第01章-热力学基本定律(6)

物化复习提纲第一章热力学第一定律1.2几个基本概念1.系统和环境系统：将一部分物体从其他部分中划分出来，作为研究的对象，这一部分物体，称为“系统”。

环境：系统以外并与系统有相互作用的部分称为“环境”。

热力学系统分为三种：敞开系统、密闭系统（或称封闭系统）、隔绝系统（或称孤立系统）P(7)2.状态和状态性质状态：某一热力学系统的状态是系统的物理性质和化学性质的综合表现。

状态性质：状态的性质称为状态性质，又称为状态函数。

P(7)3.过程和途径过程：系统状态所发生的一切变化均称为“过程“。

途径：由同一始态到同一终态的不同方式可称为不同的“途径“。

P(8)4.热力学平衡热力学平衡：系统与环境之间没有任何物质和能量交换，系统中各个状态性质又均不随时间变化，则称为系统处于热力学平衡状态。

P(9)1.3能量守恒——热力学第一定律热力学的基本定律之一，是能量守恒和转换定律的一种表述方式。

热力学第一定律一种表述：热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。

它的另一种表述方式为：不消耗能量就可以作功的"第一类永动机"是不可能实现的。

数学表达式：∆U=Q+W（系统热力学能的增量对于系统从环境所吸收的热量与环境对系统所做的功之和）P111.4体积功：因系统体积变化而引起的系统与环境间交换的功称为体积功。

公式：W=-p e .∆V(负的外压与体积变化的乘积)。

在真空中p=0，则W=0。

P13 结论：某过程进行之后系统恢复原状的同时，环境也恢复原状而未留下任何永久性的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．变化，则该过程称为“热力学可逆过程”．．．．．．．．．．．．．．．．．．。

在定温的情况下，系统在可逆过程中所做的功为最大功（绝对值）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。

系统在可逆过程．．．．．．．．中所消耗的功为最小功。

1.4-2 可逆过程
一次（两次）压缩过程 环境对系统作的功 大于 一次（两次）膨胀过程 系统对环境作的功 原因：多作的功变成热传给了环境
对于准静态膨胀过程的逆过程：压缩可使系统 复原时，环境也同时恢复到原状。 这种能通过原来过程的反方向而使系统和环境 都同时复原，不留下任何痕迹的过程 称为 可 逆过程。
Kevin 1848年根据热机的Carnot定理首创
1 3 热力学第一定律 1.3
1.3-1 热力学能、热和功 热力学能：又称内能（U）是热力学系统内物质 所具有各种能量总和。包括系统一切形式的能 量（如分子平动、转动、振动能等)。但系统整 体动能及在外力场中位能不包括在内。 内能在一定状态下有一定数值（但其绝对值无 法确定）。 其变化只取决于始态、终态（不需要了解其绝 对值）。重要的是变化值 ΔU=Ub-Ua
z
系统的状态性质之间是相互关联的（某一性 质的变化会引起至少另外一个状态性质的变 化）。因而要确定一个系统的热力学状态， 并不需要知道所有的状态性质，而只需要确 定几个状态性质即可。 状态公理与物态方程 状态公理 与物态方程 在系统的性质中通常我们选择最易测定的典 型性质作为独立变量，而把其它性质表示成 这些独立变量的函数。如T= f ( P,V,n1,n2,…. ni)
1.1 热力学(thermodynamics)
研究宏观系统能量相互转换过程中的规律和科学。 18世纪以前，人们对热的认识是粗略和模糊的。 直至19世纪中叶才在实验的基础上建立 热力学第一定律（能量守恒）
焦耳（Joule，1818 1818-1889, 1889 英）1850年
热力学第二定律 开尔文 (Lord Kelvin， 1824 1824-1907，英)，1848 克劳修斯（Clausius，1822 1822-1888 ，德）1850

系统在环境温度不变的条件下发生的变化历程。T1=T2=Te
2). 恒压过程(isobaric process)： 系统在环境压力不变的条件下发生的变化历程。P1=P2=Pe
3) .恒容过程(isochoric process)：
容积不变的系统发生的变化历程。V1=V2
4) 绝热过程(adiabatic process)： 系统在与环境间无热量交换的条件下发生的变化历程。 5) 循环过程(cyclic process)：
化学热力学是怎样产生的？
19世纪，发明蒸汽机，导致工业革命的出现。
蒸汽机：燃煤锅炉——产生高温高压水蒸气——推动机械运转 “热能——机械能” 如何提高“热 — 机”效率？
总结并发现热力学一、二定律——热力学的主要基础。
第一定律：研究化学变化过程中的热效应等能量转换问题。 第二定律：研究化学变化过程的方向和限度。
定义 H=U+PV (焓) QP =H2－H1=△H
对微小的恒压过程， δQP= dH
由于H=U+PV，所以焓是状态函数。△H=△U+△(PV) 热力学定义焓的目的，主要在于研究问题的方便。 物理意义：对于只作膨胀功的恒压过程，系统焓的变化在数值 上等于过程的热。
因恒压热等于系统的焓变，故恒压热也只决定于系统的初末态，与过程无关。
宏观性质统称为状态函数(state function)。
2. 状态函数： 状态函数是系统所处状态的单值函数。对于确定的状态，所 有的状态函数都有确定的值。相反，当状态函数发生变化时， 状态也随之变化。 ★状态和性质之间是相互影响，相互制约的，系统的状态性质 中只要有一个发生变化，必将引起其它性质的变化。 因此，描述系统的状态时，并不需要罗列系统的全部性质。 例：理想气体状态方程

化学热力学的基本定律化学热力学是研究化学反应中热现象的科学，它揭示了物质在化学反应中的热变化规律。

在化学热力学的研究中，有一些基本定律被广泛应用，帮助我们理解和预测化学反应中的热现象。

本文将介绍化学热力学中的基本定律，包括热力学第一定律、热力学第二定律和熵增定律。

热力学第一定律是热力学的基本定律之一，也称为能量守恒定律。

它表明在一个系统中，能量的总量是守恒的，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做功。

根据热力学第一定律，系统吸收的热量等于系统内能的增加与对外界所做的功之和。

热力学第一定律的一个重要应用是热力学循环的分析。

在热力学循环中，系统经历一系列的热力学过程，最终回到初始状态。

根据热力学第一定律，整个热力学循环中系统的内能变化为零，即ΔU = 0。

这意味着系统在一个完整的热力学循环中，吸收的热量等于对外界所做的功，系统的总能量保持不变。

热力学第二定律是热力学中另一个重要的定律，也称为熵增定律。

热力学第二定律表明在一个孤立系统中，熵永远不会减少，只会增加或保持不变。

熵是描述系统无序程度的物理量，熵增定律可以解释为自然趋向于混乱的方向。

热力学第二定律还提出了热力学不可逆过程的概念，即在不可逆过程中系统的总熵必定增加。

熵增定律对于化学反应的方向和速率有着重要的影响。

在化学反应中，如果系统的总熵增加，那么这个反应是自发进行的；反之，如果系统的总熵减少，那么这个反应是不自发进行的。

通过熵增定律，我们可以预测化学反应的进行方向，以及了解反应的自发性和不可逆性。

除了热力学第一定律和热力学第二定律外，熵增定律也是化学热力学中的重要定律之一。

熵增定律指出在一个孤立系统中，熵的总变化永远大于等于零，即ΔS ≥ 0。

这意味着孤立系统中的熵永远不会减少，只会增加或保持不变。

熵增定律也可以解释为自然趋向于混乱的方向，系统总是倾向于朝着熵增加的方向发展。