量保持不变的情况下，增加 1molB 物质引 n B
南京大学自测题汇总
南京大学自测题汇总第一章热力学第一定律及其应用自测题一、选择题1、物质的量为n 的纯理想气体，该气体的哪一组物理量确定后，其它状态函数方有定值？A 、 pB 、VC 、T 、UD 、T 、p2、有一真空绝热瓶子，通过阀门和大气相隔。
当阀门打开时，大气（视为理想气体）进入瓶，此时瓶气体的温度将（）A 、升高B 、降低C 、不变D 、不确定3、公式?H =Q p 适用于下列过程中的A 、理想气体从1013.25kPa 反抗恒定的外压101.325kPa 膨胀；B 、273K 、101.325kPa 下冰融化成水；C 、298K 、101.325kPa 下电解CuSO 4水溶液；D 、气体从状态I 等温可逆变化到状态II4、可逆机的效率为η，冷冻机的冷冻系数为β，则η和β的数值满足A 、11<<βη,；B 、11≤≤βη,；C 、11><βη, ；D 、βη,1<可以小于、等于、大于15、对于一定量的理想气体，有可能发生的过程是（）1、对外作功且放出热量；2、恒容绝热升温、无非膨胀功；3、恒压绝热膨胀4、恒温绝热膨胀A 、1、4B 、2、3C 、3、4D 、1、26、实际气体经节流膨胀后，（）A 、Q <0, ?H =0, ?p <0B 、Q =0, ?H =0, ?T <0C 、Q =0, ?H <0, ?p <0D 、Q =0, ?H =0, ?p <07、某气体的状态方程为bp RT pV +=m （b 大于零的常数），此气体向真空绝热膨胀后的温度A 、不变B 、上升C 、下降D 、不确定8、根据定义；等压膨胀系数p T V V a ??? ????=1，等容压力系数VT p p ??? ????=1β，等温压缩系数κβακ,,,p V VT-=1三者间的关系为 A 、κβα?=?p B 、1=??κβα C 、p /βκα=?D 、κβα??=p9、氏气体经Joule 实验后（绝热真空膨胀）气体的温度将（）A 、上升B 、下降C 、不变D 、不确定10、有一容器四壁导热，上部有一可移动的活塞，在该容器中同时放入锌粒和盐酸，发生化学反应后活塞将上移一定距离，以锌粒和盐酸为体系，则（）A 、Q <0, W >0, ?H <0B 、Q =0, W =0, ?U >0C 、Q =0, W >0,?U <0D 、Q =0, Wi>0, ?U =0 11、1mol, 373k, O p 下的水经下列两个不同过程达到373K 、O p 下的水汽：（1）等温可逆蒸发，（2）真空蒸发。
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。
物理化学绪论第一章热力学第一定律
绪论
二、物理化学发展简史
十九世纪七十年代
物理化学之父 Ostwald F W
Van’ t Hoff
绪论
十九世纪～二十世纪初
电解质的电离理论
Arrhenius
热定理
能斯特
十九世纪末
Байду номын сангаас绪论
活化能
ln k2 Ea ( 1 1 ) k1 R T1 T2
Arrhenius
链反应机理
Nernst
二十世纪
绪论
杂化轨道理论
Pauling
共价键理论
Lewis
量子化学
绪论
前线轨道理论
福井谦一 分子轨道对称守恒原理
Hoffman
绪论
三、物理化学的研究内容
(1) 化学变化的方向和限度问题
(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
绪论
四、怎样学习物理化学
(1) 抓住重点，在理解上下功夫 (2) 多做习题
参考书 1）《物理化学》，邓景发等编 2）《物理化学》（上，下）南大， 付献彩编 3）《物理化学》（上，下）姚允斌，朱志昂（修） 4）《物理化学》（上，下） 吉林大学等编 5) 《物理化学》韩德刚等
主要讲授内容
第一章 热力学第一定律 第二章 热力学第二定律 第三章 相平衡 第四章 动力学基础 第五章 表面与胶体化学
绪论
判断 ：
1. 状态固定后，状态函数都固定，反之亦然。 √
2. 状态函数改变后，状态一定改变。
√
3. 状态改变后，状态函数一定都改变。
×
物理化学
第一章 热力学第一定律 本章目录
§1 热力学第一定律 §2 第一定律对理想气体体系的应用
南大物化PPT01章热力学第一定律及其应用
2024/3/22
功与过程
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中 克服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到 V2所作的功。 1.自由膨胀（free expansion） δ We,1 pedV 0 因为 pe 0
2.等外压膨胀（pe保持不变） We,2 pe (V2 V1 )
第一章 热力学第一定律及其应用
1.1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3 准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用
1.7 实际气体 1.8 热化学
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2024/3/22
第一章 热力学第一定律及其应用
1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律 1.12 绝热反应——非等温反应 *1.13 热力学第一定律的微观说明
热力学能是状态函数，用符号U表示， 它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。
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2024/3/22
第一定律的文字表述
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有
的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互 转化，但总的能量不变。
外相当于一杯水，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：
We,4 pedV ( pi dp)dV
V2 V1
pidV
V2 V1
nRT V
dV
nRT ln V1 V2
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
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南京大学《物理化学》每章典型例题讲解
第一章 热力学第一定律与热化学例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡，再由该状态恒容升温到97 ℃ ，则压力升到1013.25kPa 。
求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。
已知该气体的C V ，m 恒定为20.92J ∙mol -1 ∙K -1。
解题思路：需先利用理想气体状态方程计算有关状态： (T 1=27℃, p 1=101325Pa ，V 1)→(T 2=27℃, p 2=p 外=?，V 2=?)→(T 3=97℃, p 3=1013.25kPa ，V 3= V 2)例题2水在 -5℃ 的结冰过程为不可逆过程，计算时要利用0℃ 结冰的可逆相变过程，即H 2O （l ，1 mol ，-5℃ ，θp ）（s ，1 mol ，-5℃，θp ）↓△H 2 ↑△H 4H 2O （l ，1 mol ， 0℃，θp ） O （s ，1 mol ，0℃，θp ）∴ △H 1=△H 2＋△H 3＋△H 4例题3 在 298.15K 时，使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧，放出 119.50kJ 的热量。
忽略压力对焓的影响。
(1) 计算甲醇的标准燃烧焓 θm c H ∆。
(2) 已知298.15K 时 H 2O(l) 和CO 2(g)的标准摩尔生成焓分别为－285.83 kJ·mol －1、－393.51 kJ·mol －1，计算CH 3OH(l)的θm f H ∆。
(3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 35.27kJ·mol －1，计算CH 3OH(g) 的θm f H ∆。
解：(1) 甲醇燃烧反应：CH 3OH(l) +23O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(l) Q V =θm c U ∆=－119.50 kJ/(5.27/32)mol =－725.62 kJ·mol －1Q p =θm c H ∆=θm c U ∆+∑RT v)g (B= (－725.62－0.5×8.3145×298.15×10－3)kJ·.mol －1 =－726.86 kJ·mol－1(2) θm c H ∆=θm f H ∆(CO 2) + 2θm f H ∆（H 2O )－θm f H ∆ [CH 3OH(l)] θm f H ∆[CH 3OH (l)] =θm f H ∆ (CO 2) + 2θm f H ∆ (H 2O )－θm c H ∆= [－393.51+2×(－285.83)－(－726.86) ] kJ·mol －1=－238.31 kJ·mol －1(3) CH 3OH (l) →CH 3OH (g) ，θm vap ΔH= 35.27 kJ·.mol －1θm f H ∆[CH 3OH (g)] =θm f H ∆[CH 3OH (l)] +θmv ap H ∆= (－38.31+35.27)kJ·.mol－1=－203.04 kJ·mol －1第二章 热力学第二定律例1. 1mol 理想气体从300K ,100kPa 下等压加热到600K ，求此过程的Q 、W 、U 、H 、S 、G 。
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p1
p1V1
p1V2
W
' e ,1
= − p1 (V1 − V2 )
p2 V1
p2V2
V2 V
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2011-10-10
功与过程（等外压压缩） 功与过程
p2 p1
p1 V2 V1
始 态
V2
终 态
p
p1
p1V1
p1V2
' 阴影面积代表We,1
p2 V1
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2011-10-10
第一定律的文字表述
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有 的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互 转化，但总的能量不变。 也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。 第一定律是人类经验的总结。
2011-10-10
体系分类
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2011-10-10
体系的性质
用宏观可测性质来描述体系的热力学状态， 故这些性质又称为热力学变量。可分为两类： 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，在数学上是一次齐函数。 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。它 在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量 性质即成为强度性质，如摩尔热容。
2011-10-10
体系吸热 Q>0 环境 ∆U >0
∆U = Q - W
W<0 对体系作功
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1．3 准静态过程与可逆过程
•功与过程 •准静态过程 •可逆过程
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2011-10-10
功与过程
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中 克服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到 V2所作的功。 1.自由膨胀（free expansion） δ e,1 = − pe dV = 0 因为 pe = 0 W
p"
p2
p1
V1
p'
V'
V"
p1V1
p 'V '
V2
p
p1
p' p"
阴影面积代表We ,3
p "V "
p2
V1
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p2V2
V' V"
V2
V
2011-10-10
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功与过程
4.外压比内压小一个无穷小的值 外相当于一杯水，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：
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2011-10-10
能量守恒定律
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。
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2011-10-10
第一定律的数学表达式 ∆U = Q + W
对微小变化： dU =δQ +δW 因为热力学能是状态函数，数学上具有全微 分性质，微小变化可用dU表示；Q和W不是状态 函数，微小变化用δ表示，以示区别。 也可用∆U = Q - W表示，两种表达式完全等 效，只是W的取号不同。 用该式的W取号为： 环境对体系作功， W<0 ； 体系对环境作功， W>0 。
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2011-10-10
体系分类
根据体系与环境之间的关系，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。
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2011-10-10
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （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。
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2011-10-10
体系与环境
体系（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体系，亦 称为物系或系统。 环境（surroundings） 与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
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2011-10-10
第一定律的文字表述
第一类永动机（first kind of perpetual motion machine) 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种机器，均以失 败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。
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2011-10-10
状态函数
体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处 的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取 决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。 具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。 状态函数的特性可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。 状态函数在数学上具有全微分的性质。
p2V2
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2011-10-10
热力学能
热力学能（thermodynamic energy）以前 称为内能（internal energy）,它是指体系内部 能量的总和，包括分子运动的平动能、分子 内的转动能、振动能、电子能、核能以及各 种粒子之间的相互作用位能等。 热力学能是状态函数，用符号U表示，它 的绝对值尚无法测定，只能求出它的变化值。
V1 V2 阴影面积代表We ,2
V
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2011-10-10
功与过程
3.多次等外压膨胀 (1)克服外压为 p ' ，体积从 V1 膨胀到 V ' ； (2)克服外压为 p "，体积从V ' 膨胀到 V " ； (3)克服外压为 p2 ，体积从V "膨胀到 V2 。 p W = − p '(V '− V )
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2011-10-10
热和功
体系放热 Q<0 体系 ∆U <0 W<0 对环境作功
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2011-10-10
体系吸热 Q>0 环境 ∆U >0
∆U = Q + W
W>0 对体系作功
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热和功
体系放热 Q<0 体系 ∆U <0 W>0 对环境作功
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2011-10-10
热力学平衡态
当体系的诸性质不随时间而改变，则体系 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡： 热平衡（thermal equilibrium） 体系各部分温度相等。 力学平衡（mechanical equilibrium） 体系各部的压力都相等，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。
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2011-10-10
状态方程
体系状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。 对于一定量的单组分均匀体系，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个 是独立的，它们的函数关系可表示为： T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T） 例如，理想气体的状态方程可表示为：
物理化学电子教案 ——第一章
∆U = Q + W
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2011-10-10
第一章 热力学第一定律及其应用
1.1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3 准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用 1.7 实际气体 1.8 热化学
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2011-10-10
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （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。
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pV=nRT
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2011-10-10
热和功
热（heat） 体系与环境之间因温差而传递的能量称为 热，用符号Q 表示。 Q的取号： 体系吸热，Q>0； 体系放热，Q<0 。 功（work） 体系与环境之间传递的除热以外的其他能量 都称为功，用符号W表示。 功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号： 环境对体系作功，W>0； 体系对环境作功，W<0 。 Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
e,3
− p "(V "− V ') − p2 (V2 − V ")