(完整版)物理化学上热力学第一定律知识框架图总结

热力学第一定律ppt引言热力学第一定律是热力学中的基本定律之一。

它表明了能量的守恒原理，也被称为能量守恒定律。

热力学第一定律对于理解能量转化和能量守恒的过程至关重要，应用广泛。

热力学第一定律的表述热力学第一定律可以用如下方式表述：在孤立系统中，能量的增量等于对外界做功和系统热量的和。

这个表述可以用以下数学公式表示：ΔE = Q - W其中，ΔE表示能量的增量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。

能量转化示意图为了更好地理解热力学第一定律，我们可以通过一个能量转化示意图来说明。

能量转化示意图能量转化示意图在这个示意图中，输入的能量被系统吸收，一部分能量被转化为系统内能的增加（热量），一部分能量被系统用于对外做功。

根据热力学第一定律，系统吸收的热量和对外做的功加起来等于能量的增量。

热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程和科学研究中有着广泛的应用。

以下是一些具体的应用：热力学循环分析热力学第一定律用于分析各种热力学循环，如卡诺循环和热力学循环。

通过应用热力学第一定律，我们可以确定循环中的能量转化效率、功率输出等参数。

能量守恒分析热力学第一定律可以应用于能量守恒的分析，例如分析能源系统中的能量损失和能量转化过程。

通过分析系统的能量转化过程，我们可以找出能量损失的原因，并采取措施来提高能源利用效率。

温度变化分析热力学第一定律可以用来分析物质的温度变化。

根据热力学第一定律，物质的内能增加会导致温度升高，而内能减少则会导致温度降低。

因此，可以通过热力学第一定律来研究物质的显热效应和隐热效应。

结论热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，它表明了能量的守恒原理。

通过应用热力学第一定律，我们可以分析能量的转化过程，研究能源系统的能量损失和能量转化效率，并进一步提高能源利用效率。

热力学第一定律在工程和科学研究中有着广泛的应用，对于理解能量转化和能量守恒的过程起到了重要的作用。

第一章， 热力学第一定律 各知识点架构纲目图如下：溶解及混合 化学变化 相变化热(Q )：系统与环境间由于温差而交换的能量。

是物质分子无序运动的结果。

是过程量。

功(W )：除热以外的，在系统与环境间交换的所有其它形式的能量。

是物质分子有序运动的结果，是过程量。

热力学能 (U )：又称为内能，是系统内部能量的总和。

是状态函数，且为广度量，但绝对值不知道。

热力学第 一定律及系统与环境间交换能量 的计算(封闭 简单的理想气体(IG)系统：2211,,;T TV m p m T T U n C dT H n C dT ∆=∆=⎰⎰理想气体 焦尔实验：(1)结论：(∂U /∂V)T =0; (2)推论：U IG =f (T ); H IG =g (T )△U =△H =0; W =-Q =2121ln /V V pdV nRT V V -=-⎰ (可逆)恒容过程：W =0；Q V =△U= 21,;TV mT n C dT ⎰ 绝热过程：Q =0；△U = W不可逆（恒外压）：nC V,m (T 2-T 1)=-p 2(V 2-V 1)可逆： 11,21112111()()1V m p V nC T T V V γγγγ---=-- Q p =△H =21,;T p m T n C dT ⎰W =-p 外(V 2-V 1)； △U =△H -p △V (常压下，凝聚相：W ≈0；△U ≈△H ) 恒压过程：节流膨胀：Q =0；△H =0；J-T =(d T /d p )H =0 T 不变(例如理想气体) <0致热>0 致冷 相变化 △U =△H -p △VQ p =△H ; W =-p △V ≈0，△U ≈△H (常压下凝聚态间相变化)=-nRT (气相视为IG) 相变焓与温度关系：2121,()()T m m p mT H T H T C dT ββαα∆=∆+∆⎰化学变化 摩尔反应焓的定义：△r H m =△r H /△ 恒压反应热与恒容反应热的关系：△r H m =△r U m +∑νB (g)RT 标准摩尔反应焓的计算：1B ()(B,)r m f m H T H T ν∆=∑∆反应进度定义、标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓的定义。

例9.如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间 有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和 乙．现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温 度随其内能的增加而升高．则在移动P的过程中（ C ） A．外力对乙做功；甲的内能不变 B．外力对乙做功；乙的内能不变 C．乙传递热量给甲；乙的内能增加 D．乙的内能增加；甲的内能不变
2.应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则列出各已知量(W、Q、ΔU)的正 负； ②根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； ③再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、 做功情况或内能变化情况
二.热力学第一定律的应用
3. 气体状态变化的几种特殊情况：
①绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递，系统内 能的变化只与做功有关（分绝热膨胀和绝热压缩） ②等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变，外 界对气体做的功与气体吸收的热量等值异号（分等温膨 胀和等温压缩） ③等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，气体不做功，系统内能 的变化只与热传递有关（分升温升压和降温降压） ④等压过程：等压膨胀，温度升高，内能增加，对外做 功，气体吸热；等压压缩，温度降低，内能减少，对内 做功，气体放热
解：根据热力学第一定律：U W Q 2.5105 J 1.2105 J Q
Q 1.3105 J， 气体向外界放热1.3105 J的功
二.热力学第一定律的应用
1.判断气体是否做功的方法： 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0
例13. （多选）如图是某喷水壶。未喷水时阀门闭合，压 下压杆可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄打开
阀门，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可

物理化学热力学第一定律总结热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，并且与能量守恒原理密切相关。

它陈述了一个闭合系统内部的能量转换过程。

根据热力学第一定律，能量是不能从真空中产生的，也不能消失，它只能在系统内部进行转化。

该定律可以用以下公式表达：ΔU=Q-W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。

这个公式说明了能量的守恒，即系统吸收的热量和对外界做的功之和等于系统内部能量的变化。

当系统从外界吸收热量时，其内部能量会增加，而当系统对外界做功时，其内部能量会减少。

这种能量的转化是一个相互依存的过程，可以通过热力学第一定律进行描述。

热力学第一定律的应用十分广泛，并且在实际问题中具有重要的意义。

以下是热力学第一定律在不同领域的应用：1.在化学反应中，热力学第一定律可以用来计算反应的焓变。

通过测量反应前后系统吸收或释放的热量，可以计算出反应的焓变，从而了解反应的能量转化和方向。

2.在工程领域，热力学第一定律常用于能量转换设备的设计和优化中。

例如，蒸汽轮机、内燃机和制冷机等能量转换系统的效率可以通过热力学第一定律进行评估和计算。

3.在生物学领域，热力学第一定律可以用于研究生物体内的能量转化过程。

例如，通过测量生物体吸收的热量和对外界做的功，可以计算出生物代谢的能量转换效率。

热力学第一定律的重要性在于揭示了能量守恒的基本原理，为能量转化和能量利用提供了基础理论支持。

它对于研究和解决实际问题具有重要指导意义。

热力学第一定律的应用可以帮助我们评估能量转换过程的效率，优化能量利用方式，并促进可持续发展。

总之，物理化学热力学第一定律表述了能量守恒的原则，描述了能量转化和能量守恒的过程。

它在化学、工程、生物等领域具有广泛的应用，并对能量转换和利用提供了理论支持。

热力学第一定律的理解和应用可以帮助我们更好地理解能量转换过程，优化能量利用方式，并实现可持续发展的目标。

（1）除热之外，其它形式传递的能量统称为功。
（2）符号为W，单位 J。
系统得到环境做的功，W > 0，系统对环境作功，W < 0。
（3）功的分类： 体积功：在环境的压力下，系统的体积发生变化而与环境
交换的能量。
非体积功：体积功之外的一切其它形式的功。（如电功
、表面功等），以符号W´ 表示。
(4)体积功的计算
如温度T，压力p,体积V，热力学能U 等等 这些宏观性质中只要有任意一个发生了变化，我们就说系 统的热力学状态发生了变化。
状态函数两个重要特征：
①状态确定时，状态函数X有一定的数值；状态变化时，
状态函数的改变值X 只由系统变化的始态(1)与末态(2)决定， 与变化的具体历程无关： X =X2 – X1 。
②从数学上来看，状态函数的微分具有全微分的特性，全
微分的积分与积分途径无关。
利用以上两个特征,可判断某函数是否为状态函数。
(2) 广度量和强度量
广度量（或广度性质）：与物质的数量成正比的性质。 如V，Cp ，U，…等。它具有加和性。
强度量（或强度性质） ：与物质的数量无关的性质，如 p
、Ｔ等。它不具有加和性。
2 热力学定律解决的问题
(1)热力学第一定律： 系统发生变化时与外界的能量交换。
(2)热力学第二定律： 系统在指定条件下变化的方向和限度。
3 热力学定律的归纳性质
●热力学定律来源于对宏观世界大量实验事实的归纳， 不涉及对物质性质的任何微观假设，也不能直接用数 学来证明。 ●但由热力学定律得出的结论无一与实际相违。
两者的关系：
强度性质
广度性质 物质的量
广度性质(1) 广度性质(2)
m
V
Vm

系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故 又称为隔离系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环 境一起作为孤立系统来考虑。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/1/16
系统分类
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/1/16
系统的性质
广度性质（extensive properties） 性质的数值与系统的物质的数
的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互 转化，但总的能量不变。
也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。 第一定律是人类经验的总结。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/1/16
第一定律的文字表述
第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine)
量成正比，如V、m、熵等。这些 性质具有加和性。
V1, T1
强度性质（intensive properties）
性质的数值与系统中物质的
数量无关，不具有加和性，如温
度、压力等。
两个广度量之比为强度量
如
= m/V
V2, T2
V= V1+V2 T≠ T 1+ T 2
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/1/16
第一定律的数学表达式
U = Q + W Q pedVW f
机器循环 U =0， W = Q ，对外做功必
须吸热，第一类永动机不可能造成。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/1/16
§2.5 准静态过程与可逆过程
•功与过程 •准静态过程 •可逆过程
上一内容 下一内容 回主目录
返回

物理化学热力学第一定律知识点总结篇一：哇塞！同学们，你们知道吗？物理化学中的热力学第一定律可太神奇啦！先来说说什么是热力学第一定律吧。

就好像我们存钱，赚的钱加上原来有的钱，减去花掉的钱，剩下的就是我们现在拥有的钱。

在热力学里呀，能量也是这样！系统从外界吸收的热量，加上系统内能的增加量，就等于系统对外界所做的功。

这是不是有点像一个能量的“账本”？比如说，我们骑自行车。

我们用力蹬车，就相当于给车子输入了能量，这就好比系统从外界吸收热量。

车子跑得越来越快，动能增加，这就好像系统内能增加啦。

而车子克服阻力前进，这就是系统对外做功。

再想想冬天我们取暖的暖手宝。

插上电，暖手宝吸收电能转化为热能，我们握着它感觉越来越暖和，这不就是能量的转化和传递嘛！还有哦，老师给我们讲过一个实验。

一个封闭的容器里有气体，我们对气体加热，气体的温度升高，内能增加，同时气体膨胀推动活塞做功。

这难道不神奇吗？这不就完美地体现了热力学第一定律嘛！我和同桌讨论这个的时候，他还一脸迷糊呢！我就跟他说：“你想想啊，要是没有能量的输入和转化，这世界得多无聊啊！”他听了，恍然大悟地点点头。

在我们日常生活中，到处都有热力学第一定律的影子。

像汽车发动机燃烧汽油产生动力，发电厂利用燃料发电，甚至我们吃饭获得能量来活动，都是遵循这个定律的呀！所以说，热力学第一定律真的超级重要！它让我们明白了能量是不会凭空产生和消失的，只会从一种形式转化为另一种形式。

我们一定要好好学习它，这样才能更好地理解这个神奇的世界！篇二：哇塞！同学们，你们知道吗？物理化学里的热力学第一定律可太神奇啦！咱们先来说说什么是热力学第一定律。

就好像我们兜里的零花钱，花出去多少，剩下多少，总得有个说法吧？热力学第一定律就是这么个道理！它说的是能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化成另一种形式。

这就好比我们玩的积木，从搭成小房子变成搭成小汽车，积木的数量可一点儿没变，只是样子变啦！那怎么理解这个定律呢？想象一下，我们骑自行车，我们用力蹬车，消耗了身体里的能量，车就跑起来啦！这时候，身体里的化学能就变成了车的动能，这不就是能量的转化吗？再比如，冬天我们搓搓手，手会变热，这是因为摩擦产生了热能，这不也是能量在变来变去吗？老师给我们讲这个定律的时候，还举了好多例子。

物理热力学第一定律知识点归纳总结第二讲热力学第一定律§2.1 改变内能的两种方式热力学第一定律2．1．1、作功和传热作功可以改变物体的内能。

如果外界对系统作功W。

作功前后系统的内能分别为、，则有没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热。

它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程。

在热传递中被转移的内能数量称为热量，用Q表示。

传递的热量与内能变化的关系是做功和传热都能改变系统的内能，但两者存在实质的差别。

作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系。

是分子有规则运动能量向分子无规则运动能量的转化和传递；传热则是基于温度差而引起的分子无规则运动能量从高温物体向低温物体的传递过程。

2．1．2、气体体积功的计算1、准静态过程一个热力学系统的状态发生变化时，要经历一个过程，当系统由某一平衡态开始变化，状态的变化必然要破坏平衡，在过程进行中的任一间状态，系统一定不处于平衡态。

如当推动活塞压缩气缸中的气体时，气体的体积、温度、压强均要发生变化。

在压缩气体过程中的任一时刻，气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同，在靠近活塞的气体压强要大一些，温度要高一些。

在热力学中，为了能利用系统处于平衡态的性质来研究过程的规律，我们引进准静态过程的概念。

如果在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程非常缓慢地进行时，各时刻的状态也就非常接近平衡态，过程就成了准静态过程。

因此，准静态过程就是实际过程非常缓慢进行时的极限情况对于一定质量的气体，其准静态过程可用图、图、图上的一条曲线来表示。

注意，只有准静态过程才能这样表示。

2、功在热力学中，一般不考虑整体的机械运动。

热力学系统状态的变化，总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的。

在力学中，功定义为力与位移这两个矢量的标积。

在热力学中，功的概念要广泛得多，除机械功外，主要的有：流体体积变化所作的功；表面张力的功；电流的功。

(1)机械功有些热力学问题中，应考虑流体的重力做功。

物理化学上热力学第一定律知识框架图总结公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
第一章， 热力学第一定律 各知识点架构纲目图如下：
溶解及混合
化学变
相变
热(Q )：系统与环境间由于温差而交换的能量。

是物质分子无序运动的结果。

是过程量。

功(W )：除热以外的，在系统与环境间交换的所有其它形式的
能量。

是物质分子有序运动的结果，是过程量。

热力学第
系统与环
境
简单的
理想气体(IG)系统：理想气焦尔实验：(1)结论：(U /V)T =0; (2)推△U =△H =0; W =-Q =21
21ln /V
V pdV nRT V V -=-⎰ 恒容过程：W =0；Q V =△U= 绝热过程：Q =0；△U = 不可逆（恒外压）：nC V,m (T 2-T 1)=-p 2(V 2-V 1)
Q p =△H =21
,;T p m T n C dT ⎰W =-p 外(V 2-V 1)； △U =△H -p △V (常压下，凝聚相：W ≈恒压过
节流膨胀：Q =0；△H =0；J-T =(d T /d p )H =0 T <0致>0 致相变化 △U =△H -p △Q p =△H ; W =-p △V
≈0，△U ≈△H (常压下凝聚
=-nRT (气相视
相变焓与温度关系：
化学变摩尔反应焓的定义：△恒压反应热与恒容反应热的关系：△r H m =标准摩尔反应焓的计算：
反应进度定义、标准摩尔生成焓和标准摩基希霍夫公式：
系统状态变化时，计算系统与环境。

热交换为Q，功交换为W，则系统的热力学能的变化为：
U U2 U1 QW 对于微小变化 dU Q W
热力学能的单位： J
热力学能是状态函数，用符号U 表示，它的绝对值尚 无法测定，只能求出它的变化值。
热力学第一定律的文字表述
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域 内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相 互转化，但总的能量不变。
U U (T , p,n)
若是 n 有定值的封闭系统，则对于微小变化
dU


U T
p
dT


U p
T
dp
如果是 U U (T ,V )
dU


U T
V
dT


U V
T
dV

U T
V


U T
V2 )
p2
O V1
p1V2
p2V2
V2 V
一次等外压压缩
p2
始
p1
p1
终
态
V2
V2
态
p
p1
p1V1
V1 p1V2
阴影面积代表We',1 p2
O
V1
p2V2
V2 V
2. 多次恒压压缩
现在，国际单位制中已不用 cal，热功当量这个词将逐渐被 废除。
§1.4 热力学第一定律
能量守恒定律 到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普
遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：
自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形 式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过 程中，能量的总值不变。

• 二 第一定律的文字表述
能量有各种不同的形式，可以由一种形式转变为另一种形 式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递的过 程中能量的总和保持不变。热力学第一定律的本质是能量 守恒原理
热力学第一定律的其它说法： 不消耗能量而能不断对外作功的机器——第一类永动机是 不可能的。
• 第一定律的数学表达式
功 电功
非体积功 表面功等
1.4 功的计算、可逆过程和最大功
• 二、体积功的计算
设有一个带理想（既无重量也无摩擦力）活塞的圆筒，截面 积为A，筒内装有一定量的气体，圆筒活塞上环境压力为 pex。分别讨论气体压缩和膨胀的情况。
体积功的定义式*： δW def -pexdV
具体过程的体积功：
1、恒(外)压过程 恒外压过程：W＝－pex (V2－V1) 恒压过程(pex=p)：W＝－p(V2－V1) 2、自由膨胀过程∵pex=0 ∴W=0 3、恒容过程 dV＝0；W＝0
• 不同途径膨胀的功和热
1molH2 273K 1×105Pa
22.7dm3
途径1：真空膨胀
途径2：等外压膨胀 pex=0.5×105Pa
1molH2 273K 0.5×105Pa
45.4dm3
途径1： pex= 0，W1=0 途径2： pex=0.5×105Pa， W=－pex (V2－V1)
=0.5×105Pa ×(45.4dm3-22.7dm3) = 1.135kJ 实验测得： 途径1：Q=0 途径2 ： Q=1 kJ
解：此过程是等压过程 所以△H=Qp= 4.06×104J.mol-1
H U pV
例1‐3 将 H U pV 应用于（1）理想气体的温度变
化；（2）等温，等压下液体或固体气化；（3）等温、等 压下有气体参加的反应。（气体均为理想气体）

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 只和温度有关或典型例题：书ΔU = n C V,m d T T 2T1 ∫ ΔH = n C p, md T T2 T1∫ ΔU = nC V, m (T 2-T 1) ΔH = nC p, m (T 2-T 1)ΔU ≈ ΔH = nC p, m d T T 2T 1∫ΔU ≈ ΔH = nC p, m (T 2-T 1)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、化学反应焓的计算其他温度：状态函数法Δ H m (T ) = ΔH 1 +Δ H m (T 0) + ΔH 3α ββ α ΔH m (T ) αβΔH 1ΔH 3Δ H m (T 0)α β可逆相变K:ΔH = Q p = n ΔH mα βΔr H m =Δf H (生) – Δf H (反) = y Δf H m (Y) + z Δf H m (Z) – a Δf H m (A) – b Δf H m (B) Δr H m =Δc H (反) – Δc H (生) = a Δc H m (A) + b Δc H m (B) –y Δc H m (Y) – z Δc H m (Z)ΔH = nC p, m (T 2-T 1)ΔH = n C p, m d TT 2T1∫ΔU 和ΔH 的关系：ΔU = ΔH –ΔnRT （Δn ：气体摩尔数的变化量。

（1）热与途径有关
途径a、b有相同始末态，则 Qa Wa Q b Wb
∵不同途径 Wa Wb
∴ Qa Qb
（2）第一类永动机不可能造成。
§2.3 恒容热、恒压热，焓
恒容热 恒压热 焓 QV=△U,Qp=△H两式的意义
一、恒容热：系统在恒容且非体积功为零的过
程中与环境交换的热。符号：QV
等压热容Cp：
Cp

Qp dT

(
H T
)p
H Qp CpdT
等容热容Cv：
CV

QV dT

(
U T
)V
U QV CV dT
标准定压热容C ⊖p,m
物质的Cp,m是温度和压力的函数, 通常将处 于标准压力 p=100 kPa下的Cp,m称为标准定压热 容,用C ⊖ p,m表示, ⊖上角标代表标准态。
步骤a1
H2O(l) 80℃ 47.360kPa
步骤b1
H2O(l) 步骤a2 H2O(l)
80 ℃
100 ℃
101.325kPa
101.325kPa
途径a
H2O(g)
H2O(g)
80 ℃
100℃
47.360kPa 步骤b2 47.360kPa
步骤a3
H2O(g) 100 ℃ 101.325kPa
步骤b3
平均摩尔热容C p,m
为了计算方便，引入平均摩尔热容
C
T 2 C p,m dT
p,m
T1 T2 T1
注意：不同的温度范围内，平均摩尔热容不同。 一般温度变化不大时， C p,m视为常数。
对理想其体混合物 CV yACV ,m,A yBCV ,m,B

1第一章， 热力学第一定律 各知识点架构纲目图如下：及过程 溶解及混合 化学变化 相变化 热(Q )：系统与环境间由于温差而交换的能量。

是物质分子无序运动的结果。

是过程量。

功(W )：除热以外的，在系统与环境间交换的所有其它形式的能量。

是物质分子有序运动的结果，是过程量。

热力学能 (U )：又称为内能，是系统内部能量的总和。

是状态函数，且为广度量，但绝对值不知道。

热力学第一定律数学表达式：△U =Q +W ，在封闭系统，W 非=0,恒容条件下，△U =Q V 。

焓函数(H )：定义，H ≡U +pV , 是状态函数，且为广度量，但绝对值不知道。

在封闭系统，W 非=0,恒压条件下，△H =Q p 。

热力学第一定律及 焓函数系统与环境间交换能量 的计算(封闭 系统，W 非=0)简单的pTV 变化 理想气体(IG)系统：2211,,;T TV m p mT T U n C dT H n C dT ∆=∆=⎰⎰ 理想气体 恒温过程 焦尔实验：(1)结论：(∂U /∂V)T =0; (2)推论：U IG =f (T ); H IG =g (T ) △U =△H =0; W =-Q =2121ln /VVpdV nRT V V -=-⎰ (可逆)恒容过程：W =0；Q V =△U= 21,;TV mT n C dT ⎰绝热过程：Q =0；△U = W 不可逆（恒外压）：nC V ,m (T 2-T 1)=-p 2(V 2-V 1) 可逆： 11,21112111()()1V m p V nC T T V V γγγγ---=-- Q p =△H =21,;T p m T n C dT ⎰W =-p 外(V 2-V 1)； △U =△H -p △V (常压下，凝聚相：W ≈0；△U ≈△H )恒压过程： 节流膨胀：Q =0；△H =0；μJ-T =(d T /d p )H =0 T 不变(例如理想气体) <0致热 >0 致冷 相变化 △U =△H -p △VQ p =△H ; W =-p △V≈0，△U ≈△H (常压下凝聚态间相变化)=-nRT (气相视为IG) 相变焓与温度关系：2121,()()Tm m p mT H T H T C dT ββαα∆=∆+∆⎰化学变化 摩尔反应焓的定义：△r H m =△r H /△ξ 恒压反应热与恒容反应热的关系：△r H m =△r U m +∑νB (g)RT标准摩尔反应焓的计算：1B ()(B,)r m f mH T H T ν∆=∑∆!!反应进度定义、标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓的定义。

1 热力学第一定律1.1 重点与难点严格区分状态函数与非状态函数（Q 、W ），并熟练掌握状态函数的数学特征 状态的定义，状态函数性质及数学特征。

体系始终态一旦确定，其状态函数改变量可通过设计途经而求算。

体系状态发生变化，其状态函数值可能发生变化，但并不一定全部状态函数都一定发生变化。

求算过程的热与功，不能随意设计途径。

唯有在特定条件下 Q,W 能与状态函数改变量相关联（如等压无其他功 Q p =ΔH ），才与途径无关。

体系状态函数具备五个数学特征。

1.1.1 热力学第一定律数学表达式及其在理想气体中的应用表达式()'V UQ W Q W W ∆=-=-+，只适用于封闭体系，随着条件变化，存在 ΔU 与 Q 、W 之间的转换关系。

一定量理想气体 U 和 H ，均决定于温度（但若有相变发生，或并非自始至终为理想气体，则不属此列）。

故它无论发生 p,V 怎样变化，只要有 T 变化，可直接引用2211T T vm pm T T U nC dTH nC dT∆=∆=⎰⎰或 。

弄清节流过程与绝热过程的区别。

明确理想气体绝热可逆过程方程与状态方程的实质；前者指某过程进行中各参量间的关系，后者指体系达平衡状态时各参量间的关系。

在 p ～V 图上绝热线的陡度比等温线的大，两线只能相交一点。

自同一始态出发，经绝热可逆与绝热不可逆过程是不能达到相同的终态，但计算绝热体积功时可用同一式：,1122,(1p m a V mC p V p V W C γγγ-==-为热容商，即）1.1.2 掌握比较热力学可逆过程与不可逆过程的定义，特点。

热力学第一定律在热化学中的应用热总值不变定律，意味着固定始终且指定同一条件（全部恒压，或全部恒容，决非恒压恒容混相）下，ΔH 或 ΔU 可自设计各步途径热值之加和而求算。

基尔霍夫(Kirchhoff)定律：()()2121T r m r m Tr pm H T H T C dT θθ∆=∆+⎰∆ 有积分号"∫"意指可逆，故中间若有相变，则另添加焓变值。

物理化学---知识点总结《物理化学学习要点》热⼒学第⼀定律⼀、本章框架⼆、本章要求1、了解热⼒学基本概念：系统、环境、功、热、平衡状态、状态函数、可逆过程等；2、明确热⼒学第⼀定律和热⼒学能的概念；3、明确焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔⽣成焓和燃烧焓的定义；4、熟练掌握在理想⽓体单纯pVT 变化、相变化及化学变化过程中计算热、功、△U 、△H 的原理和⽅法；三、考核要求：1．热⼒学概论1.1 热⼒学的⽬的、内容和⽅法（了解） 1.2 热⼒学的⼀些基本概念1.2.1 体系与环境，体系的性质（理解）温过程压过程容过程 pVT都变化过程热过程逆相变过程可逆相变过程准摩尔反应焓准摩尔燃烧焓准摩尔⽣成焓等温反应流膨胀1.2.2 热⼒学平衡态和状态函数（理解）2．热⼒学第⼀定律2.1 热和功（掌握）2.2 热⼒学能（掌握）2.3 热⼒学第⼀定律的表述与数学表达式（应⽤）3．体积功与可逆过程3.1 等温过程的体积功（应⽤）3.2 可逆过程与最⼤功（理解）4．焓与热容4.1 焓的定义（了解）4.2 焓变与等压热的关系（应⽤）4.3 等压热容和等容热容（理解）5．热⼒学第⼀定律对理想⽓体的应⽤5.1 理想⽓体的热⼒学能和焓（掌握）5.2 理想⽓体的C p与C v之差（理解）5.3 理想⽓体的绝热过程（掌握）6．热⼒学第⼀定律对实际⽓体的应⽤6.1 节流膨胀与焦⽿-汤姆逊效应（了解）7．热⼒学第⼀定律对相变过程的应⽤（掌握）8．化学热⼒学8.1 化学反应热效应8.1.1 等压热效应与等容热效应（掌握）8.1.2 反应进度（了解）8.2 赫斯定律与常温下反应热效应的计算8.2.1 赫斯定律（应⽤）8.2.2 标准摩尔⽣成焓与标准摩尔燃烧焓（掌握）8.3 标准反应焓变与温度的关系—基尔霍夫定律（应⽤）四、重要概念1、系统与环境；2、隔离系统、封闭系统、敞开系统；注意：隔离系统Q=0，W=03、⼴度性质（加和性：V ，U ，H ，S ，A ，G ）强度性质（物质的量，T ，p ）； 4、功W 和热Q ；注意W 与Q 的符号；W 与Q 均为途径函数（⾮状态函数） 5、热⼒学能； 6、焓； 7、热容；8、状态与状态函数； 9、平衡态； 10、可逆过程；11、节流过程； 12、真空膨胀过程； 13、标准态；14、标准摩尔反应焓，标准摩尔⽣成焓，标准摩尔燃烧焓五、重要公式与适⽤条件1. 体积功：W = -p 外dV （封闭系统，计算体积功）2. 热⼒学第⼀定律：? U = Q +W ， d U =Q +W （封闭系统） 3．焓的定义： H =U + pV4．热容：定容摩尔热容 C V ，m =Q V /dT =（? U m /? T ）V 定压摩尔热容 C p ，m = Q p /dT =（? H m /? T ）P 理想⽓体：C p ，m - C V ，m =R ；凝聚态：C p ，m - C V ，m ≈0理想单原⼦⽓体C V ，m =3R /2，C p ，m = C V ，m +R =5R /2 5. 标准摩尔反应焓：由标准摩尔⽣成焓?f H B （T ）或标准摩尔燃烧焓?c H B （T ）计算 ? r H m = ∑ v B ? f H B （T ）= -∑ v B ? c H B （T ）6. 基希霍夫公式（适⽤于相变和化学反应过程）r H m（T 2）= ? r H m（T 1）+21T r pm T C dT7. 等压摩尔反应热与等容摩尔反应热的关系式Q p -Q V = ? r H m （T ）-? r U m （T ）=∑ v B （g ）RT 8. 理想⽓体的可逆绝热过程⽅程：γγ2211V P V P = 122111--=γγV T V T γγγγ/)1(22/)1(11-=-P T P Tγ=Cvm Cpm /六、各种过程Q 、W 、? U 、? H 的计算1、理想⽓体：等温过程dT =0， ? U =? H =0， Q =W ；⾮等温过程，? U = n C V ，m ? T ， ? H = n C p ，m ? T ，单原⼦⽓体C V ，m =3R /2，C p ，m = C V ，m +R = 5R /2 2、对于凝聚相，状态函数通常近似认为与温度有关，⽽与压⼒或体积⽆关，即 ? U ≈? H = n C p ，m ? T3．等压过程：p 外=p =常数，⾮体积功为零W '=0 （1） W = -p 外（V 2-V 1）， ? H = Q p =dTnC T Tm p ?2,， ? U =? H -?（pV ），Q =? U -W（2）真空膨胀过程p 外=0，W =0，Q =? U理想⽓体结果：d T =0，W =0，Q =? U =0，? H =0 （3）等外压过程：W = -p 外（V 2-V 1） 4. 等容过程：d V =0 W =0，Q V =? U =dTnC T Tm v ?2,， ? H =? U +V ? p5．绝热过程：Q =0 （1）绝热可逆过程 W =dVp T T ?2= ? U =dTnC T Tm v ?2,，? H =? U +? pV理想⽓体：γγ2211V P V P = 122111--=γγV T V T γγγγ/)1(22/)1(11-=-P T P T（2）绝热⼀般过程：由⽅程WdVp T T外2= ? U = dTnC T Tm v ?2, 建⽴⽅程求解。

§2-2 热力学第一定律
The first law of thermodynamics
二、数学表达式 对封闭系统： 没有物质交换，内能变化只和系统与环境交换的 能量有关。 系统能量增量=系统与的环境交换的功+系统与的环境交换的热 所以热力学第一定律数学表达式为：
Ｕ＝Ｑ＋Ｗ 对变化无限小的量：ｄＵ＝ Ｑ＋ Ｗ
一、恒容热与内能变
２．ＱＶ 与Ｕ的关系 恒容且Ｗ＝０时： Ｗ＝0
ＱＶ＝Ｕ－Ｗ＝Ｕ ＱＶ＝Ｕ 微小变化 ＱＶ＝ｄＵ （适用条件：dV =0，Ｗ ＝０）
§2-3 恒容热、恒压热
The heat at constant volume,The heat at constant pressure
二、恒压热与焓变
T1
在恒压、非体积功为零条件下：Ｑp=H
T2
Q p H nC p ,m dT T1
此公式只适用于纯pVT 变化恒压、Ｗ ＝０过程
§2-4 摩尔热容 Molar heat capacity
三、ＣＶ，ｍ与Ｃp，ｍ的关系
C p,m CV ,m (HTm )p (UTm )V
[(U
m pVm T
定压摩尔热容:用Cp,m表示
单位：J•K-1•mol-1
数学定义：Cp,m= Qp,m/dT=( Hm/ T )p 此定义只适用于纯pVT变化过程
§2-4 摩尔热容
Molar heat capacity
二、定压摩尔热容
ห้องสมุดไป่ตู้
2．Ｃp，ｍ与Ｑp、H 的关系 Ｑp与Ｃp，ｍ关系： Q p
T2
nC p ,m dT
)]p
(UTm
)V
C p,m
The heat at constant volume,The heat at constant pressure