热力学第一定律PPT课件
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研究化学变化、物理变化的热效应、方向和限度。
应用：药物合成，产率确定，药物有效成分的提取、 分离。
三、热力学的方法和局限性
① 优点：解决问题方便，只需知道体系的始、末态 及外界条件。
② 局限性：无法解释微观（原子、分子）体系的行 为，无法预测过程进行的速率和机理。
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境（system and surroundings）
状态函数：由系统状态所确定的各种热力学性质 （p、V、T、d、m、U）。
状态函数的特性：教材P. 7
练习题
1、判断下列说法是否正确？ ① 状态固定后状态函数都固定，反之亦然。 ② 状态改变后，状态函数一定都改变。
2、什么是状态函数？它有哪些基本特性？
热 力
p V
学
T
H = U + pV
状
U
F = U – TS
W<0
注意：功是过程量，与变化的途径有关（不是状态 函数）。微小量的功用δW表示。
功的分类：体积功（W）、非体积功（W΄）。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
——能量守恒与转化定律 1、自然界的一切物质都具有能量，能量有各种 不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式， 在转化中，能量的总数不变。
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）。
途径：完成一个过程的具体步骤。
途径1
理想气体 273 K, 10p
p外= 5p
途径2
途径3 理想气体 273 K, 5p
理想气体 273 K, p
p外= p
途径1：等温、可逆膨胀（p外= p – dp） 途径2：等温、恒外压膨胀（p外= p） 途径3：两步等温、恒外压膨胀
六、热和功（heat and work）
态
H
函
S
G = H - TS
数
F
G
状态方程： 状态函数之间的定量关系式。
理想气体状态方程： pV = nRT
范德华方程（实际气体）： (p + n2a/V2)(V - nb) = nRT
五、过程与途径（process and path）
过程：系统状态发生的变化称为过程。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3 T1 = 273.15 K
热：系统与环境之间由于存在温度差而传递的 能量。
热具有能量的量纲，单位：J，符号：Q 规定：系统吸热，Q > 0；系统放热，Q < 0
注意：热不是状态函数，热与过程变化的途径有 关（称作途径函数）。微小量的热以δQ表 示（不表示为dQ ）。
功：系统与环境间除热外，以其它形式传递的能量。 功的单位：J，符号：W 规定：环境对系统作功，W > 0；系统对环境作功，
四、状态函数与状态方程
（state function and state equations）
状态：系统各种性质的综合表现。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
状态1
状态2
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）
广度性质 广度性质
强度性质
V n
Vm
三、热力学平衡态（equilibrium state）
系统性质不随时间改变。 1. 热平衡：系统各部分的温度相等。 2. 力平衡：系统各部分之间的力相等。 3. 化学平衡：系统组成不随时间改变。 4. 相平衡：系统中各相组成和数量不随时间改变。
dU U dT U dV
T V
V T
三、热力学第一定律的数学表达式
ΔU = U2 - U1 = Q + W 微小表化：dU = δQ + δW 封闭系统的循环过程：ΔU = 0，Q = -W 孤立系统：ΔU = 0，Q = -W = 0
第四节 可逆过程与体积功
始态
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3 T2 = 273.15 K
终态
常见的热力学过程：教材P. 8 等温、等压、等容、绝热、循环过程
循环过程：始、终态相同，系统状态函数变化为零。
Δp = 0 ΔV = 0 ΔT = 0
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
2、第一类永动机是造不成的。
二、热力学能（thermodynamic energy）
热力学能（内能），是系统中物质的所有能量的总和。 符号：U，单位：J（kJ）。 U = ε分子平动能 + ε转动能 + ε振动能 + ε势能 + ε原子 + …
U是状态函数，是系统的广度性质。 对于封闭系统：U = f(T, V)
热力学第一定律
第一节 热力学概论
一、热力学研究的基本内容
——研究宏观物质间的关系。讨论物理、化学、 生物等各种过程中不同形式间的能量转换，以及 过程进行的方向和限度。
① 热力学第一定律：能量转化是守恒的。 ② 热力学第二定律：判断发生过程的方向和限度。 ③ 热力学第三定律：熵的绝对值定律。
二、化学热力学研究的内容
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。
δW Fdl pe Adl pedV
W
V2 V1
pedV
注意：不论系统膨胀或压缩，体积功
都用-pedV表示。 教材P. 10 例1-1
二、功与过程
1、自由膨胀（向真空膨胀，pe = 0）：
W
VFra Baidu bibliotek V1
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
p3 = 50662.5Pa V3 = 22.4 dm3
T3 = 136.58 K
其它过程：可逆、自发、相变、化学变化过程。
H2O(l,373 K, p ) H2O(g,373 K, p ) aA dD gG hH
pedV
0
2、恒定外压（pe = 常数）膨胀或压缩： (1) 一次膨胀或压缩
应用：药物合成，产率确定，药物有效成分的提取、 分离。
三、热力学的方法和局限性
① 优点：解决问题方便，只需知道体系的始、末态 及外界条件。
② 局限性：无法解释微观（原子、分子）体系的行 为，无法预测过程进行的速率和机理。
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境（system and surroundings）
状态函数：由系统状态所确定的各种热力学性质 （p、V、T、d、m、U）。
状态函数的特性：教材P. 7
练习题
1、判断下列说法是否正确？ ① 状态固定后状态函数都固定，反之亦然。 ② 状态改变后，状态函数一定都改变。
2、什么是状态函数？它有哪些基本特性？
热 力
p V
学
T
H = U + pV
状
U
F = U – TS
W<0
注意：功是过程量，与变化的途径有关（不是状态 函数）。微小量的功用δW表示。
功的分类：体积功（W）、非体积功（W΄）。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
——能量守恒与转化定律 1、自然界的一切物质都具有能量，能量有各种 不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式， 在转化中，能量的总数不变。
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）。
途径：完成一个过程的具体步骤。
途径1
理想气体 273 K, 10p
p外= 5p
途径2
途径3 理想气体 273 K, 5p
理想气体 273 K, p
p外= p
途径1：等温、可逆膨胀（p外= p – dp） 途径2：等温、恒外压膨胀（p外= p） 途径3：两步等温、恒外压膨胀
六、热和功（heat and work）
态
H
函
S
G = H - TS
数
F
G
状态方程： 状态函数之间的定量关系式。
理想气体状态方程： pV = nRT
范德华方程（实际气体）： (p + n2a/V2)(V - nb) = nRT
五、过程与途径（process and path）
过程：系统状态发生的变化称为过程。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3 T1 = 273.15 K
热：系统与环境之间由于存在温度差而传递的 能量。
热具有能量的量纲，单位：J，符号：Q 规定：系统吸热，Q > 0；系统放热，Q < 0
注意：热不是状态函数，热与过程变化的途径有 关（称作途径函数）。微小量的热以δQ表 示（不表示为dQ ）。
功：系统与环境间除热外，以其它形式传递的能量。 功的单位：J，符号：W 规定：环境对系统作功，W > 0；系统对环境作功，
四、状态函数与状态方程
（state function and state equations）
状态：系统各种性质的综合表现。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
状态1
状态2
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）
广度性质 广度性质
强度性质
V n
Vm
三、热力学平衡态（equilibrium state）
系统性质不随时间改变。 1. 热平衡：系统各部分的温度相等。 2. 力平衡：系统各部分之间的力相等。 3. 化学平衡：系统组成不随时间改变。 4. 相平衡：系统中各相组成和数量不随时间改变。
dU U dT U dV
T V
V T
三、热力学第一定律的数学表达式
ΔU = U2 - U1 = Q + W 微小表化：dU = δQ + δW 封闭系统的循环过程：ΔU = 0，Q = -W 孤立系统：ΔU = 0，Q = -W = 0
第四节 可逆过程与体积功
始态
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3 T2 = 273.15 K
终态
常见的热力学过程：教材P. 8 等温、等压、等容、绝热、循环过程
循环过程：始、终态相同，系统状态函数变化为零。
Δp = 0 ΔV = 0 ΔT = 0
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
2、第一类永动机是造不成的。
二、热力学能（thermodynamic energy）
热力学能（内能），是系统中物质的所有能量的总和。 符号：U，单位：J（kJ）。 U = ε分子平动能 + ε转动能 + ε振动能 + ε势能 + ε原子 + …
U是状态函数，是系统的广度性质。 对于封闭系统：U = f(T, V)
热力学第一定律
第一节 热力学概论
一、热力学研究的基本内容
——研究宏观物质间的关系。讨论物理、化学、 生物等各种过程中不同形式间的能量转换，以及 过程进行的方向和限度。
① 热力学第一定律：能量转化是守恒的。 ② 热力学第二定律：判断发生过程的方向和限度。 ③ 热力学第三定律：熵的绝对值定律。
二、化学热力学研究的内容
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。
δW Fdl pe Adl pedV
W
V2 V1
pedV
注意：不论系统膨胀或压缩，体积功
都用-pedV表示。 教材P. 10 例1-1
二、功与过程
1、自由膨胀（向真空膨胀，pe = 0）：
W
VFra Baidu bibliotek V1
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
p3 = 50662.5Pa V3 = 22.4 dm3
T3 = 136.58 K
其它过程：可逆、自发、相变、化学变化过程。
H2O(l,373 K, p ) H2O(g,373 K, p ) aA dD gG hH
pedV
0
2、恒定外压（pe = 常数）膨胀或压缩： (1) 一次膨胀或压缩