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物理化学课件 第一章 热力学

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物理化学第一章_热力学第一定律

物理化学第一章_热力学第一定律
北纬 W2 =40 °00 ′ 某时气温 t2 =10℃
J＝1°50′
W=8° t =－20℃
东经J1 =118°75 ′
北纬 W1 = 32°00 ′ 某时气温 t1 = 30℃
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返回 2200
标准态
➢规定标准态的必要性:
• 体系的状态函数强烈地依赖于物质所处的状态. • 有关状态函数的计算强烈地依赖于基础的实验数据. • 建立通用的基础热力学数据需要确立公认的物质标
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返回 1133
由经验可知，一般来说，质量一定的单组分气相 体系，只需要指定两个状态函数就能确定它的状态。 另一个通过近似PV=nRT的关系也就随之而定了，从 而体系的状态也就确定了。
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返回 1144
状态函数共同性质
(1) 体系的状态一定，状态函数有确定值。
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返回 1122
四、状态函数与状态性质
1、状态和状态函数
物理性质和化学性质的综合表现就称体系的状态。
描述物质状态的性质叫做状态函数(state function)。
状态函数是相互联系，相互制约，一个状态函 数的改变，也会引起另一个状态函数的改变 。
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四、状态函数与状态性质
⑴ 状态函数的数学表达
体系由A态变到B态，Z值改变量
Z ZB ZA
ZB dZ
ZA
对于循环过程 dZ 0
状态函数的微小改变量可以表示为全微分，即偏微分之和
dZ

物理化学简明教程-课件

物理化学简明教程-课件
可见，外压差距越小，膨 胀次数越多，做的功也越多。
27
(6)准静态过程 若体系由始态到终态的过程是由一连串无限邻近且
无限接近于平衡的状态构成，则这样的过程称为准静态 过程。
准静态过程 pex = p dp, 微小dp可忽略
W - V2 ( p ±dp)dV - V2 pdV
V1
V1
P终
p始
状态函数的特性：异途同归，值变相等；周而复始，
数值还原
5
状态性质
强度性质 与系统中物质的量无关
无加和性
温度 T总＝T1＝T2＝… 压力 p总＝p1＝p2＝… 密度ρ总＝ρ1＝ρ2＝…
容量性质(广度性质) 与系统中物质的量有关
有加和性
体积 V总＝V1+V2+… 质量 m总＝ m1+m2 +… 内能 U总＝U1+U2+…
W' e,1
- p"(V" -V2)
-+-
p' (V '
-V ")
-- p1(V1 -V ' )
31
3.可逆压缩
如果外压力始终比内压力大一个无限小dP，即由 无数个等外压的无限缓慢的压缩过程组成：
W ' e,3
-
V1 V2
pidV
= -nRTln V1 V2
则体系和环境都能恢复 到原状。
32
可逆膨胀，体系对环境作最大功； 可逆压缩，环境对体系作最小功。
热功当量： 1 卡 = 4.184 焦耳 热力学第一定律的实质 能量守恒。
热力学第一定律的表达形式： 能量不能凭空产生或消灭，只能从一种形式以严格 的当量关系转换为另一种形式。 不供给能量而可连续不断对外做功的机器叫第一类 永动机。第一类永动机的创造是不可能实现的。 隔离系统的能量为一常数。

大学化学《物理化学-热力学第一定律及其应用》课件

大学化学《物理化学-热力学第一定律及其应用》课件

(1)克服外压为 p '，体积从V1 膨胀到V ' ； (2)克服外压为 p"，体积从V ' 膨胀到V " ；
(3)克服外压为 p2，体积从V "膨胀到V2 。
We,3 p '(V 'V1)
p"(V "V ')
p
p1
p1V1
p2 (V2 V ")
p'
所作的功等于3次作功的加和。p "
p 'V ' p"V "
可见，外压差距越小，膨 p2 胀次数越多，做的功也越多。
V1 V ' V "
p2V2
V2 V
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2024/9/13
功与过程（多次等外压膨胀）
p"
p' p1
V"
V1
V'
p
p1
p1V1
p2
V2
p'
p 'V '
阴影面积代表We,3
p"
p"V "
p2
p2V2
上一内容
下一内容
V1 V ' V "
第三步：用 p1 的压力将体系从V ' 压缩到 V1 。
p
W' e,1
p"(V "
V2 )
p1
p1V1
p' (V ' V ")
p'
p 'V '
p1(V1 V ' )
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V2 V

物理化学1.1-热力学基本概念

物理化学1.1-热力学基本概念
第一章 化学热力学基础
●在确定条件下，变化是自发还是非自发？变化的 限度？从确定的自发变化可以获得多少功？要实现 确定的非自发变化，必须注入多少功？
三峡大坝 发电机组
化学电池 化学激光 ……
农田灌溉
电解反应 光化学反应 ……
§1.1 热力学基本概念
1.系统和环境
系统（system） ——热力学研究的对象，包括指定的物质和空间。
非均相系统（多相系统）
（heterogeneous system）
CaCO3 (s) ＝CaO(s)＋CO2(g) NH4HCO3 (s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g)
相变（phase transformation）
——物质从一种聚集形态转变为另一种聚集形态。
气体
液化
升华
√
封闭系统(Closed system) ×
√
隔离系统(Isolated system) ×
×
2.描述系统状态的热力学函数
抽开插板
n,p,V,T
n, p,V,T
Sy(I)
Sy(II)
强度性质函数（intensive properties） 数值大小与系统中所含物质的量无关， 无加和性（如 p，T）；
p、V、T 变化过程 相变化过程 化学变化过程
典型p、V、T变化过程
① 定温过程：T1=T2=Tsu ② 定压过程： p1= p2= psu ③ 定容过程： V1=V2 ④ 绝热过程： Q = 0 ⑤ 对抗恒外压过程：psu=常数（包括0）
p1,T1 psu
⑥ 循环过程 ：系统的始态和终态为同一状态。
1、苯的正常沸点为80.1 ℃。你知道苯在80.1 ℃ 的饱和蒸汽压吗？

物理化学-热力学第一定律

物理化学-热力学第一定律

❖ 小结：
➢ W和Q是系统与环境间交换能量的两种形式；不是能量存在 的形式，而是能量传递的形式；
➢ 不能说系统某个状态具有多少热、多少功； ➢ 计算W和Q一定要与系统与环境间发生热交换的过程联系； ➢ 系统内部的能量交换不可能是热或功。
➢ W和Q 不是状态函数，其数值与变化途径有关，为途径函数；
➢ Q和W的微小变化用符号 δ 而不能用d表示。即：δQ和δW
热力学第一定律
U Q W
环境 surroundings
无物质交换 封闭系统 Closed system
有能量交换
第一章 热力学第一定律
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5
热力学绪论 热力学基本概念 热力学第一定律 可逆过程与体积功 焓
§1.6 热容
§1.7 热力学第一定律的应用
§1.8 热化学 §1.9 化学反应热效应的计算 §1.10 能量代谢与微量量热技术简介
§1.1 热力学绪论
➢ 机械运动——物体的空间位置发生变化。 ➢ 热运动——由大量无规则运动的分子所组成的宏观物质以热现象
为主要标志的运动。
➢ 热现象——物质物理性质随温度变化的现象。 ➢ 热学——研究物质热现象、热运动规律以及热运动同其它运动形
式之间转化规律的一门学科。
➢ 热学理论两种方法——热力学方法和统计物理学方法
适用条件：封闭系统。
能量守恒定律
Joule（焦耳）和 Mayer（迈耶尔)自1840年起， 历经 20 多年，用各种实验求证热和功的转换关系， 得到了一致的结果。
即： 1 cal = 4.1840 J
3.化学过程 过程：系统发生了一个从初态到末态的变化，
称为系统发生了一个热力学过程。 途径：从初态到末态的具体步骤。

物理化学(pmph)1.1热力学概论PPT课件

物理化学(pmph)1.1热力学概论PPT课件

熵总是趋向于增加，即系统的无序程度会不断增加。这一原理对于理解
热力学循环和效率具有重要意义。
03
热力学性质计算与应用
理想气体状态方程及应用
理想气体状态方程
描述理想气体状态参量之间关系的方程，即pV=nRT，其中p为压强，V为体积，n 为物质的量，R为气体常数，T为热力学温度。
应用
通过测量气体的压强、体积和温度，可以计算气体的物质的量、密度、摩尔质量 等物理量。同时，理想气体状态方程也是热力学第一定律和第二定律的基础。
04
热力学在化学反应中的应用
化学反应热力学基础
热力学基本概念
介绍温度、压力、热量、功等 热力学基本概念及其在化学反 应中的意义。
热力学第一定律
阐述能量守恒原理，解释化学 反应中的热效应及其计算方法 。
热力学第二定律
引入熵的概念，讨论化学反应 的方向和限度，以及热力学第 二定律在化学反应中的应用。
材料相变热力学分析
相变现象与分类
阐述材料中常见的相变现象，如固-固 相变、固-液相变、液-气相变等，及 其分类方法。
相变热力学基础
材料相变热力学应用
举例说明相变热力学在材料制备、加 工、性能优化等方面的应用。
介绍相变过程中的热力学基础，如相 平衡条件、相变驱动力等。
材料热力学性质计算与模拟
热力学性质计算方法
微观尺度下热力学现象探索
微观尺度热力学概述
01
研究在微观尺度下，如纳米、分子等层面上的热力学现象和规
律。
微观尺度热力学理论
02
包括统计热力学、量子热力学等，用于揭示微观尺度下的热力
学本质和机制。Leabharlann 微观尺度热力学应用03
在纳米科技、生物医学、能源转换等领域有重要应用，如纳米

物理化学热力学第一定律

第一章 热力学第一定律
§1.1 热力学概论 §1.2 热力学基本概念 §1.3 热力学第一定律 §1.4 体积功与可逆过程 §1.5 焓 §1.6 热容 §1.7 热力学第一定律的应用 §1.8 热化学 §1.9 化学反应热效应的计算 §1.10 能量代谢与微量量热技术简介(自习)
-1-
物理化学
第一章 热力学第一定律
-12-
Vm
V n
物理化学
§1.2 热力学基本概念
四、状态函数与状态方程 (state function ＆ equation of state)
(一) 状态函数
体系状态一定时, 其值一定的物理量.
又称为系统的热力学性质.
eg. T 、p 、Ｖ、Ｕ、H 等。
-13-
物理化学
§1.2 热力学基本概念
eg.
dT ＝0 isothermal process dp ＝0 isobaric process
dV ＝0 isochoric process Q ＝0 idiabatic process dZ ＝0 cyclical process
-17-
物理化学
§1.2 热力学基本概念
状态函数法 ── 计算状态函数的改变值△Z △Z ＝Z2 － Z1 与路径无关
Q > 0 Q < 0
物理化学
§1.2 热力学基本概念
2. 功Ｗ ── 系统在广义力的作用下, 产生
了 广义位移时, 系统与环境交换的能量
为功Ｗ .
[W ] = J
其微变量用δW 表示；
规定: 体系从环境 得功为正. W ＞ 0
体系对环境 作功为负. W ＜ 0
-21-
物理化学
§1.2 热力学基本概念

大学物理化学授课课件基本概念及定义(本科专业)


8
1-4 状态方程式
状态方程式：三个基本状态参数(p、v、T)之间的函数关系，即：
F(p，v，T)＝0
显函数形式：T＝f1(p，v)，p＝f2(v，T)，v＝f3(p，T)
理想气体：相互之间没有作用力的质点组成的可压缩流体。
理想气体状态方程式（克拉贝龙方程）：
对1mol理想气体： pVm＝RT R＝8.314 510 J/(mol·K) —摩尔气体常数；Vm—摩尔容积，m3/mol 。
系统状态变化，取决于系统和外界间的能量传递。状态公理表
明，确定系统平衡状态所需的独立状态参
数的数目等于系统和外界间进行能量传递
方式的数目。对于常见的气态物质组成的
系统，没有化学反应时，它和外界间传递
的能量只有热量和系统容积变化功，因此
只要有两个独立的状态参数即可确定系统
的状态。
2020年4月18日
第一章 基本概念及定义
第一章 基本概念及定义
1-1 热力学系统 1-2 热力学系统的状态及基本状态参数 1-3 平衡状态和状态参数坐标图 1-4 状态方程式 1-5 准静态过程和可逆过程 1-6 可逆过程的功 1-7 热量 1-8 热力循环
2020年4月18日
第一章 基本概念及定义
1Hale Waihona Puke 1-1 热力学系统热力学系统（热力系统、热力系、系统）——人为选定的某些确 定的物质或某个确定空间中的物质 。
2
2020年4月18日
dp p2 p1 p1,2
1
第一章 基本概念及定义
4
基本状态参数：
一、比体积v ——单位质量物质占有的体积。描述系统内部物质 分布状况的参数。
v V m3/kg m
密度和比体积互为倒数，即

第一章 热力学第一定律

H2O(l)
糖水
糖水 糖
均相系统
多（复、非均）相系统
化学平衡：系统内化学组成不变
物理化学 第一章 热力学第一定律 宁夏大学新华学院
Joule（焦耳）和 Mayer（迈耶尔)自1840年起，历经 20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结 果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
状态函数:确定体系状态的物理量 (p,V,T)
特点: (1) 状态一定，状态函数一定。
(2) 状态变化，状态函数也随之而变,且状态函数
的变化值只与始态、终态有关,与变化途径无关。
物理化学
第一章 热力学第一定律
宁夏大学新华学院
§1.2 热力学基本概念及术语
容量（广度）性质：与物质的数量成正比，具有加和性 如：V、n、C 强度性质：与物质的数量无关，不具有加和性 如：P、T、Vm 、ρ T1 P1 V1 T2 P2 V2
（c）整个膨胀过程中，始终保持外压比气体压力p只差无限小数值
p外=p-dp
W p外dV ( p d p)dV pdV dpdV
V1 V1 V1 V1
V2
V2
V2
V2
物理化学
第一章 热力学第一定律
宁夏大学新华学院
§1.4 体积功
准静态过程：由无限多个极其接近平衡态（静态）的步骤组成
学能的变化 (能量守恒定律)
物理化学 第一章 热力学第一定律 宁夏大学新华学院
1.3 能量守恒----热力学第一定律
热和功的取号与热力学能变化的关系 系统吸热 Q>0 环境 U > 0 W>0 系统 系统放热 Q<0 U <0 W<0
U = Q + W

物理化学总复习1公开课获奖课件


（2）单纯p、V、T变化过程中系统Δ S
恒温过程：
S nR ln V2 nR ln p1
V1
p2
对凝聚系统，在压力变化不很大时， Δ U≈0， Δ V
≈0，因此Δ S≈ 0
❖恒压变温过程：
S
nC p,m
ln
T2 T1
❖恒容变温过程：
S
T2 T1
nCV
,m
ln
T2 T1
第19页
❖对p、V、T同步变化过程
8.314
273.2
ln
1013.25 101.325
103 103
23.33kJ
Q1 W1=23.33kJ
第13页
（2）绝热可逆
Cp,m 5
CV ,m 3
V2
(
p1 p2
1
)
V1
[(1013.25 101.325
103 103
)
3 5
10 103 ]
39.81dm3
T2
p2V2 nR
101.325103 39.81103 4.461 8.314
第11页
12. 对于一定量理想气体，当温度一定期，内能与焓
值一定，其差值也一定。（）
对
13. 根据道尔顿分压定律 p pB ，压力具有加和
性，因此压力是广延性质。（）B 错
第12页
1. 10 dm3单原子分子理想气体从0℃、1013.25kPa初态通过（1） 恒温可逆膨胀；（2）绝热可逆膨胀；（3）对抗恒定外压 pamb=101.325kPa下绝热膨胀，最终压力为101.325kPa。计算各 过程中气体最终体积，温度及过程Q、W、ΔU、ΔH。
第21页
（2）吉布斯函数（G） G = H-TS ΔG≤ 0 自发（不可逆） 平衡（可逆）
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第一章 热力学第一定律和热化学
The first law of themodynamics and thermochemistry
第一节 热力学概论
一. 热力学
热力学(Thermodynamics)： 研究宏观系统各种过程中能量相互转换所遵循的规 律的科学， 化学热力学：
热力学应用于化学及其相关的过程 主要原理：
内容：通过导热壁分别与第三个物体达热平衡的任意两个物 体彼此间也必然达热平衡。
定律延伸：任一热力学均相体系，在平衡态各自存在一个称 之为温度的状态函数，对所有达热平衡的均相体系，其温 度相同。
温标：a）摄氏温标 以水为基准物，规定水的凝固为零点， 水的沸点与冰点间距离的1/100为1℃。
b）理想气体温标 以低压气体为基准物质，规定水的三相点 为273.16K，温度计中低压气体的压强为 pr
平衡态公理： 一个孤立体系，在足够长的时间内必将趋于唯一的
平衡态，而且永远不能自动地离开它。
四、状态和状态函数
(一)状态 —系统所有性质的综合表现 ➢系统处于确定的状态，系统所有性质具有确定值；
➢系统所有性质具有确定值，系统状态就确定了；
➢系统的性质是相互关联的，通常采用容易直接测量 的强度性质和必要的广度性质来描述系统所处状态。
五、过程与途径
过程：系统从始态到终态发生的变化 途径：系统完成一个过程的具体方式和步骤
过程 －系统从始态到终态状态随发生的一系列变化
➢ 化学变化过程 按变化的性质分 ➢ 物理过程
p、V、T变化过程
相变化过程
过程按变化的条件分： 等温（T = 0) 等容（V = 0)
表述为热力学第一定律(相变和化学反应热效应)、热力 学第二定律(方向、限度和平衡)、热力学第三定律(熵)
应用：热化学、化学平衡、相平衡、电化学、表面和胶体化学
三、热力学方法和局限性
热力学方法：以大量质点组成的宏观系统为研究对象， 通过严格的推理演绎的方法指出变化结果。
正确性： 结论可靠，被大量实验事实所证实。 局限性： 不能回答个别质点的行为，
V = f(T, p) dV = (V/ T)pdT + (V/ p)pdp
H2O (s, 25oC,1 atm ) H2O (g, 25oC,1 atm )
H2O (l, 25oC, 1 atm )
4. 不同状态函数的初等函数（+ - x /）也是状态 函数
G = H – TS; H ＝ U + pV
系统的性质与其状态相互对应， 系统的性质是状态的函数，或状态变量
状态的独立变量 各种状态变量之间互有联系，确定系统的状态，只要指 定其中的几个，称独立变量
对于一定物质量的封闭系统，在无化学变化和相变时， 一般指定二个独立变量，系统的状态就确定了。
状态函数的特征
1．状态函数的值只取决于当时的状态，是状态的单值函数；
2．状态函数的变化只取决于始态和终态，与变化的途径无关；
3．状态恢复原状，状态函数的变化为零。
以上特点，在数学上可以用全微分描述
如V = f ( T, p )
dV
V T
dT
p
V p
T
dp
全微分的环积分为零， dV 0
即经过一个循环过程后，状态函数的变化为零。
状态函数的微小变化在数学上是全微分
不能指出过程的机理和变化速率。
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境
系统：划定的研究对象 环境：与系统相关联的其余部分 划定界面： 实际存在的想象的
（系统 + 环境 = 宇宙）
开放系统 封闭系统
系统分类： 敞开系统：有物质交换 有能量交换 封闭系统：无物质交换 有能量交换 隔离系统：无物质交换 无能量交换 (孤立系统)
(三) 状态方程——状态函数之间的定量关系式
理想气体状态方程： pV = nRT
p: Pa V: m3 n: mol R: 8.314 JK-1mol-1 T: K
R = 0.08206 atm L/(K mol) = 8.314 J/(K mol) = 1.987 cal/(K mol)
热力学第零定律 (只做了解)
热力学第零定律 (只做了解)
则恒容时，任意其它压力时的温度为 T/K=273.16lim(p/ pr ) , p→0
c)热力学温标 定义1K为水三相点热力学温度的1/273.16 热力学温度与摄氏温度间的关系为
T/K= t/℃+273.15 根据以上规定, 水的冰点温度为273.15K。
思考：如何得到理想气体温标？为什么水的冰点与水 的三相点的温度不一样？
三、热力学平衡态
——系统的性质不随时间变化的状态 必须必须同时满足： 力平衡——压力相等 热平衡——温度相等 相平衡——各相组成和数量不变 化学平衡——组成不变 系统的状态就是指系统处于热力学平衡态 变化前为始态，变化后为终态
应该指出，上述几个平衡是互为依赖的，若体系中 各部分作用力不均衡，必将引起某种扰动，继而引 起体系各部分温度的波动，最终导致原来已形成的 物质平衡状态遭到破坏，使化学反应沿某方向进行 或物质自一相向其他相转移。
1 mol H2
1 mol H2
0 oC ，1atm
0 oC ，0.5 atm
22.4 dm3
2
确定系统的状态需要的状态性质数：见相率一章，对于含n个
物质的封闭系统，需要指定n+2种性质。
(二) 状态函数（State function）
由系统状态确定的各种热力学性质，称为系统的状态函数
表述为热力学第一定律、热力学第二定律、热 力学第三定律 应用：
热化学、化学平衡、相平衡、电化学、表面和 胶体化学
二. 化学热力学
热力学(Thermodynamics)： 研究宏观系统各种过程中能量相互转换所遵循的规律的科学 化学热力学（chemical thermodynamics）：
热力学应用于化学及其相关的过程 主要原理：
隔离系统
二、系统的性质
性质——描述系统的物理量
广度性质（容量性质）：其值与物质量成正比，具加和性。 如体积，质量。
强度性质：其值与物质量无关，不具加和性。如温度、压力、 密度、粘度。
广度性质 1 ＝强度性质 广度性质2
如 质量 ＝密度 体积
各种广度性质的摩尔值＝强度性质
广度性质（eg. V） 强度性质 (eg. 密度)＝广度性质