物理化学:1.1热力学概论
物理化学第一章_热力学第一定律

J=1°50′
W=8° t =-20℃
东经J1 =118°75 ′
北纬 W1 = 32°00 ′ 某时气温 t1 = 30℃
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标准态
➢规定标准态的必要性:
• 体系的状态函数强烈地依赖于物质所处的状态. • 有关状态函数的计算强烈地依赖于基础的实验数据. • 建立通用的基础热力学数据需要确立公认的物质标
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由经验可知,一般来说,质量一定的单组分气相 体系,只需要指定两个状态函数就能确定它的状态。 另一个通过近似PV=nRT的关系也就随之而定了,从 而体系的状态也就确定了。
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状态函数共同性质
(1) 体系的状态一定,状态函数有确定值。
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四、状态函数与状态性质
1、状态和状态函数
物理性质和化学性质的综合表现就称体系的状态。
描述物质状态的性质叫做状态函数(state function)。
状态函数是相互联系,相互制约,一个状态函 数的改变,也会引起另一个状态函数的改变 。
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四、状态函数与状态性质
⑴ 状态函数的数学表达
体系由A态变到B态,Z值改变量
Z ZB ZA
ZB dZ
ZA
对于循环过程 dZ 0
状态函数的微小改变量可以表示为全微分,即偏微分之和
dZ
第1章热力学第一定律

物理化学(讲稿)第一章热力学第一定律1.1热力学基本概念(Basic concepts of thermodynamics)1.1.1系统与环境(system and surroundings)系统:被划出来作为研究对象的这部分物体或空间。
环境:系统以外的其它部分。
实际上环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。
系统可大可小,大到一座电弧炉及其几十吨钢液与炉渣,小到一个烧杯内盛的少量水,一个系统最少包含一种物质,多者可由几种物质来组成。
例如,炼钢过程中当钢水为系统时,与其有关的炉衬、炉渣及炉气则为环境。
假若研究脱硫、脱磷反应,因为这些反应发生在钢、渣两相界面处,可以把钢液与炉渣视为系统,而与系统有关的炉衬和炉气等则成为环境。
系统与环境间可以存在真实界面,也可以不存在界面。
例如,钢瓶中的氧气为系统,则钢瓶为环境,钢瓶内壁就是一个真实的界面;当研究空气中的氧气时,则空气中的其它气体为环境,此时则不存在界面。
所以不能以有无界面来划分系统与环境。
1)敞开系统:与环境之间既有物质交换,也有能量的传递的系统,称为敞开系统(或开放系统)。
例如,一个盛有热水的玻璃杯,敞开放置,将会向空气中挥发水蒸气,同时散发热量。
(2)封闭系统:与环境之间只有能量传递而没有物质交换的系统,称为封闭系统。
例如,将上例的玻璃杯加盖后,就成为一个封闭系统。
在封闭系统内,可以发生化学变化和由此引起成分变化,只要不从环境引入或向环境输出物质即可。
物理化学上常常讨论这种系统。
冶金过程常把冶金炉(如电炉、高炉、转炉)等看作一个封闭系统,忽略挥发掉的很少量物质。
(3)隔离系统:与环境之间既无物质交换,也无能量传递的系统,称为隔离系统(或孤立系统);例如,把盛有热水的玻璃杯盖起来,并把它放在一个绝热箱内,把整个绝热箱内的所有物质(水杯和空气)作为一个新系统,那么这个新系统就成为隔离系统。
因为这个系统与环境之间既没有物质交换,也没有能量交换。
1.1.2 系统性质、状态和状态函数广度性质(容量性质) (extensive pro-perty): 与系统的物质的量成正比,如体积、质量、熵等。
物理化学第1章 热力学第一定律

系统从环境吸热Q为正值,系统放热于环境Q为
负值。 ⑶单位: 常用单位为焦耳(J)或千焦耳(kJ)。
⒉功 ⑴定义和符号
系统与环境之间除热以外被传递的其他各种形式
的能量统称为功,用符号W表示。 ⑵正负值规定 系统对环境做功W为负值,系统从环境获得功W为 正值。
⑶单位:常用单位为焦耳(J)或千焦耳 (kJ)。
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
⑶热力学能是系统的广度性质,具有加和性。
热力学能的微小变化dU可用全微分表示
通常,习惯将热力学能看作是温度和体积的函数,
即U=f(T,V),则
U U dU ( )V dT ( )T dV T V
理想气体的热力学能只是温度的函数。
1.3热力学第一定律
一、能量守恒与热力学第一定律
1.能量守恒定律
自然界的一切物质都具有能量,能量有各种各样形式, 并且能从一种形式转变为另一种形式,但在相互转变过 程中,能量的总数量不变。 2.热力学第一定律
本质:能量守恒定律。 常用表述:“第一类永动机是不可能造成的。” 第一类永动机是指不需要供给能量而可以连续不断做功
的机器。
二、封闭系统热力学第一定律的数学表达式
⑶恒容过程:变化过程中系统的体积始终恒定不变过程。
⑷绝热过程:系统与环境之间没有热交换的过程。 ⑸循环过程:系统由某一状态出发,经历一系列的变化,又 回到原状态的过程。
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1.1-热力学基本概念

●在确定条件下,变化是自发还是非自发?变化的 限度?从确定的自发变化可以获得多少功?要实现 确定的非自发变化,必须注入多少功?
三峡大坝 发电机组
化学电池 化学激光 ……
农田灌溉
电解反应 光化学反应 ……
§1.1 热力学基本概念
1.系统和环境
系统(system) ——热力学研究的对象,包括指定的物质和空间。
非均相系统(多相系统)
(heterogeneous system)
CaCO3 (s) =CaO(s)+CO2(g) NH4HCO3 (s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g)
相变(phase transformation)
——物质从一种聚集形态转变为另一种聚集形态。
气体
液化
升华
√
封闭系统(Closed system) ×
√
隔离系统(Isolated system) ×
×
2.描述系统状态的热力学函数
抽开插板
n,p,V,T
n, p,V,T
Sy(I)
Sy(II)
强度性质函数(intensive properties) 数值大小与系统中所含物质的量无关, 无加和性(如 p,T);
p、V、T 变化过程 相变化过程 化学变化过程
典型p、V、T变化过程
① 定温过程:T1=T2=Tsu ② 定压过程: p1= p2= psu ③ 定容过程: V1=V2 ④ 绝热过程: Q = 0 ⑤ 对抗恒外压过程:psu=常数(包括0)
p1,T1 psu
⑥ 循环过程 :系统的始态和终态为同一状态。
1、苯的正常沸点为80.1 ℃。你知道苯在80.1 ℃ 的饱和蒸汽压吗?
第一章 热力学第一定律

第一章 热力学第一定律
3.热力学能 热力学能:系统内部 能量的总和。符号U ,单位J 。它由多部 分组成: 分子的平动能、转动能、振动能、电子能、 原子核能及分子间 相互作用的势能。
一定量物质在确定状态,热力学能值为确定。但其绝对值是不 知道的。(如果对于某特定物质给予一个基准态,设该态 U=0,则可求得其它态的相对值)
系统分为:封闭系统、隔离系统和敞开系统。
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。
2
1.1 热力学概论
热力学的研究对象 热力学的方法和局限性 几个基本概念:(复习) •系统与环境
•系统的性质 •热力学平衡态
•状态函数
•状态方程
•过程和途径
1 热力学的研究对象 •研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及
其转换过程中所遵循的规律。具体:
研究基础:热力学第一、二定律--人类长期 实践经验的总结。 研究内容: •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应--热力学第一定律;
V=f(p,T)
例如,理想气体的状态方程可表示为:
pV=nRT
第一章 热力学第一定律—热力学基本概念
(2) 广度量和强度量
描述热力学系统的性质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为: 广度量(或广度性质):与物质的数量成正比的性质。如V,Cp ,
U,„等。它具有加和性。
强度量(或强度性质):与物质的数量无关的性质,如 p、T和组 成等。它不具有加和性。 两者的关系: 广度量与广度量的比是强度性质,例如,定压热容,Cp,为 广度量,物质的量n为广度量,摩尔定压热容Cp , m为强度量。
物理化学(pmph)1.1热力学概论PPT课件

熵总是趋向于增加,即系统的无序程度会不断增加。这一原理对于理解
热力学循环和效率具有重要意义。
03
热力学性质计算与应用
理想气体状态方程及应用
理想气体状态方程
描述理想气体状态参量之间关系的方程,即pV=nRT,其中p为压强,V为体积,n 为物质的量,R为气体常数,T为热力学温度。
应用
通过测量气体的压强、体积和温度,可以计算气体的物质的量、密度、摩尔质量 等物理量。同时,理想气体状态方程也是热力学第一定律和第二定律的基础。
04
热力学在化学反应中的应用
化学反应热力学基础
热力学基本概念
介绍温度、压力、热量、功等 热力学基本概念及其在化学反 应中的意义。
热力学第一定律
阐述能量守恒原理,解释化学 反应中的热效应及其计算方法 。
热力学第二定律
引入熵的概念,讨论化学反应 的方向和限度,以及热力学第 二定律在化学反应中的应用。
材料相变热力学分析
相变现象与分类
阐述材料中常见的相变现象,如固-固 相变、固-液相变、液-气相变等,及 其分类方法。
相变热力学基础
材料相变热力学应用
举例说明相变热力学在材料制备、加 工、性能优化等方面的应用。
介绍相变过程中的热力学基础,如相 平衡条件、相变驱动力等。
材料热力学性质计算与模拟
热力学性质计算方法
微观尺度下热力学现象探索
微观尺度热力学概述
01
研究在微观尺度下,如纳米、分子等层面上的热力学现象和规
律。
微观尺度热力学理论
02
包括统计热力学、量子热力学等,用于揭示微观尺度下的热力
学本质和机制。Leabharlann 微观尺度热力学应用03
在纳米科技、生物医学、能源转换等领域有重要应用,如纳米
物理化学:第一章 热力学第一定律

始态A
途径I C
B 途径II
终态Y
基本概念
系统的变化过程分为:
A. 单纯p,V,T变化过程(p,V,T change process)
B. 相变化过程(phase transformation process)
C. 化学变化过程(chemical change process)
几种主要的p,V,T变化过程
学上是一次齐函数。(如n,V,U等)
2、强度性质(intensive properties):数值取决于体系自 身的特性,与体系的数量无关。不具有加和性。在数学上是 零次齐函数。(如p,T等)
一种广度性质 =强度性质, 另一种广度性质
如Vm=Vn
,b= m V
等
基本概念
3. 热力学平衡态(thermodynamical equilibrium state)
dz
(
z x
)
y
dx
( z y
)x
dy
dz 0
③ 状态方程(equation of state)
定义:体系状态函数之间的定量关系式。
理想气体
V= nRT p
基本概念
5. 过程与途径(process and path)
定义:当外界条件改变时,体系的状态随之发生变化,体系 从某一状态变为另一状态成为体系经历了热力学方程,简称 为过程。完整地描述一个过程,应当指明始态、终态,外界 条件及变化的具体步骤,变化的具体步骤称为途径。
特性:a 是状态的单值函数,状态一经确定,状态函数就有 确定的数值,而与体系到达状态前的历史无关。
b 状态变化,函数随之变化,变化取决于体系的始终态, 与途径无关。
c 状态函数的组合仍然是状态函数。 d 状态函数的微小变化,在数学上是全微分。
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b. 其研究对象是有足够大量质点的体系, 得到物质的宏观性质(故无需知物质 的结构),因而对体系的微观性质, 即个别或少数分子、原子的行为,热 力学无法解答。
c. 热力学所研究的变量中,没有时间 的概念,不涉及过程进行的速度问 题。热力学无法预测过程什么时候 发生、什么时候停止。(这对实用 的化学反应来讲显然是不够的,需 用化学动力学来解决)。
件。 * 这些问题的解决,将对生产和科研起巨大的作
用。
四、热力学的应用
1. 广泛性:只需知道体系的起始状态、 最终状态,过程进行的外界条件,就可 进行相应计算;而无需知道反应物质的 结构、过程进行的机理,所以能简易方 便地得到广泛应用。
2. 局限性:
a. 由于热力学无需知道过程的机理,所以 它对过程自发性的判断只能是知其然 而不知其所以然,只能停留在对客观 事物表面的了解而不知其内在原因;
2. 一定条件下某种过程能否自发进行,若 能进行,则进行到什么程度为止,即变 化的方向和限度问题。
二、热力学体系的基础(基石)
热力学的一切结论主要建立在两个经 验定律的基础之上,即热力学第一定 律和热力学第二定律(这是19世纪发 现的,后面将详细讲述)。
所谓经验定律,应有如下特征:
1. 是人类的经验总结,其正确性是由无 数次的实验事实所证实的;
2. 它不能从逻辑上或其他理论方法来加 以证明(不同于定理)。
20 世纪初,又发现了热力学第三定 律。虽然其作用远不如第一、第二 定律广泛,但对化学平衡的计算具 有重大的意义。
三、化学热力学
热力学在化学过程中的应用构成“化学 热力学”,其研究对象和内容:
1. 判断某一化学过程能否进行(自发); 2. 在一定过程所能取得的最大产量的条
第一章 热力学第一定律
§1.1 热力学概论
一、热力学的研究对象 热力学是研究能量相互转换过程中所应
遵循的规律的科学。 研究对象: 1. 各种物理变化、化学变化中所发生的能
量效应。
热力学发展初期,只涉及热和机械功间 的相互转换关系,这是由蒸汽机的发明和 使用引起的。现在,其他形式的能量如电 能、化学能、辐射能等等也纳入热力学研 究范围。