第11章热力学第一定律和热化学 复旦大学.ppt

物理化学
6/17/2018
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复旦大学化学系
§11−0 热力学研究内容和特点
㈠什么是热力学?
研究物质状态变化与其热功能关系的科学。
㈡研究的主要问题:
热运动中能量平衡
运动变化的方向和限度
㈢热力学的意义:
第一次给出了“运动方向”概念
无序化趋向:墨水扩散(经典热力学,熵增)
有序化趋向:自组织和生命体(现代热力学,开放体系)
方向的判断,控制的物理量是什么?
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特点:
宏观方法研究宏观性质
1)不研究内部结构
2)不涉及反应速率和机理
3)只研究大量分子集体宏观行为
特色:
1)只知其然而不知所以然
2)只知趋势而不问实现
3)不涉及分子具体行为
基本方法:
以热力学原理为基础,以演绎法为基本方法
解释化学现象和相关物理现象。
普适性
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体系与环境
例:甲醇挥发
环境:体系外其他部分,
与体系往往有能量、物质交换
其划分随需要而变
体系:研究的对象,
根据需要,划分的部分。
(物质+空间)
§11−1 热力学第一定律
㈠热力学基本概念
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三种体系
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X= F (状态)
热力学体系=宏观可测物理量
性质和状态
状态函数为状态单值函数
状态定,函数定;
函数变,状态变。
性质:反映体系状态的各个物理量
状态:所有物理量的总和
状态函数:体系的性质随体系状态变化
广度性质: X = f (n) , ., V,U,H,G,A…
强度性质: X = f (n), .,T,p,Vm,ρ...
两类性质:
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过程和途径
过程:状态=f (t)
等温过程,等容过程
等压过程,绝热过程
循环过程

途径:变化的具体方式
经历哪些过程?
始态:变化前状态
终态:变化后状态
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所有性质均不随时间变化
环境与体系脱离接触,体系各点性质不变
经典热力学是基于平衡态研究
过程前后均为平衡态或者可以用可逆过程连接的变化
热力学平衡
热平衡:体系内各部分温度相等
力学平衡:体系内、体系与环境无
不平衡力,宏观无物质移动
相平衡:体系内各相的分布不变
化学平衡:体系内各相的组成不变
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发现:
18世纪,热质论:热是物质中一种流体
1798,C Runford 服役巴伐利亚军队制造炮筒:摩擦生热
1840 s’ J Mayer 德国医生,消化食物维持体温
1840s’ Joule,热功当量实验
1 cal= J
证明能量转换关系
能量守恒定律:
能量多种形式,不生不灭,互相转化。
(二)热力学第一定律的表述
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体系内能增加=体系从环境吸热+环境对体系作功
第一定律:宏观体系,以热和功
表达能量守恒定律
数学表达式:
伴随着第一次工业革命:蒸汽机
U-内能(J)
W-环境对体系做功(+)
Q-体系从环境吸热(+)
积分式
微分式
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