第五章热力学第一定律-1
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热力学第一定律总结
298 K时，H2(g)的∆cHmө = -285.83 kJ·mol-1, H2S(g)和 SO2(g)的∆fHmө分别为-20.63 kJ·mol-1和-296.83 kJ·mol-1。 求下列反应在498 K时的∆rUmө。已知水在373 K时的摩 尔蒸发焓∆vapHm (H2O, 373 K) = 40.668 kJ·mol-1. 2H2S (g) + 3O2 (g) = 2SO2 (g) + 2H2O(g)
其中，T2的值由理想气体绝热方程式(pVγ=C)求得。
3、Q的计算 、 的计算
• Q = ∆U – W • 如恒容，Q = ∆U • 如恒压，Q = ∆H
1. 绝热密闭体系里，以下过程的ΔU不等于零的是： A) 非理想气体混合 B) 白磷自燃 C) 乙醚挥发 D) 以上均为0 2.“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”。我国 春节有放鞭炮的习俗。在爆竹爆炸的过程中，以 下热力学量的符号表示正确的是(忽略点火时火柴 传递给引线的少量热量) ( ) A) Q<0，W<0，ΔU<0 B) Q<0，W=0，ΔU<0 C) Q=0，W<0，ΔU<0 D) Q=0，W=0，ΔU=0
nN2CV, m(N2)(T-T1) + nCuCV,误二： ∆U =∆UN2 + ∆UCu = 0
nN2CV, m(N2)*(T-T1) + nCuCV, m(Cu)*(T-T2) = 0
正确解法：
∆U =∆UN2 + ∆UCu = ∆UN2 + ∆HCu = 0 nN2CV, m(N2)*(T-T1) + nCuCp, m(Cu)*(T-T2) = 0
• 求火焰最高温度： Qp = 0, ΔH = 0 求火焰最高温度： • 求爆炸最高温度、最高压力：QV = 0, W = 0 求爆炸最高温度、最高压力： =0
第五章化学热力学基础
状态 （II）
U1
U2
U2 = U1 + Q + W
热力学第一定律数学表达式：
ΔU = U2 – U1 = Q + W （封闭体系） ●热力学第一定律： 能量具有不同的形式， 它们之间可以相互转化和传递，而且在转化 和传递过程中，能量的总值不变。
8
● Q与W的正负号：
体系从环境吸热，Q取＋；体系向环境放热，Q取－ 环境对体系做功，W取＋；体系对环境做功，W取－
第五章 化学热力学基础
•热力学：研究体系状态变化时能量相互转换规律的科 学。 其基础是 热力学第一定律 （主要基础）
热力学第二定律 热力学第三定律 •化学热力学：将热力学原理和方法用于研究化学现象 以及与化学有关的物理现象。 •主要研究内容 化学反应进行的方向 化学反应进行的限度 化学反应的热效应
1
MnO(s) + CO(g) = Mn(s) + CO2(g)的反应热rHm。
解：
(1) Mn(s) + 1/2 O2(g) = MnO(s) rH1 = fHm(MnO)
(2) C(s) + 1/2 O2(g) = CO(g) rH2 = fHm(CO)
(3) C(s) + O2(g) = CO2(g)
§5.1 热力学第一定律
一、基本概念与术语
1、体系与环境
• 体系（系统）：被划分出来作为研究对象的那 部分物质或空间。
• 环境：体系之外并与体系密切相关的其余部分。 体系可分为：• 敞开体系——体系与源自境之间既有物质交换又 有能量交换；
• 封闭体系——体系与环境之间没有物质交换只 有能量交换；
• 孤立体系——体系与环境之间既没有物质交换 也没有能量交换。
高二物理竞赛第五章热力学课件
热力学的发展与热机的使用和改造相联系,
热机是利用热来作功,提高效率, 1794 ~ 1840
η = 3 ~ 8%, 1824年卡诺提出获得最大效率
的理想循环.
p
*工质:用来吸热并对外作功物质
AB
C
一、循环过程:回到初始状态, P-V图上封闭曲线,特点ΔE=0, 闭合曲线,面积为循环净功.
正循环(顺时针)ABCDA,W>0
(严格说应为mc2)
•系统的内能是状态量.
❖ i 个自由度的一定质量(M)理想气体的内能 E M i RT Mmol 2
➢功和热量：物质能量转化和传递的过程量.
❖做功和传递热量均可以改变系统的内能.
例：一杯水通过加热或搅拌均可以升温.
开放系统 封闭系统 孤立系统
二、热力学第一定律： (重点内容)
在某一过程(系统状态的变化)中，若系统从外界吸热 Q，系统 对外界做功 W，系统内能由E1变为E2，则由能量守恒定律可知：
Q = (E2 – E1) + W
Q>0
吸热
Q<0
放热
E2E10 内能增加 W>0 系统对外界作功
E2E10 内能减少 W<0 外界对系统作功
➢ 对微小过程：
dQ = dE + dW
热机的效率。
每一种表述都反映了同一客观规律的某一方面，但是其实质是一
*低温获得:
大气
1.绝热膨胀; 2.绝热节流; 1 3.绝热汽化; 4.绝热去磁.
电冰箱原理:
压缩机,
冷凝器,
节流阀,
蒸发器.
节
冷凝器
流 阀
蒸发器
4
冷库
2 压缩机
3
无机化学-第五章-化学热力学基础
热力学数据表中给的一般是298K时的生成自由能 (fG)其单位是kJ·mol-1。
注:①G为广度性质,与参与过程的物质的量成正 比。
②逆过程G与正过程的G数值相等，符号相反。 等于各③反如应果一G个之反总应和是。多个反应的和，总反应的rG
化学热力学的四个重要状态函数
判断一个反应进行的方向时，如果： rG<0反应自发进行 rG>0反应不自发进行 rG=0平衡状态 当rG<0时(产物的G<反应物的G)该反应就自动 向生成产物的方向进行，在反应中反应物不断减 小而产物不断增加，G为广度性质，当G反应物=G产 物即rG=0时反应就不再朝一个方向进行了，这就 是化学反应的限度，即化学平衡。
状态函数。
化学热力学的四个重要状态函数
二、焓(H) 设一封闭体系在变化中只做体积功，不做其它功， 则U=Q+W中W代表体积功：-pV(N/m2×m3)
W=Fl=pSl=-pV
V=V2-V1 若体系变化是恒容过程(体积不变)，即没有体积功 则W=0，U=Qv Qv为恒容过程的热量，此式表示在不做体积功的 条件下体系在恒容过程中所吸收的热量全部用来增 加体系的内能。
我们可以从体系和环境间的热量传递来恒量体系 内部焓的变化。
如果化学反应的H为正值，表示体系从环境吸收 热能，称此反应为吸热反应。即：
∑H反应物<∑H生成物 ∑H(生成物－反应物)>0 如果化学反应的H为负值，则表示体系放热给环 境，称此反应为放热反应。即：
∑H反应物>∑H生成物 ∑H(生成物－反应物)<0
rG=-RTlnKa
此式只表示在等温下，rG与K平衡在数值上的关 系。
∴rG=-RTlnKa+RTlnJa
=RTln(Ja/Ka)
注:①G为广度性质,与参与过程的物质的量成正 比。
②逆过程G与正过程的G数值相等，符号相反。 等于各③反如应果一G个之反总应和是。多个反应的和，总反应的rG
化学热力学的四个重要状态函数
判断一个反应进行的方向时，如果： rG<0反应自发进行 rG>0反应不自发进行 rG=0平衡状态 当rG<0时(产物的G<反应物的G)该反应就自动 向生成产物的方向进行，在反应中反应物不断减 小而产物不断增加，G为广度性质，当G反应物=G产 物即rG=0时反应就不再朝一个方向进行了，这就 是化学反应的限度，即化学平衡。
状态函数。
化学热力学的四个重要状态函数
二、焓(H) 设一封闭体系在变化中只做体积功，不做其它功， 则U=Q+W中W代表体积功：-pV(N/m2×m3)
W=Fl=pSl=-pV
V=V2-V1 若体系变化是恒容过程(体积不变)，即没有体积功 则W=0，U=Qv Qv为恒容过程的热量，此式表示在不做体积功的 条件下体系在恒容过程中所吸收的热量全部用来增 加体系的内能。
我们可以从体系和环境间的热量传递来恒量体系 内部焓的变化。
如果化学反应的H为正值，表示体系从环境吸收 热能，称此反应为吸热反应。即：
∑H反应物<∑H生成物 ∑H(生成物－反应物)>0 如果化学反应的H为负值，则表示体系放热给环 境，称此反应为放热反应。即：
∑H反应物>∑H生成物 ∑H(生成物－反应物)<0
rG=-RTlnKa
此式只表示在等温下，rG与K平衡在数值上的关 系。
∴rG=-RTlnKa+RTlnJa
=RTln(Ja/Ka)
热力学第一定律
过程。
23
本章学习要求
• 掌握能量、热力系统储存能、热力学能、热量和功量 的概念，理解热量和功量是过程量而非状态参数。 • 理解热力学第一定律的实质能量守恒定律。 • 掌握稳定流动能量方程，能熟练运用稳定流动能量方 程对简单的工程问题进行能量交换的分析和计算。 • 掌握膨胀功、轴功、流动功和技术功的概念、计算及 它们之间的关系。 • 理解焓的定义式及其物理意义。 • 了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方 程的简化形式。
2. 宏观位能： Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
5
热力系总储存能：E ，单位为 J 或 kJ
E U Ek Ep
比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg
1 2 e u ek ep u cf gz 2
6
内动能-温度 热力学能 (内能U、u) 外储存能 内位能-比体积
∴流动功是一种特殊的功，其数值取决于
控制体进、出口界面上工质的热力状态。
14
根据热力学第一定律, 有 :
1 2 1 2 u1 cf 1 gz1 p1v1 q u2 cf 2 gz2 p2v2 ws 0 2 2
令 upv h，由于u、p、v都是状态参数,所以h也是 状态参数，称为比焓。
对一切热力系统和热力过程,有:
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化
8
二、闭口热力系的能量方程
如图: Q=△U+W 对微元过程： Q QdUW 或 qduw 即： 热力系获得热量= 增加的热力学能+膨胀做功 对于可逆过程 : qdupdv 或
ΔU
W
qu pdv
23
本章学习要求
• 掌握能量、热力系统储存能、热力学能、热量和功量 的概念，理解热量和功量是过程量而非状态参数。 • 理解热力学第一定律的实质能量守恒定律。 • 掌握稳定流动能量方程，能熟练运用稳定流动能量方 程对简单的工程问题进行能量交换的分析和计算。 • 掌握膨胀功、轴功、流动功和技术功的概念、计算及 它们之间的关系。 • 理解焓的定义式及其物理意义。 • 了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方 程的简化形式。
2. 宏观位能： Ep ，单位为 J 或 kJ
Ep mgz
5
热力系总储存能：E ，单位为 J 或 kJ
E U Ek Ep
比储存能：e ，单位为 J/kg 或 kJ /kg
1 2 e u ek ep u cf gz 2
6
内动能-温度 热力学能 (内能U、u) 外储存能 内位能-比体积
∴流动功是一种特殊的功，其数值取决于
控制体进、出口界面上工质的热力状态。
14
根据热力学第一定律, 有 :
1 2 1 2 u1 cf 1 gz1 p1v1 q u2 cf 2 gz2 p2v2 ws 0 2 2
令 upv h，由于u、p、v都是状态参数,所以h也是 状态参数，称为比焓。
对一切热力系统和热力过程,有:
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化
8
二、闭口热力系的能量方程
如图: Q=△U+W 对微元过程： Q QdUW 或 qduw 即： 热力系获得热量= 增加的热力学能+膨胀做功 对于可逆过程 : qdupdv 或
ΔU
W
qu pdv
热力学第一定律
稳定流动时必有
m1 m2 m
ECV 0
热流科学与工程系
稳定系统的能量分析： 进入系统的能量：
1 Q E1 p1V1 Q (U1 m1c12 m1 gz1 ) p1V1 2 离开系统的能量： 1 2 E2 p2V2 Wsh (U 2 m2c2 m2 gz2 ) p2V2 Wsh 2
燃气轮机装置如图所示。已知在截面1处 h1=286 kJ/kg的燃 料与空气的混合物以 20 m/s 的速度进入燃烧室，在定压下燃烧， 相当于从外界获得热量q=879 kJ/kg。燃烧后的燃气在喷管中绝 热膨胀到 3， h3=502kJ/kg.流速增加到 c3 。然后燃气推动叶轮 转动作功。若燃气推动叶轮时热力状态不变，只是流速降低。 离开燃气轮机的速度 c4 =150 m/s.试求： (1) 燃气在喷管出口的流速c3 ;
若过程可逆
q h vdp
1
2
q dh vdp Q dH Vdp
Q H Vdp
1
2
热流科学与工程系
3、一般开口系统的能量方程
在dτ间内 进入系统的能量：
Q dE1 p1dV1
离开系统的能量：
dE2 p2 dV2 Wsh
系统能量的增加： dEsy,CV 代入能量方程, 整理后得
对于一个循环
Q U pdV
1
2
q u pdv
1
2
Q dU W
由于 dU 0 所以
Qnet dQ dW Wnet qnet dq dq qnet
热流科学与工程系
2、开口系统的能量方程式
(1)、稳定流动系统的能量方程 稳定流动： 流动过程中开口系内部的状态参数（热力学参数和动 力学参数）不随时间变化的流动称为稳定流动。
m1 m2 m
ECV 0
热流科学与工程系
稳定系统的能量分析： 进入系统的能量：
1 Q E1 p1V1 Q (U1 m1c12 m1 gz1 ) p1V1 2 离开系统的能量： 1 2 E2 p2V2 Wsh (U 2 m2c2 m2 gz2 ) p2V2 Wsh 2
燃气轮机装置如图所示。已知在截面1处 h1=286 kJ/kg的燃 料与空气的混合物以 20 m/s 的速度进入燃烧室，在定压下燃烧， 相当于从外界获得热量q=879 kJ/kg。燃烧后的燃气在喷管中绝 热膨胀到 3， h3=502kJ/kg.流速增加到 c3 。然后燃气推动叶轮 转动作功。若燃气推动叶轮时热力状态不变，只是流速降低。 离开燃气轮机的速度 c4 =150 m/s.试求： (1) 燃气在喷管出口的流速c3 ;
若过程可逆
q h vdp
1
2
q dh vdp Q dH Vdp
Q H Vdp
1
2
热流科学与工程系
3、一般开口系统的能量方程
在dτ间内 进入系统的能量：
Q dE1 p1dV1
离开系统的能量：
dE2 p2 dV2 Wsh
系统能量的增加： dEsy,CV 代入能量方程, 整理后得
对于一个循环
Q U pdV
1
2
q u pdv
1
2
Q dU W
由于 dU 0 所以
Qnet dQ dW Wnet qnet dq dq qnet
热流科学与工程系
2、开口系统的能量方程式
(1)、稳定流动系统的能量方程 稳定流动： 流动过程中开口系内部的状态参数（热力学参数和动 力学参数）不随时间变化的流动称为稳定流动。
化工热力学：第五章 化工过程热力学分析
5.1.3稳流体系热力学第一定律
根据能量守恒原理： 进入体系能量=离开体系能量+体系内积累的能量 ∵ 稳定流动体系无能量的积累
∴ E1 ＋Q＋W = E2 E2－E1 ＝Q＋W
(U2-U1)+(u22-u22)/2+g(Z2-Z1)=Q＋W ΔU＋Δu2/2＋gΔZ＝Q＋W （5-5）
5.1.3稳流体系热力学第一定律
5.1.2 封闭体系热力学第一定律
封闭体系只有能量交 换，无物质交换，故 与物质交换有关的动 能和势能变化为零
ΔU＋ΔEk +ΔEp＝Q＋W
ΔU＝Q＋W
5.1.3稳流体系热力学第一定律
稳定流动 敞开体系 稳定、连续、流进、流
出，不随时间变化，没 有能量和物料的积累。 化工过程中最常用
不能用ΔU＝Ｑ+Ｗ来表达!!!
5.1.3稳流体系热力学第一定律
以1Kg为基准!!! Q为体系吸收的热量 W为体系与环境交换
的功。
截面1的能量E1 E1 = U1 + gZ1+ u12/2
截面2的能量E2 E2 = U2 + gZ2+ u22/2
A1
u1
1
P1,V1,Z1,u1
Z1
Ws
Q
A2
u2
P2,V2,Z2,u2
2 Z2
Vdp udu gdz Ws,rev 稳流过程的可逆轴功
两边积分，并令V＝1/ρ，当与环境无轴功交换时：
p u2 gz 0
2
柏努利方程
其中： Ws,rev Vdp
Ws,rev
p2 Vdp
p1
5.1.3 稳流体系热力学第一定律
稳流过程的可逆轴功计算公式：
热力学第一定律
= PdV
A=
∫
V2
V1
pdV
7
A =
∫ dA = ∫
V2
V1
pdV
dV > 0, dA > 0, 系统对外作正功；
dV < 0,dA < 0, 系统对外作负功；
dV = 0,dA = 0, 系统不作功。
A = ∫ pdV
V1
V2
由积分意义可知，功的大小等于p—V 图上过程 曲线p(V)下的面积。功的数值不仅与初态和末 态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功 8 与过程的路径有关.
QT 热源 Q V
等容过程
热源 QP
等压过程
T 恒温大 V
6
三、功 热量 内能 dx 1功 如图示的热力学系统： P S 若过程为无摩擦的准静 态过程 活塞迎着气体一侧的面积为S气体膨胀推动活塞对 外作功：
dA =
当系统体积从 V1→ V2，系统对外界作功：
F Fdx = S Sdx
在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作 功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。 22
四、绝热过程
系统在状态变化过程中始终与外界没有热交换。
绝热膨胀过程中，系统对外作的功，是靠内能减少实 现的，故温度降低；绝热压缩过程中，外界对气体作 功全部用于增加气体内能，故温度上升。 绝热过程方程: 气体绝热自由膨胀 Q=0， A=0，△E=0
14
Q=∫
V2
V1
i pdV + νR(T2 − T1 ) 2
Q = ( E 2 − E 1) + A = ∆ E + A
热力学第一定律，是包含热量在内的能量守恒定律。
Q>0 Q<0
《热学》第四章和第五章复习
第四章 热力学第一定律 基本要求一、 可逆和不可逆过程 （1）准静态过程（2）理解什么是可逆过程，什么是不可逆过程.知道只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。
二、 功和热量 （1）明确功是在力学相互作用过程中能量转移，热量是在热学相互作用过程中的能量的转移，它们都是过程量，它们都是过程量。
知道“作功”是通过物体宏观位移来完成；而“热传递”是通过分子之间的相互作用来完成。
（2）知道功有正负，熟练掌握从体积膨胀功微分表达式pdV W d -=出发计算体积膨胀功。
从几何上理解功的大小等于p-V 图上热力学过程曲线下面的面积。
三、热力学第一定律（1）知道能量守恒与转化定律应用到热学中就是热力学第一定律。
明确热力学第一定律是把内能、功和热量这三个具有能量量纲的物理量结合在一个方程中：即 W Q U +=∆； （2）一微小过程中热力学第一定律表示为：W d Q d dU +=；对于准静态过程热力学第一定律表示为：pdV Q d dU -=（3）内能是态函数，内能一般应是温度和体积的函数。
内能应当包含分子的热运动动能和分子之间的相互作用势能，也应包括分子内部的能量；在热学中的内能一般不包括系统做整体运动的机械能。
四、热容和焓（1）知道热容的定义、热容是过程量、热容与物体的量有关。
（2）知道焓的定义pV U H +=;知道焓的物理意义。
五、热力学第一定律对理想气体的应用（1）知道焦耳定律；即理想气体的内能仅是温度的函数；知道理想气体的焓也只是温度的函数。
内能和焓的微分可分别表示为：dT C dU m V ,ν=；dT C dH m p ,ν=；这两个公式适用于理想气体任何过程。
（2）理想气体的准静态过程的热力学第一定律可表示为pdV dT C dQ m V +=,ν；利用上式可得迈耶公式：R C C m V m p =-,,ν；（3）会熟练利用热力学第一定律处理一些常见热力学过程。
（4）会推导准静态绝热过程方程，熟记并会熟练利用绝热过程方程，同时应知道绝热过程方程的适用条件。
现代化学基础第五章_热力学第一定律_习题课
3 （2）U = nCV .m (T2－T1 ) = 1× R × (136.5 273) = 1702J 2 3 H = nC p.m (T2－T1 ) = 1 × ( R + R) × (136.5 273) = 2837J 2 V2 K nRT nRT 2 （3）功的计算：W = ∫ pdV 因为pT = 常数 = K，p = ,V = = V1 T p K nR 2 2nRT 所以dV = dT = dT，将p与dV 代入功的计算式，得 K K T2 K 2nRT T2 W = ∫ pdV = ∫ dT = ∫ 2nRdT = -2nRT = {2 × 1 × 8.314 × (136.5 273)} J = －2270J T1 T T1 K
解：
Q p－QV = ng）RT （
(2)（1-3） 8.314 × 298.15 J = -4958 J (3)（2- 2） 8.314 × 298.15J = 0 × ×
(1) 2-1） 8.314 × 298.15 J = 2479J （ ×
13. 已知下列两个反应：求298 K时水的标准摩尔汽化 已知下列两个反应： 时水的标准摩尔汽化 热。
W = p外V = 97.272 × 103 Pa × (1.5 × 103 1.2 × 103 )m3 = 29.2J
U = Q + W = 800J + (29.2)J = 770.8J
3.理想气体等温可逆膨账，体积从V1膨胀至 理想气体等温可逆膨账，体积从 膨胀至10V1，对 理想气体等温可逆膨账 外作了41.85kJ的功， 若气体的量为 的功， 外作了 的功 若气体的量为2mol ，始态压 力为202.65kPa。试求系统的温度、体积 。 。试求系统的温度、 力为 分析： V ，T=？已知：P，W，n ？已知： ， ， 分析： 解： W = nRT ln V1
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5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
热力学基本概念 热力学第一定律 等容热、 等容热、等压热 热容 热力学第一定律对理想气体的应用 热化学 焓变的计算
什么是热力学？ 什么是热力学？ 专门研究自然界各种形式的能量相互转化规律的科学 专门研究自然界各种形式的能量相互转化规律的科学 能量相互转化 什么是化学热力学？ 什么是化学热力学？ 热力学 早期， 早期，热力学的应用还局限于热能同机械能间的 相互转化和利用，随着生产和科学的发展， 相互转化和利用，随着生产和科学的发展，热力 学的研究范围逐渐扩展到其它科学领域， 化学、 学的研究范围逐渐扩展到其它科学领域，如：化学、 地学、生物等等学科，当热力学应用于化学 化学时就称化 地学、生物等等学科，当热力学应用于化学时就称化 学热力学。那什么叫化学热力学呢？ 学热力学。那什么叫化学热力学呢？ 化学热力学就是将热力学的基本原理、定律、 化学热力学就是将热力学的基本原理、定律、 就是将热力学的基本原理 方法去研究化学过程及伴随这些过程而发生的能 量变化。 量变化。
1.绝热体系如何实现？ 1.绝热体系如何实现？ 绝热体系如何实现 2.锌和稀盐酸反应生成氢气和氯化锌是开放体系 2.锌和稀盐酸反应生成氢气和氯化锌是开放体系 还是封闭体系？ 还是封闭体系？
2. 相
系统还有一种分类法：单相系统，多相系统（ 系统还有一种分类法：单相系统，多相系统（非均 系统中任何物理和化学性质完全相同的 完全相同的、 相）系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀 部分称为相。根据相的概念，系统可分为： 部分称为相。根据相的概念，系统可分为：
思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商 思考 即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理 量。由此可以得出什么结论？
力和面积都是广度性质的物理量。结论是两 答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两 个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理 量。
两者的关系： 两者的关系： 每单位广度性质即强度性质
举典型例子， 举典型例子，说明热力学在化学中的应用
b. 人造金刚石： C（石墨）→C（金刚石） 人造金刚石： （石墨） （金刚石） 由热力学知道P>15000P° 时，才有可能； 才有可能； 由热力学知道 ° 今天已实现了这个转变（ 今天已实现了这个转变（60000P°，1000℃， ° ℃ 催化剂） 催化剂）
西安——乌鲁木齐（自驾，火车，飞机） 乌鲁木齐（自驾，火车，飞机） 西安 乌鲁木齐
状态函数的特征
★ 体系状态一定，状态函数有一定的值； 体系状态一定，状态函数有一定的值； ★ 体系状态变化时，状态函数的变化只决定于体系的 体系状态变化时，
态和终态，而与变化的途径无关； 始 态和终态，而与变化的途径无关；
• 系统与环境间往往要进行物质和能量的交换而发 生联系。按交换情况的不同，系统可分为三种类 型。 • （1） 敞开系统 ） 敞开系统(open system)：系统和环境之间 ： 既有物质的交换又有能量的交换。 既有物质的交换又有能量的交换。 (2）封闭系统 ）封闭系统(closed system)：系统和环境之间 ： 没有物质的交换只有能量的交换。 没有物质的交换只有能量的交换。 • （3）孤立系统 ）孤立系统(isolated system)：系统和环境之 ： 间既没有物质的交换又没有能量的交换。 间既没有物质的交换又没有能量的交换。
的数值 •
一
定，那么状态函数的变化值（∆X）就只有唯一
（∆X= X2 - X1） ∆X= ★
不会因始态至终态所经历的具体过程不同而改 变。这是状态函数的重要特性。温度、压力 温度、 温度 体积等，都是状态函数的实例。 体积
两个例子 某气体 300K 300K 300K 300K 始态 298K 298K 始态 272K 398K
状态函数在数学上具有全微分的性质。 状态函数在数学上具有全微分的性质。
状态函数的性质
广度性质(亦称容量性质 亦称容量性质) ★广度性质 亦称容量性质 此种性质的量值随体系中物质的总量而变， 此种性质的量值随体系中物质的总量而变，具有 加合性。如体积、质量、 热力学能、 加合性。如体积、质量、熵、焓、热力学能、吉 布斯函数等。 有关。 布斯函数等。与n有关。 有关
系统中相数、组分的确定 系统中相数、组分的确定 相数
气 相 固 相
H 2O( g ) ＋ air
H 2O (s) (s
NaCl (溶液), H 2O(l )
液 相
2. 系统的性质和状态 1）定义： ）定义： 状态：系统一系列性质的综合表现。 状态：系统一系列性质的综合表现。 性质：描述状态的宏观物理量。 性质：描述状态的宏观物理量。 几何：体积、面积 几何：体积、 力学：压力、表面张力、 力学：压力、表面张力、密度 电磁：电流、 电磁：电流、电流强度 化学：摩尔、 化学：摩尔、摩尔分数 热力学：温度、 内能、 功焓、 热力学：温度、熵、内能、焓、功焓、自由能
★ 体系恢复到始态，状态函数恢复原值。 体系恢复到始态，状态函数恢复原值。
状态一定，其值一定； 状态一定，其值一定； 殊途同归，变化为等； 殊途同归，变化为等； 周而复始，变化为零； 周而复始，变化为零； 相互联系，相互制约。 相互联系，相互制约。
★ 如果状态发生变化，只要终态(X2) 和始态(X1)
★强度性质
此种性质的数值不随体系中物质的总量而变， 此种性质的数值不随体系中物质的总量而变， 它仅由体系中物质本身的特性所决定， 它仅由体系中物质本身的特性所决定，也就是没有 加合性。 无关。 加合性。与n无关。 无关 如压强、温度、密度、粘度等就是强度性质。 如压强、温度、密度、粘度等就是强度性质。
★描写一个系统，必须确定它的一系列物理、化 学性质，例如温度、压力、质量、体积、组成、 能量和聚集态等，这些性质的总和，就决定了 系统的状态。 例：理想气体的状态，通常可用p、V、T和 n 四 个物理量来描写，其函数形式就是理想气体状态 方程式 pV=nRT。 （单相系统n固定，只需确定p，V，T中两个函数 值，即可确定另一个函数量）
性质
3.状态、状态函数： 状态：系统处于一定状态，则表现出一定压力 、 状态：系统处于一定状态，则表现出一定压力p、体积 V、温度 、质量 等宏观性质的综合表现。 等宏观性质的综合表现。 、温度T、质量m等宏观性质的综合表现 状态函数：系统处于一定状态， 状态函数：系统处于一定状态，所表现出来的性质 描述系统状态的物理量） ：p、V、T、m、U（描述系统状态的物理量） 、 、 、 、 系统状态一定 x 系统宏观性质（状态函数） 的取值就随之确定 f (x)
V = Vm n
Cp n
= Cp,m
广度性质÷广度性质＝ 广度性质÷广度性质＝强度性质
m =ρ V
广度性质×强度性质＝ 广度性质×强度性质＝广度性质
常见热力学状态函数 压强 p 体积 V 温度 T 质量 m 热力学能（内能） 热力学能（内能） U 焓H 熵S 吉布斯函数 G 思考： 思考：功、热是否为状态函数？ 热是否为状态函数？
例：人的状态
状态函数的重要特性： 状态函数的重要特性：
a.单值性： 单值性： 单值性 体系的状态与体系的状态函数的组合之间具有 一一对应的关系
nRT V= p
b.状态函数的增量只决定于系统的始态和终态，而 状态函数的增量只决定于系统的始态和终态， 状态函数的增量只决定于系统的始态和终态 与路径无关 ∆T = T2-T1
本节内容
热力学基本概念 系统 环境 相 状态函数 过程 途径 功 热
热力学基本概念
1. 系统和环境 1）定义： ）定义： 体系：研究的对象，它包括一部分的物质 物质和 体系：研究的对象，它包括一部分的物质和空间 。 a) 是宏观系统； 宏观系统 系统； 体系要占有空 特点： 特点： b) 体系要占有空间； c) 系统是多种多样的，可以是气液 多样的 系统是多种多样 固及多个相的体系。 固及多个相的体系。
环境：指系统以外与体系密切相关的部分。 环境：指系统以外与体系密切相关的部分。
a) 系统与环境之间有确切的界面； 系统与环境之间有确切的界面； 确切的界面 这种界面可以是真实 真实的 特点： 特点： b) 这种界面可以是真实的，也可以 虚构的 是虚构的； c) 系统与环境的划分不是固定不变 的。 环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。 环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。
2. 热力学应用于研究化学 热力学应用于研究化学——化学热力学 化学热力学 把热力学中的基本原理用来研究化学现象 及与化学有关的物理现象——化学热力学。 化学热力学。 及与化学有关的物理现象 化学热力学 化学变化中的能量的转变，反应的热效应 化学变化中的能量的转变，反应的热效应—— 热力学第一定律的应用。 热力学第一定律的应用。 化学变化的方向和限度——热力学第二定律的 热力学第二定律的 化学变化的方向和限度 应用。 应用。
优点和局限性
热力学只研究体系的始终态 根据始终态的性质而得到可靠的结果； 根据始终态的性质而得到可靠的结果； 不考虑变化中的细节；不考虑物质内部的 不考虑变化中的细节； 结构因素； 结构因素； 不考虑时间因素； 不考虑时间因素； 不能解释变化发生的原因； 不能解释变化发生的原因； 只能处理平衡态； 只能处理平衡态； 不能解决过程的速率问题。 不能解决过程的速率问题。
单相（均匀） 单相（均匀）系统 多相（不均匀） 多相（不均匀）系统
相与相之间有明确的界面。 相与相之间有明确的界面。
1
气体： 气体：气体物质及其混合物，一般为均匀的单相；
பைடு நூலகம்
液体： 2 液体： a. 液体物质，如相互溶解，则形成一个相； b. 如互不相溶，混合时，则形成有明显界面分开的 两个液相或多个液相； 前者如酒精与水，后者如四氯化碳和水的情况。 固体： 3 固体： 固态物质较为复杂，它有晶态和非晶态之 分，晶态中又有多种结构，分属不同的相。一般一种 物质有一相。
热力学基本概念 热力学第一定律 等容热、 等容热、等压热 热容 热力学第一定律对理想气体的应用 热化学 焓变的计算
什么是热力学？ 什么是热力学？ 专门研究自然界各种形式的能量相互转化规律的科学 专门研究自然界各种形式的能量相互转化规律的科学 能量相互转化 什么是化学热力学？ 什么是化学热力学？ 热力学 早期， 早期，热力学的应用还局限于热能同机械能间的 相互转化和利用，随着生产和科学的发展， 相互转化和利用，随着生产和科学的发展，热力 学的研究范围逐渐扩展到其它科学领域， 化学、 学的研究范围逐渐扩展到其它科学领域，如：化学、 地学、生物等等学科，当热力学应用于化学 化学时就称化 地学、生物等等学科，当热力学应用于化学时就称化 学热力学。那什么叫化学热力学呢？ 学热力学。那什么叫化学热力学呢？ 化学热力学就是将热力学的基本原理、定律、 化学热力学就是将热力学的基本原理、定律、 就是将热力学的基本原理 方法去研究化学过程及伴随这些过程而发生的能 量变化。 量变化。
1.绝热体系如何实现？ 1.绝热体系如何实现？ 绝热体系如何实现 2.锌和稀盐酸反应生成氢气和氯化锌是开放体系 2.锌和稀盐酸反应生成氢气和氯化锌是开放体系 还是封闭体系？ 还是封闭体系？
2. 相
系统还有一种分类法：单相系统，多相系统（ 系统还有一种分类法：单相系统，多相系统（非均 系统中任何物理和化学性质完全相同的 完全相同的、 相）系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀 部分称为相。根据相的概念，系统可分为： 部分称为相。根据相的概念，系统可分为：
思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商 思考 即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理 量。由此可以得出什么结论？
力和面积都是广度性质的物理量。结论是两 答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两 个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理 量。
两者的关系： 两者的关系： 每单位广度性质即强度性质
举典型例子， 举典型例子，说明热力学在化学中的应用
b. 人造金刚石： C（石墨）→C（金刚石） 人造金刚石： （石墨） （金刚石） 由热力学知道P>15000P° 时，才有可能； 才有可能； 由热力学知道 ° 今天已实现了这个转变（ 今天已实现了这个转变（60000P°，1000℃， ° ℃ 催化剂） 催化剂）
西安——乌鲁木齐（自驾，火车，飞机） 乌鲁木齐（自驾，火车，飞机） 西安 乌鲁木齐
状态函数的特征
★ 体系状态一定，状态函数有一定的值； 体系状态一定，状态函数有一定的值； ★ 体系状态变化时，状态函数的变化只决定于体系的 体系状态变化时，
态和终态，而与变化的途径无关； 始 态和终态，而与变化的途径无关；
• 系统与环境间往往要进行物质和能量的交换而发 生联系。按交换情况的不同，系统可分为三种类 型。 • （1） 敞开系统 ） 敞开系统(open system)：系统和环境之间 ： 既有物质的交换又有能量的交换。 既有物质的交换又有能量的交换。 (2）封闭系统 ）封闭系统(closed system)：系统和环境之间 ： 没有物质的交换只有能量的交换。 没有物质的交换只有能量的交换。 • （3）孤立系统 ）孤立系统(isolated system)：系统和环境之 ： 间既没有物质的交换又没有能量的交换。 间既没有物质的交换又没有能量的交换。
的数值 •
一
定，那么状态函数的变化值（∆X）就只有唯一
（∆X= X2 - X1） ∆X= ★
不会因始态至终态所经历的具体过程不同而改 变。这是状态函数的重要特性。温度、压力 温度、 温度 体积等，都是状态函数的实例。 体积
两个例子 某气体 300K 300K 300K 300K 始态 298K 298K 始态 272K 398K
状态函数在数学上具有全微分的性质。 状态函数在数学上具有全微分的性质。
状态函数的性质
广度性质(亦称容量性质 亦称容量性质) ★广度性质 亦称容量性质 此种性质的量值随体系中物质的总量而变， 此种性质的量值随体系中物质的总量而变，具有 加合性。如体积、质量、 热力学能、 加合性。如体积、质量、熵、焓、热力学能、吉 布斯函数等。 有关。 布斯函数等。与n有关。 有关
系统中相数、组分的确定 系统中相数、组分的确定 相数
气 相 固 相
H 2O( g ) ＋ air
H 2O (s) (s
NaCl (溶液), H 2O(l )
液 相
2. 系统的性质和状态 1）定义： ）定义： 状态：系统一系列性质的综合表现。 状态：系统一系列性质的综合表现。 性质：描述状态的宏观物理量。 性质：描述状态的宏观物理量。 几何：体积、面积 几何：体积、 力学：压力、表面张力、 力学：压力、表面张力、密度 电磁：电流、 电磁：电流、电流强度 化学：摩尔、 化学：摩尔、摩尔分数 热力学：温度、 内能、 功焓、 热力学：温度、熵、内能、焓、功焓、自由能
★ 体系恢复到始态，状态函数恢复原值。 体系恢复到始态，状态函数恢复原值。
状态一定，其值一定； 状态一定，其值一定； 殊途同归，变化为等； 殊途同归，变化为等； 周而复始，变化为零； 周而复始，变化为零； 相互联系，相互制约。 相互联系，相互制约。
★ 如果状态发生变化，只要终态(X2) 和始态(X1)
★强度性质
此种性质的数值不随体系中物质的总量而变， 此种性质的数值不随体系中物质的总量而变， 它仅由体系中物质本身的特性所决定， 它仅由体系中物质本身的特性所决定，也就是没有 加合性。 无关。 加合性。与n无关。 无关 如压强、温度、密度、粘度等就是强度性质。 如压强、温度、密度、粘度等就是强度性质。
★描写一个系统，必须确定它的一系列物理、化 学性质，例如温度、压力、质量、体积、组成、 能量和聚集态等，这些性质的总和，就决定了 系统的状态。 例：理想气体的状态，通常可用p、V、T和 n 四 个物理量来描写，其函数形式就是理想气体状态 方程式 pV=nRT。 （单相系统n固定，只需确定p，V，T中两个函数 值，即可确定另一个函数量）
性质
3.状态、状态函数： 状态：系统处于一定状态，则表现出一定压力 、 状态：系统处于一定状态，则表现出一定压力p、体积 V、温度 、质量 等宏观性质的综合表现。 等宏观性质的综合表现。 、温度T、质量m等宏观性质的综合表现 状态函数：系统处于一定状态， 状态函数：系统处于一定状态，所表现出来的性质 描述系统状态的物理量） ：p、V、T、m、U（描述系统状态的物理量） 、 、 、 、 系统状态一定 x 系统宏观性质（状态函数） 的取值就随之确定 f (x)
V = Vm n
Cp n
= Cp,m
广度性质÷广度性质＝ 广度性质÷广度性质＝强度性质
m =ρ V
广度性质×强度性质＝ 广度性质×强度性质＝广度性质
常见热力学状态函数 压强 p 体积 V 温度 T 质量 m 热力学能（内能） 热力学能（内能） U 焓H 熵S 吉布斯函数 G 思考： 思考：功、热是否为状态函数？ 热是否为状态函数？
例：人的状态
状态函数的重要特性： 状态函数的重要特性：
a.单值性： 单值性： 单值性 体系的状态与体系的状态函数的组合之间具有 一一对应的关系
nRT V= p
b.状态函数的增量只决定于系统的始态和终态，而 状态函数的增量只决定于系统的始态和终态， 状态函数的增量只决定于系统的始态和终态 与路径无关 ∆T = T2-T1
本节内容
热力学基本概念 系统 环境 相 状态函数 过程 途径 功 热
热力学基本概念
1. 系统和环境 1）定义： ）定义： 体系：研究的对象，它包括一部分的物质 物质和 体系：研究的对象，它包括一部分的物质和空间 。 a) 是宏观系统； 宏观系统 系统； 体系要占有空 特点： 特点： b) 体系要占有空间； c) 系统是多种多样的，可以是气液 多样的 系统是多种多样 固及多个相的体系。 固及多个相的体系。
环境：指系统以外与体系密切相关的部分。 环境：指系统以外与体系密切相关的部分。
a) 系统与环境之间有确切的界面； 系统与环境之间有确切的界面； 确切的界面 这种界面可以是真实 真实的 特点： 特点： b) 这种界面可以是真实的，也可以 虚构的 是虚构的； c) 系统与环境的划分不是固定不变 的。 环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。 环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。
2. 热力学应用于研究化学 热力学应用于研究化学——化学热力学 化学热力学 把热力学中的基本原理用来研究化学现象 及与化学有关的物理现象——化学热力学。 化学热力学。 及与化学有关的物理现象 化学热力学 化学变化中的能量的转变，反应的热效应 化学变化中的能量的转变，反应的热效应—— 热力学第一定律的应用。 热力学第一定律的应用。 化学变化的方向和限度——热力学第二定律的 热力学第二定律的 化学变化的方向和限度 应用。 应用。
优点和局限性
热力学只研究体系的始终态 根据始终态的性质而得到可靠的结果； 根据始终态的性质而得到可靠的结果； 不考虑变化中的细节；不考虑物质内部的 不考虑变化中的细节； 结构因素； 结构因素； 不考虑时间因素； 不考虑时间因素； 不能解释变化发生的原因； 不能解释变化发生的原因； 只能处理平衡态； 只能处理平衡态； 不能解决过程的速率问题。 不能解决过程的速率问题。
单相（均匀） 单相（均匀）系统 多相（不均匀） 多相（不均匀）系统
相与相之间有明确的界面。 相与相之间有明确的界面。
1
气体： 气体：气体物质及其混合物，一般为均匀的单相；
பைடு நூலகம்
液体： 2 液体： a. 液体物质，如相互溶解，则形成一个相； b. 如互不相溶，混合时，则形成有明显界面分开的 两个液相或多个液相； 前者如酒精与水，后者如四氯化碳和水的情况。 固体： 3 固体： 固态物质较为复杂，它有晶态和非晶态之 分，晶态中又有多种结构，分属不同的相。一般一种 物质有一相。