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热一定律总结一、 通用公式ΔU = Q + W绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W ’=0)：W = 0，ΔU = Q V恒压(W ’=0)：W =-p ΔV =-Δ(pV )，ΔU = Q -Δ(pV ) ΔH = Q p 恒容+绝热(W ’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W ’=0) ：ΔH = 0焓的定义式：H = U + pV ΔH = ΔU + Δ(pV )典型例题：思考题第3题，第4题。
二、 理想气体的单纯pVT 变化恒温：ΔU = ΔH = 0变温： 或或如恒容，ΔU = Q ，否则不一定相等。
如恒压，ΔH = Q ，否则不一定相等。
C p , m – C V , m = R双原子理想气体：C p , m = 7R /2, C V , m = 5R /2 单原子理想气体：C p , m = 5R /2, C V , m = 3R /2典型例题：思考题第2,3,4题书、三、 凝聚态物质的ΔU 和ΔH 只和温度有关或ΔU = n C V,T 2 T 1∫ΔH = nC p, T 2 T 1∫ΔU = nC V, ΔH = nC p, ΔU ≈ ΔH = n C p, m d T T 2 T1∫ ΔU ≈ ΔH = nC p,典型例题：书四、可逆相变（一定温度T 和对应的p 下的相变，是恒压过程）ΔU ≈ ΔH –ΔnRT(Δn ：气体摩尔数的变化量。
如凝聚态物质之间相变，如熔化、凝固、转晶等，则Δn = 0，ΔU ≈ ΔH 。
kPa 及其对应温度下的相变可以查表。
其它温度下的相变要设计状态函数不管是理想气体或凝聚态物质，ΔH 1和ΔH 3均仅为温度的函数，可以直接用C p,m 计算。
或典型例题：作业题第3题 五、化学反应焓的计算H 1 +Δ H m (βα αβΔ αβ可逆相变K:ΔH = Q p = n Δ α βΔH = nC p,ΔH = nC p, T 2 T1∫其他温度：状态函数法ΔU 和ΔH 的关系：ΔU = ΔH –ΔnRT （Δn ：气体摩尔数的变化量。
1．热力学第一定律热力学第一定律的主要内容，就是能量守恒原理。
能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。
而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。
这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。
一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。
总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。
所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。
设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。
人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。
第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。
到了1840年，由焦耳和迈尔作了大量试验，测量了热和功转换过程中，消耗多少功会得到多少热，证明了热和机械功的转换具有严格的不变的当量关系。
想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。
1cal = 4.1840J热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。
至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。
把这一原理运用到宏观的热力学体系，就形成了热力学第一定律。
2．热力学第二定律能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。
它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
热力学第一定律科技名词定义中文名称：热力学第一定律英文名称：first law of thermodynamics其他名称：能量守恒和转换定律定义：热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换，在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。
概述热力学第一定律热力学第一定律：△U=Q+W。
系统在过程中能量的变化关系英文翻译：the first law of thermodynamics简单解释在热力学中，系统发生变化时，设与环境之间交换的热为Q（吸热为正，放热为负），与环境交换的功为W（对外做功为负，外界对物体做功为正），可得热力学能（亦称内能）的变化为ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W物理中普遍使用第一种，而化学中通常是说系统对外做功，故会用后一种。
定义自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。
英文翻译：The first explicit statement of the first law of thermodynamics, byRudolf Clausiusin 1850, referred to cyclic thermodynamic processes "In all cases in which work is produced by the agency of heat, a quantity of heat is consumed which is proportional to the work done; and conversely, by the expenditure of an equal quantity of work an equal quantity of heat is produced."基本内容能量是永恒的，不会被制造出来，也不会被消灭。
热力学第一定律1 焦耳热功当量能量守恒与转化定律及对热本质的认识是在焦耳热功当量实验的基础上突破的。
从1840年起，焦耳先后用了20年的时间，做了四类实验，测定了可以转化为一定数量的热的各种形式能量。
(1) 将水放在一绝热容器，通过重物下落带动铜浆叶轮，叶轮搅动水，使水温升高。
(2) 以机械压缩气缸中的气体，气缸浸入水中，水温升高。
(3) 以机械功转动电机，电机产生电流通过水中的线圈，水温升高。
(4) 以机械功使两块在水中的铁片互相摩擦，水温升高。
实验结果就是著名的焦耳热功当量：1ca l= 4.157 J。
之后更精确的测量结果是：1cal = 4.1840 J。
热功当量的意义在于：为能量守恒与转化定律奠定了可靠的实验基础，肯定了热是能量的一种形式，可以与机械能电能等相互转化，转化是等当量的。
从此，人类对于热的认识才有了突破性的进展。
2 能量守恒与转化定律到1850年，科学界已公认能量守恒是自然界的一个普遍规律。
这条定律指出：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，在转化过程，能量的总量不变。
换而言之：在隔离体系中，能量的形式可以转化，但能量总值不变。
通常体系的总能量由三个部分组成：动能、势能和内能。
一般的化学热力学体系是宏观静止、无整体运动的，而且没有特殊的外场作用(如电磁场，离心力场)， 因此，关注的主要是内能。
内能包括：分子运动的平动能，转动能，振动能，电子及原子核的能量，以及分子间的相互作用能。
3 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转化原理在热力学体系的应用。
对于不同类型的体系，定律的形式将有所不同。
对于封闭体系，热力学第一定律可以表述为：任何一个不作整体运动的封闭体系，在平衡态都存在一个单值的状态函数，称之为内能U，它是一个广度量。
当体系从平衡态 A经任一过程变到平衡态 B，体系内能的增量U=U(B)-U(A)就等于该过程体系从环境吸收的热量Q与环境对体系所做功W之和。
热 力 学第一章 热力学第一定律§1 热力学第一定律 一.准静态过程系统的状态发生变化时—系统在经历一个过程。
过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态.热力学中，为能利用平衡态的性质，引入准静态过程的概念。
性质：1.准静态过程：是由无数个平衡态组成的过程即系统的每个中间态都是平衡态。
2.准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似。
实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程 。
·拉动活塞，使系统由平衡态1 →状态2，过程中系统内各处的密度(压强、温度)并不完全相同，要过一会儿时间，状态 2才能达到新的平衡。
所以，只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。
☆怎样判断“无限缓慢”？弛豫时间τ：系统由非平衡态到平衡态所需时间。
准静态过程条件： ∆t 过程进行 >> τ例如，实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程， ∆t 过程进行 = 0.1秒τ = 容器线度/分子速度= 0.1米/100米/秒 = 10-3秒3.过程曲线：准静态过程可用P －V 图上 一条线表示。
状态1状态2二.功、内能、热量1.功 ·通过作功可以改变系统的状态。
·机械功(摩擦功、体积功)2.内能·内能包含系统内：(1)分子热运动的能量；(2)分子间势能和分子内的势能；(3)分子内部、原子内部运动的能量； (4)电场能、磁场能等。
·内能是状态的函数*对于一定质量的某种气体，内能一般是T 、V 或P 的函数； *对于理想气体，内能只是温度的函数 E = E (T )*对于刚性理想气体分子, i ：自由度； ν ：摩尔数 ·通过作功改变系统内能的实质是：分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量的转化和传递。
3.热量·传热也可改变系统的状态，其条件是系统和外界的温度不同。
·传热的微观本质：是分子的无规则运动能量从高温物体向低温物体传递。
热力学第一定律热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量在物质系统中的转化和守恒关系。
在本文中，我们将深入探讨热力学第一定律的原理和应用。
1. 热力学第一定律的原理热力学第一定律表明，一个系统的内能的增量等于吸热与做功之和。
简单来说，即能量的增加等于热量输入和功输入之和。
在一个封闭系统中，内能变化可以表示为ΔU = Q + W，其中ΔU表示内能变化量，Q表示吸热，W表示做功。
根据能量的守恒原理，一个系统的能量不会凭空消失或增加，而是转化成其他形式。
2. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在各个领域都有广泛的应用。
以下是其中一些常见的应用场景：2.1. 理想气体的过程分析在理想气体的过程分析中，热力学第一定律被广泛应用于计算气体的工作、吸热和内能变化等参数。
根据热力学第一定律的原理，我们可以通过测量系统吸热和做功的量来计算内能的变化。
2.2. 热机效率的计算热力学第一定律也可用于计算热机的效率。
根据热力学第一定律原理，热机的效率可以表示为η = 1 - Q2/Q1，其中Q1表示热机输入的热量，Q2表示热机输出的热量。
通过计算输入和输出的热量可以确定热机的效率。
2.3. 化学反应的能量变化热力学第一定律也可用于描述化学反应的能量变化。
在化学反应中，热力学第一定律可以帮助我们计算反应的吸热或放热量，从而确定反应是否放热或吸热以及能量变化的大小。
3. 热力学第一定律在能源利用中的应用能源利用是热力学第一定律的一个重要应用领域。
通过研究能源的转化过程和能量损失，我们可以更有效地利用能源资源。
3.1. 热力学循环热力学循环是将热能转化为功的过程，如蒸汽轮机和内燃机。
通过分析热力学循环中各个环节的能量转化和损失，可以优化循环系统的效率，提高能源利用率。
3.2. 可再生能源利用热力学第一定律也可以应用于可再生能源的利用。
通过分析可再生能源的收集、转化和储存过程中的能量转化和守恒关系，可以优化利用这些能源的方式，减少能量的损失和浪费。
热力学第一定律功：δW ＝δW e ＋δW f（1）膨胀功 δW e ＝p 外dV 膨胀功为正，压缩功为负。
（2）非膨胀功δW f ＝xdy非膨胀功为广义力乘以广义位移。
如δW （机械功）＝fdL ，δW （电功）＝EdQ ，δW （表面功）＝rdA 。
热 Q ：体系吸热为正，放热为负。
热力学第一定律： △U ＝Q —W 焓 H ＝U ＋pV 理想气体的内能和焓只是温度的单值函数。
热容 C ＝δQ/dT（1）等压热容：C p ＝δQ p /dT ＝ （∂H/∂T ）p （2）等容热容：C v ＝δQ v /dT ＝ （∂U/∂T ）v 常温下单原子分子：C v ，m ＝C v ，m t ＝3R/2常温下双原子分子：C v ，m ＝C v ，m t ＋C v ，m r ＝5R/2 等压热容与等容热容之差：（1）任意体系 C p —C v ＝[p ＋（∂U/∂V ）T ]（∂V/∂T ）p （2）理想气体 C p —C v ＝nR 理想气体绝热可逆过程方程：pV γ＝常数 TV γ-1＝常数 p 1-γT γ＝常数 γ＝C p / C v 理想气体绝热功：W ＝C v （T 1—T 2）＝11－γ（p 1V 1—p 2V 2） 理想气体多方可逆过程：W ＝1nR－δ（T 1—T 2） 热机效率：η＝212T T T － 冷冻系数：β＝－Q 1/W 可逆制冷机冷冻系数：β＝121T T T －焦汤系数： μJ －T ＝H p T ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂＝－()pT C p H ∂∂ 实际气体的ΔH 和ΔU ：ΔU ＝dT T U V ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＋dV V U T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ΔH ＝dT T H P ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＋dp p H T⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 化学反应的等压热效应与等容热效应的关系：Q p ＝Q V ＋ΔnRT 当反应进度 ξ＝1mol 时， Δr H m ＝Δr U m ＋∑BB γRT化学反应热效应与温度的关系：()()()dT B C T H T H 21T T m p B1m r 2m r ⎰∑∆∆，＋＝γ热力学第二定律Clausius 不等式：0TQS BAB A ≥∆∑→δ—熵函数的定义：dS ＝δQ R /T Boltzman 熵定理：S ＝kln Ω Helmbolz 自由能定义：F ＝U —TS Gibbs 自由能定义：G ＝H －TS 热力学基本公式：（1）组成恒定、不作非膨胀功的封闭体系的热力学基本方程：dU ＝TdS －pdV dH ＝TdS ＋Vdp dF ＝－SdT －pdV dG ＝－SdT ＋Vdp （2）Maxwell 关系：T V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂＝V T p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂Tp S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＝－p T V ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ （3）热容与T 、S 、p 、V 的关系：C V ＝T VT S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ C p ＝T p T S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂Gibbs 自由能与温度的关系：Gibbs －Helmholtz 公式 ()pT /G ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∆∂T ＝－2T H ∆ 单组分体系的两相平衡： （1）Clapeyron 方程式：dT dp＝mX m X V T H ∆∆ 式中x 代表vap ，fus ，sub 。
（2）Clausius －Clapeyron 方程式（两相平衡中一相为气相）：dT dlnp＝2m vap RTH ∆ （3）外压对蒸汽压的影响：()()**g e m gg p p RTl V p p ln－＝p g 是在惰性气体存在总压为p e 时的饱和蒸汽压。
吉不斯－杜亥姆公式：SdT －Vdp ＋∑BB B d n μ＝0dU ＝TdS －pdV ＋∑BB B d n μ dH ＝TdS ＋Vdp ＋∑BB B d n μdF ＝－SdT －pdV ＋∑BB B d n μ dG ＝－SdT ＋Vdp ＋∑BB B d n μ在等温过程中，一个封闭体系所能做的最大功等于其Helmbolz 自由能的减少。
等温等压下，一个封闭体系所能做的最大非膨胀功等于其Gibbs 自由能的减少。
统计热力学波兹曼公式：S ＝kln Ω一种分布的微观状态数：定位体系：t i ＝N ！∏i i N i N g i ！ 非定位体系：t i ＝∏i i N i N g i！波兹曼分布：N N i ＝∑∈∈ikTi kTi i i eg e g －－ 在A 、B 两个能级上粒子数之比：B A N N ＝kT /B kT/A B A e g e g ∈∈－－波色－爱因斯坦统计：N i ＝1eg ii －－－∈βα 费米－狄拉克统计：N i ＝1eg ii ＋－－∈βα分子配分函数定义：q ＝∑∈i/i i e g kT － －∈i 为能级能量q ＝∑∈i/i e kT － －∈i 为量子态能量分子配分函数的分离：q ＝q n q e q t q r q v能级能量公式：平动：εt ＝⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛22Z 22Y 22X 2c n b n a n m 8h ＋＋ 转动：εr ＝()I 8h 1J J 22π＋ 振动：εv ＝γh 21v ⎪⎭⎫ ⎝⎛＋分子配分函数表达式：平动：当所有的平动能级几乎都可被分子到达时一维：q t＝L h mkT 2212⎪⎭⎫ ⎝⎛π 二维：q t ＝2h mkT 2πA 三维：q t＝V h mkT 2232⎪⎭⎫ ⎝⎛π 转动：线性q r＝22h IkT 8σπ＝r T Θσ rΘ＝kI 8h 22π r Θ为转动特征温度 非线性q r＝()()21Z Y X 3232I I I h kT 28σππ振动：双原子分子q V ＝kT 2/h kT 2/h e 1e γγ－－－＝T 2/T 2/V Ve1e ΘΘ－－－ vΘ＝k h γ 为振动特征温度 多原子线性：q V＝∏5n 31i /2/1－＝－－－kT h kT h i i e e γγ 多原子非线性：q V＝∏6n 31i /2/1－＝－－－kTh kT h i i e e γγ 电子运动：q e＝（2j ＋1）kT/e 0e∈－ 原子核运动：q n＝（2S n ＋1）kT/n0e∈－热力学函数表达式：F ＝－kTlnq N（定位） F ＝－kTln ！N q N（非定位）S ＝klnq N＋NkT N V T lnq ，⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（定位） S ＝kln ！N q N ＋NkT NV T lnq ，⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（非定位） G ＝－kTlnq N ＋NkTV NT V lnq ，⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（定位） G ＝－kTln ！N q N ＋NkTV NT V lnq ，⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（非定位） U ＝NkT 2N V T lnq ，⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ H ＝NkT 2N V T lnq ，⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂＋NkTV NT V lnq ，⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ P ＝NkT N T V lnq ，⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ C V ＝V N V 2T lnq NkT T ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂，溶液－多组分体系体系热力学在溶液中的应用溶液组成的表示法：（1）物质的量分数：B B n x n ＝（2）质量摩尔浓度：B B Anm W ＝（3）物质的量浓度：BB n c V＝（4）质量浓度B ω 拉乌尔定律 A A Ap p x *＝ 亨利定律：x m B c B p k x k m k c ＝＝＝ 化学势的各种表示式和某些符号的物理意义： 气体：（1）纯理想气体的化学势()()T,p T RTln p p μμΦΦ＝＋ 标准态：任意温度，p＝p φ＝101325Pa 。
μφ（T ）为标准态时的化学势（2）纯实际气体的化学势()()T,p T RTlnf p μμΦΦ＝＋ 标准态：任意温度，f＝p φ且复合理想气体行为的假想态（即p ＝p φ，γ＝1），μφ（T ）为标准态时的化学势。
（3）混合理想气体中组分B 的化学势()()B B B T,p T,RTln x μμ*＝p ＋ 因为()()B B T,p T RTln p p μμ*ΦΦ＝＋ 所以()B T,p μ*不是标准态时的化学势，是纯B气体在指定T 、p 时的化学势。
溶液： （1） 理想溶液组分的化学势()()B BB T,p T,RTln x μμ*＝p ＋ ()()pB B B ,m pT ,p TV dp μμΦ*Φ⎰＝＋ 所以()B T,p μ*不是标准态时的化学势而是温度为T 、溶液上方总压为p 时，纯液体B 的化学势。
（2） 稀溶液中各组分的化学势溶剂：()()A A A T,p T,RTln x μμ*＝p ＋ ()A T,μ*p 不是标准态时的化学势而是温度为T 、溶液上方总压为p 时，纯溶剂A 的化学势。
溶质：()()B B B T,p T,RTln x μμ*＝p ＋ ()()()B B x T ,p T R T l n k p μμ*ΦΦ＝＋ ()()B B B T,p T,RTlnm m μμΦ＝p ＋ ()()()B B m T ,p TR T l n k m p μμΦΦΦ⋅ ＝＋ ()()B B B T ,p T,R T l n c c μμ∆Φ＝p ＋ ()()()B B cT ,p T R T l n k c pμμ∆ΦΦΦ⋅＝＋ ()B T,μ*p ，()B T,μ p ，()B T,μ∆p 均不是标准态时的化学势，均是T ，p 的函数，它们分别为：当x B ＝1，m B ＝1molkg －1，c B ＝1moldm －3时且服从亨利定律的那个假想态的化学势。
（4）非理想溶液中各组分的化学势溶剂：()()A A A,x T,p T,RTlna μμ*＝p ＋ ()A T,μ*p 不是标准态的化学势，而是a A,x＝1即x A ＝1，γA ＝1的纯组分A 的化学势。
溶质：()()B B B,x T,p T,RTlna μμ*＝p ＋ B ,x B ,xa x γ＝()()B B B,m T,p T,RTlna μμ＝p ＋ B ,m mBa m mγΦ＝ ()()B B B ,C T ,p T,R T l n a μμ∆＝p ＋ B ,c cBa c cγΦ＝ ()B T,μ*p ，()B T,μ p ，()B T,μ∆p 均不是标准态时的化学势，均是T ，p 的函数，它们分别为：当a B,x ＝1，a B,m ＝1，a B,c ＝1时且服从亨利定律的那个假想态的化学势。
（4）活度a 的求算公式：✓ 蒸汽压法：溶剂a A ＝γA x A ＝p A /p A * 溶质：a B ＝γB x B ＝p A /k c✓ 凝固点下降法：溶剂()fus m A f fH A 11ln a R T T *∆⎛⎫⎪⎝⎭＝－ ✓ Gibbs －Duhem 公式从溶质（剂）的活度求溶剂（质）的活度。
