最新(物理化学)热力学第一定律及其应用

物理化学傅献彩版知识归纳一、热力学第一定律1、内容：能量守恒定律在化学反应中的应用，内容为：封闭系统中发生的能量转化等于该系统内所有物体能量的总和。

2、公式：ΔU = Q + W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外做的功。

3、应用：判断反应是否自发进行；计算反应过程中的焓变等。

二、热力学第二定律1、内容：熵增加原理，即在一个封闭系统中，自发进行的反应总是向着熵增加的方向进行。

2、公式：ΔS = Σ(δQ/T)，其中ΔS为系统熵的变化，δQ为系统热量的变化，T为热力学温度。

3、应用：判断反应是否自发进行；计算反应过程中的熵变等。

三、化学平衡1、定义：在一定条件下，可逆反应达到平衡状态时，反应物和生成物的浓度不再发生变化，各组分的浓度之比等于系数之比。

2、公式：K = [C]^n/[D]^m，其中K为平衡常数，C和D分别为反应物和生成物的浓度，n和m分别为反应物和生成物的系数。

3、应用：判断反应是否达到平衡状态；计算平衡常数；计算反应物的转化率等。

四、电化学基础1、原电池：将化学能转化为电能的装置。

主要由正极、负极、电解质和隔膜组成。

2、电解池：将电能转化为化学能的装置。

主要由电源、电解液、电极和导线组成。

3、电池的电动势：E = E(标准) - (RT/nF)ln(a(正)/a(负))，其中E为电池的电动势，E(标准)为标准状况下的电动势，R为气体常数，T为热力学温度，n为电子转移数，F为法拉第常数，a(正)和a(负)分别为正极和负极的活度。

4、电解的电压：V = (RT/nF)ln[(a(正)·a(阴))/(a(阴)·a(阳))]，其中V为电解电压，R为气体常数，T为热力学温度，n为电子转移数，F为法拉第常数，a(正)、a(阴)和a(阳)分别为正极、阴极和阳极的活度。

《物理化学》第五版是南京大学傅献彩等编著的教材，该教材是化学、化工类专业本科生的基础课教材，也可作为从事化学、化工领域科研和工程技术人员的参考书。

物理化学论文论热力学第一定律学院：化学与化工学院专业：矿物加工工程班级：1301姓名：***学号：**********热力学第一定律的内容及应用【摘要】:热力学第一定律即能量守恒及转换定律,广泛地应用于学科的各个领域,和热力学第二定律一起构成了热力学的基础,因此,深刻地理解和掌握该定律显得尤为重要,本文阐述了其产生的历史背景,具体内容及其应用【关键字】:热力学第一定律；内能定理；焦耳定律；热机；热机效率;应用；影响【引言】在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。

在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。

直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。

本文就这一伟大的应用于生产生活多方面的定律的建立过程、具体表述、及生活中的应用——热机，进行简单展开。

1．热力学第一定律的产生1.1历史渊源与科学背景人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。

中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一，古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。

恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。

但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。

18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。

这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的理论。

幻灯片1物理化学—第一章幻灯片2 第一章 热力学第一定律与热化学第一节、热力学研究的对象、内容和方法第二节、热力学基本概念第三节、热量和功第四节、可逆过程与不可逆过程第五节、热力学第一定律 第六节、焓or 热函 第七节、热容 第八节、热力学第一定律对理想气体的应用 第九节、热化学幻灯片3 第一节、热力学研究的对象、内容和方法一、研究对象 二、热力学研究的内容 三、研究方法 幻灯片4 一、研究对象 热现象领域的物理变化与化学变化。

（大量分子的集合体）幻灯片5二、热力学研究的内容 热力学的基础理论热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 应用科学---热化学 、化学平衡 、相平衡幻灯片6 热力学第零定律 表述：相互处于热平衡的所有体系具有同一种共同的强度性质—温度。

作用：是一、二定律的逻辑先决条件。

幻灯片7 热力学第一定律 表述:W Q dU W Q U δδ+=+=∆,实质：能量转化与守衡原理。

作用：解决热现象领域各种变化过程中能量间的相互转换关系。

幻灯片8 热力学第二定律 表述:T Q dS /δ≥实质：阐述了自发过程的不可逆性 作用：解决自然界变化的方向和限度问题。

幻灯片9 热力学第三定律 表述: 在OK 时任何完整晶体的熵等于零。

（Planck-Lewis 说法）实质：绝对零度不能达到原理“不能用有限的手续把一个物体的温度降低到OK （即-273.15℃）”。

作用：阐明了规定熵的数值。

是联系热化学与化学平衡的纽带。

幻灯片10 应用科学热化学：将热力学第一定律应用于化学领域便产生了热化学。

作用：探讨伴随化学变化的热现象。

计算化学反应过程的热效应。

幻灯片11 化学平衡：将热力学第二定律应用于化学领域就产生了化学平衡 作用：解决化学反应的方向与限度问题。

相平衡：将热力学第二定律应用于多相体系就产生了相平衡。

作用：解决相变化的方向与限度问题及其影响因素。

U Q ∆=-+W幻灯片12三、研究方法1．热力学的方法是一种演绎的方法2．特点：宏观性、重（两）点性3. 优点及局限性幻灯片13 热力学方法研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。

热力学第一定律一、基本概念1.系统与环境敞开系统：与环境既有能量交换又有物质交换的系统。

封闭系统：与环境只有能量交换而无物质交换的系统。

（经典热力学主要研究的系统）孤立系统：不能以任何方式与环境发生相互作用的系统。

2.状态函数：用于宏观描述热力学系统的宏观参量，例如物质的量n、温度T、压强p、体积V等。

根据状态函数的特点，我们把状态函数分成：广度性质和强度性质两大类。

广度性质：广度性质的值与系统中所含物质的量成正比，如体积、质量、熵、热容等，这种性质的函数具有加和性，是数学函数中的一次函数，即物质的量扩大a倍，则相应的广度函数便扩大a倍。

强度性质：强度性质的值只与系统自身的特点有关，与物质的量无关，如温度，压力，密度，摩尔体积等。

注：状态函数仅取决于系统所处的平衡状态，而与此状态的历史过程无关，一旦系统的状态确定，其所有的状态函数便都有唯一确定的值。

二、热力学第一定律热力学第一定律的数学表达式：对于一个微小的变化状态为：dU=公式说明：dU表示微小过程的内能变化，而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。

它们之所以采用不同的符号，是为了区别dU是全微分，而δQ和δW不是微分。

或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。

这里的W既包括体积功也包括非体积功。

以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。

它们只能适用在非敞开系统，因为敞开系统与环境可以交换物质，物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减，我们说热和功是能量的两种传递形式，显然这种说法对于敞开系统没有意义。

三、体积功的计算1.如果系统与环境之间有界面，系统的体积变化时，便克服外力做功。

将一定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中，活塞上部施加外压。

当气体膨胀微小体积为dV时，活塞便向上移动微小距离dl，此微小过程中气体克服外力所做的功等于作用在活塞上推力F与活塞上移距离dl的乘积因为我们假设活塞没有质量和摩擦，所以此活塞实际上只代表系统与环境之间可以自由移动的界面。

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。

物理化学知识点总结(热力学第一定律).doc物理化学知识点总结（热力学第一定律）摘要：热力学第一定律是热力学的基础之一，它描述了能量守恒的原理。

本文将对热力学第一定律进行详细的阐述，包括其定义、数学表达式、应用以及在物理化学中的重要作用。

关键词：热力学第一定律；能量守恒；物理化学；系统；状态函数一、引言热力学是研究能量转换和能量传递规律的科学。

热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是理解和分析热力学过程的关键。

二、热力学第一定律的定义热力学第一定律指出，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式，或者从一个系统转移到另一个系统。

在封闭系统中，能量的总量保持不变。

三、热力学第一定律的数学表达式对于一个封闭系统，热力学第一定律可以用以下数学表达式表示：[ \Delta U = Q - W ]其中，( \Delta U ) 是系统内能的变化，( Q ) 是系统吸收的热量，( W ) 是系统对外做的功。

四、系统与状态函数在热力学中，系统是指我们研究的对象，它可以是封闭的或开放的。

状态函数是描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等，它们只与系统的状态有关，而与系统状态变化的过程无关。

五、热力学第一定律的应用理想气体的等体过程在等体过程中，体积保持不变，系统对外不做功，热力学第一定律简化为 ( \Delta U = Q )。

理想气体的等压过程在等压过程中，压力保持不变，系统对外做膨胀功，热力学第一定律可以表示为 ( \Delta U = Q + W )。

理想气体的等温过程在等温过程中，温度保持不变，理想气体的内能不发生变化，热力学第一定律简化为 ( 0 = Q - W )。

六、热力学第一定律与能量转换热力学第一定律不仅适用于热能和机械能之间的转换，还适用于其他形式的能量，如电能、化学能等。

七、热力学第一定律在物理化学中的应用化学反应在化学反应中，热力学第一定律用于计算反应热，即反应过程中系统吸收或释放的热量。

热力学第一定律及其应用§2. 1热力学概论热力学的基本内容热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。

它包含系统变化所引起的物理量的变化或当物理量变化时系统的变化。

热力学研究问题的基础是四个经验定律（热力学第一定律，第二定律和第三定律，还有热力学第零定律），其中热力学第三定律是实验事实的推论。

这些定律是人们经过大量的实验归纳和总结出来的，具有不可争辩的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。

热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的，在生产和科研中发挥着重要的作用。

如一个系统的变化的方向和变化所能达的限度等。

热力学研究方法和局限性研究方法：热力学的研究方法是一种演绎推理的方法，它通过对研究的系统（所研究的对象）在转化过程中热和功的关系的分析，用热力学定律来判断该转变是否进行以及进行的程度。

特点：首先，热力学研究的结论是绝对可靠的，它所进行推理的依据是实验总结的热力学定律，没有任何假想的成分。

另外，热力学在研究问题的时，只是从系统变化过程的热功关系入手，以热力学定律作为标准，从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。

不考虑系统在转化过程中，物质微粒是什么和到底发生了什么变化。

局限性：不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系，即不能对系统变化的具体过程和细节做出判断。

只能预示过程进行的可能性，但不能解决过程的现实性，即不能预言过程的时间性问题。

§2. 2热平衡和热力学第零定律－温度的概念为了给热力学所研究的对象－系统的热冷程度确定一个严格概念，需要定义温度。

温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。

一个不受外界影响的系统，最终会达到热平衡，宏观上不再变化，可以用一个状态参量来描述它。

当把两个系统已达平衡的系统接触，并使它们用可以导热的壁接触，则这两个系统之间在达到热平衡时，两个系统的这一状态参量也应该相等。

这个状态参量就称为温度。

那么如何确定一个系统的温度呢？热力学第零定律指出：如果两个系统分别和处于平衡的第三个系统达成热平衡，则这两个系统也彼此也处于热平衡。

热力学第一定律在生活中的应用
热力学第一定律是能量守恒原理的一种表达方式。

此定律曰：在一个热力学系统内，能量可转换，即可从一种形式转变成另一种形式，但不能自行产生，也不能毁灭。

一般公式化为：一个系统内能的改变等于供给系统的热量加上系统对外环境所作的功。

热力学第一定律是生物，物理化学等学科的重要定律。

热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。

这是许多人幻想制造的能不断地做功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。

显然，第一类永动机违背能量守恒定律。

热力学第一定律本质上与能量守恒定律是的等同的，是一个普适的定律，适用于宏观世界和微观世界的所有体系，适用于一切形式的能量。

自1850年起，科学界公认能量守恒定律是自然界普遍规律之一。

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。

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，是人类经验的总结，也是热力学最基本的定律之一。

热力学第一定律是热力学的基础，而且在能源方面有广泛的应用，能源是人类社会活动的物质基础，社会得以发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用，能量资源的范围随着科学
技术的发展而扩大，所以热力学第一定律的广阔发展前景也将越来越光明。

第二章 热力学第一定律及其应用教学目的：使学生初步了解热力学的方法、建立内能和焓是状态函数的概念，并了解状态函数的性质、理解热力学第一定律，掌握理想气体在各种过程中、∆Η、Q 与W 的计算。

U ∆教学要求：1. 掌握热力学的一些基本概念2. 明确热、功与热力学能三者的区别与联系3. 明确准静态过程与可逆过程的意义4. 充分理解状态函数的意义及其数学性质5. 明确焓的定义，它和热力学能一样都是状态函数6. 熟练掌握气体在等温、等容、等压与绝热过程中△Ｕ、△Ｈ、Ｑ与Ｗ 的计算7. 掌握计算热效应的方法，熟悉掌握盖斯定律和基尔戈夫定律教学重点和难点: 热力学的一些基本概念，各种过程△Ｕ、△Ｈ、Ｑ与Ｗ 的计算，绝热过程、可逆过程与最大功是本章的重点和难点。

§2.1 热力学概论一、 热力学的研究对象1. 热力学：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。

研究在一定条件下变化的方向和限度。

主要内容是热力学第一定律和第二定律。

这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。

本世纪初又建立了热力学第三定律。

2. 化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。

化学热力学的主要内容：（1）热力学第一定律-----解决化学变化的热效应问题。

（2）热力学第二定律----解决化学及物理变化的方向和限度问题。

^_^---（3）热力学第三定律-----利用热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。

二、热力学的方法及局限性1. 特点（1） 适用于大量质点构成的宏观体系，不适用于分子的个别行为。

（2）不考虑物质的微观结构和反应机理，只知道始终态即可。

2. 局限性：(1)只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。

即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明。

结果导致知其然而不知其所以然。

(2)只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。

热力学第一定律守恒能量热力学是研究能量转化和物质性质变化的学科。

热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，它描述了能量在物质和系统中的转化过程。

本文将深入探讨热力学第一定律——守恒能量的原理和应用。

热力学第一定律可以简单地表述为能量守恒定律。

根据这个定律，能量可以从一个系统或物体转移到另一个系统或物体，但总能量的数量保持不变。

这意味着能量不能被创造或破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。

能量是物质存在的基本属性，可以以多种形式存在，例如热能、电能、势能和动能等。

根据热力学第一定律，这些能量可以相互转化，但其总和保持不变。

在物理学中，热力学第一定律可以表示为以下方程式：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表系统吸收的热能，W代表系统对外做功。

这个方程式可以简化为能量守恒的形式，即热能和功的总和等于内能的变化。

热力学第一定律的一个重要应用是对热机的分析。

热机是将热能转化为机械能的装置，例如汽车发动机和蒸汽轮机等。

根据热力学第一定律，热机工作时从热源吸热Q，同时对外做功W，因此内能变化ΔU为零。

根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，我们可以得出热机的效率公式：η = W / Q其中，η代表热机的效率，W代表热机对外做的功，Q代表热机从热源吸收的热能。

根据这个公式，我们可以计算热机对热源吸收的热能和产生的功的比值，从而评估热机的性能。

除了热机，热力学第一定律在其他领域中也有重要应用。

例如，它可以用于解释化学反应中的能量变化。

根据化学反应的热力学计算，我们可以预测反应的放热或吸热性质，并进一步评估反应的可行性。

此外，热力学第一定律还可以用于分析能量输运和传递的过程。

例如，在建筑工程中，我们可以使用热力学第一定律来计算热量在建筑物内部和外部的传递和损失，从而优化建筑的节能效果。

总之，热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，它描述了能量在物质和系统中的转化过程。

根据热力学第一定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的数量保持不变。