第一章化学热力学初步
1.1 热力学第一定律
1.1.1 基本概念
前言：热力学是研究热能和机械能以及其它形式能量之间转换规律的一门科学，用热力学的理论和方法研究化学则产生了化学热力学。化学热力学可以解决化学反应中能量变化问题进行的限度等问题。化学热力学在讨论物质的变化时，着眼于宏观性质的变化，不需涉及物质的微观结构,即可得到许多有用的结论，运用化学热力学方法研究化学问题时，只需知道研究对象的起始状态和最终状态而无需知道变化过程的机理，即可对许多过程的一般规律加以探讨。
一、热力学第一定律
1.基本概念
(1).环境和体系：热力学中称研究对象为体系，称体系以外的其它部分为环境。
例：研究杯中的水则水是体系，水面以上空气，盛水的杯子，乃至放杯子的桌子等都是环境。
按照体系与环境之间的物质和能量的交换关系，通常将体系分为三类：
敞开体系：体系与环境之间既有能量交换又有物质交换。
封闭体系：体系与环境之间有能量交换但没有物质交换。
孤立体系：体系与环境之间既无能量交换又无物质交换。
例：在一敞开杯中盛满热水，以热水为体系则是一敞开体系。降温过程中体系向环境放出热量，又不断有水分子变为水蒸气逸出。若在杯上加一个盖子则避免理论与环境间的物质交换。于是得到一个封闭体系。若将杯子换成一个理想保温杯杜绝了能量交换，于是得到一个孤立体系。
(2).状态和状态函数
状态：由一系列表征体系的物理量所确定下来的体系的存在形式，称为体系的状态。
状态函数：籍以确定体系状态的物理量。例：某理想气体，其物质的量n=1mol，压强p=1.013×105Pa，体积V=22.4L，温度T=273K。我们说它处于标准状态。P、V、T和n就是体系的状态函数。
体系发生变化前的状态称始态，变化后的状态称终态。体系变化的始态和终态一经确定，各终态函数的改变量也就确定。状态函数的改变量常用希腊字母∆表示，如始态温度为T１终态温度为Ｔ２则状态函数的改变量∆Ｔ＝T１－Ｔ２。
有些状态函数，如Ｖ和ｎ,所表示的体系的性质具有加和性,称体系的量度性质或广延性质。有些状态函数如Ｐ和Ｔ等,所表示的性质不具有加和性，称体系的强度性质。
(3).过程和途径
过程：体系的终态发生变化，从始态到终态，我们说体系经历了一个热力学过程，简称过程。有一些过程是在特定条件下进行的如恒压过程、恒温过程、恒容过程、绝热过程等。
途径：变化过程可以采取许多种不同方式，我们把这每一种具体的方式称为一种途径。
状态函数的改变量决定于过程的始终态，与采取哪些途径来完成这个过程无关。
(4).体积功
在许多过程中，体系的体积变化，体系在反抗外界压强发生体积变化时，有功产生。这种功称为体积功。例：膨胀过程中，气体将活塞从Ⅰ位推到Ⅱ位。位移为∆l，则W=F·∆l，而F=P·S，所以W=P·S·∆l=P·∆V（W为功、F为力、P为压强、S为活塞面积、∆V为体积改变量）。
(5).热力学能（内能）
体系内一切能量的总和叫做体系的热力学能，通常用U表示。它包括体系内各种物质的分子或原子的位能、振动能、转动能、平动能、电子的动能以及核能等，理想气体的内能U只是温度的函数。
1.1.2 热力学第一定律
2.热力学第一定律
(1)内容：若某体系由状态变化到状态，在这一过程中体系吸热为Ｑ，并做功Ｗ，用ｕ表示体系内能的改变量，则有关系式ΔU＝Ｑ－Ｗ。可以说体系改变量等于体系从环境吸收的热量减去体系对环境所做的功。
(2)热和功:
a.符号：体系在变化过程若吸热则Ｑ>０，若放热则Ｑ<０。体系在变化过程若体系对环境做功则Ｗ>０，环境对体系做功则Ｗ<０。
b.功和热与途径的关系：状态函数的改变量只与体系所经历的热力学过程的始态和终态有关，与途径无关。功Ｗ和热Ｑ不是状态函数。功和热只有在能量交换时才会有具体的数值并且随着途径不同，功和热的数据都会有变化。
