热力学第一.2定律,化学势,相平衡,化学平衡

热力学第一二定律热力学是物理学的一个分支，研究能量的转化和能量之间的关系。

其中，热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两个基本定律。

本文将详细介绍热力学第一定律和热力学第二定律的概念和应用。

热力学第一定律，又称能量守恒定律，表明能量在物理过程中的转化是守恒的。

简单来说，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：∆U = Q - W其中，∆U代表系统内能量的变化，Q代表从外界传递给系统的热量，W代表系统对外界做的功。

根据热力学第一定律，一个封闭系统的内能变化等于系统所吸收的热量减去系统所做的功。

热力学第一定律的一个重要应用是热机效率的计算。

根据热力学第一定律，热机工作时，吸收的热量用来产生功和增加系统内能。

热机效率定义为输出功与吸收热量的比值，数学表达式为：η = W/Qh其中，η代表热机效率，W代表输出功，Qh代表吸收的热量。

根据热力学第一定律和热机效率的定义，可以计算出热机的效率。

热力学第二定律是指自然界中热量只能从高温物体传递到低温物体的方向性规律。

热能不可能自发地从低温物体传递到高温物体，这是因为熵增加的原因。

熵是一个衡量系统无序程度的物理量，也可以理解为系统的混乱程度。

热力学第二定律可以用多种方式表达，常见的表达方式之一是克劳修斯表达式：ΔS ≥ Q/T其中，ΔS代表系统的熵变，Q代表系统吸收的热量，T代表系统的温度。

根据热力学第二定律，系统的熵在吸收热量的情况下只能增加或者不变，但绝不会减少。

热力学第二定律的应用之一是热力学循环的研究。

热力学循环是指热机、制冷机等设备在工作中所经历的一系列热量和功的转化过程。

根据热力学第二定律，热力学循环的效率不可能达到100%，存在一个理论上的极限值，即卡诺循环效率。

卡诺循环效率由热机工作温度的比值决定，只有在温度无限接近的情况下，热机的效率才能无限接近卡诺循环效率。

总结起来，热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两个基本定律。

热力学中的相平衡及其应用热力学是研究热力学系统的物理学科，它研究的是热和功的相互转化关系。

在热力学中，相平衡是一个重要的概念，它涉及到热力学系统中各个相（也就是统计物理学中的物态）之间的平衡状态。

本篇文章将讨论热力学中的相平衡及其应用。

一、相平衡的基本概念相平衡是指热力学系统中各相之间达到稳定状态的状态，也就是说，各相之间的比例不发生变化，而且它们的物理性质也保持不变。

例如，一个水+冰的系统，在0°C时会达到相平衡，此时水和冰的比例不变，它们的密度、比热等物理性质也保持不变。

在相平衡状态下，各相之间的化学势、温度、压力等物理量都是相等的，这被称为相平衡条件。

相平衡条件是物理化学中的重要关系，它可以用来解决相变和化学反应的热力学问题。

二、相平衡的类型在热力学中，相平衡可以分为两种类型：稳定相平衡和非稳定相平衡。

稳定相平衡是指各相达到平衡后，可以长期保持不变的状态；而非稳定相平衡则是指各相之间的比例是动态的，会随着时间的推移而发生变化。

以液体和蒸汽的相平衡为例，当一个开口的水杯放置在平衡的环境中时，水面上方会形成一层水蒸气，这便是液体和蒸汽的相平衡。

这种相平衡是稳定的，因为水和蒸汽之间的比例和性质可以在很长的时间内保持不变。

三、相平衡的应用相平衡在物理化学中有广泛的应用，下面将介绍其在相变和化学反应方面的应用。

1. 相变相变是指物质由一种相转变为另一种相的过程。

在热力学中，相变的条件是相平衡条件，即各相之间化学势、温度、压力相等。

相变是物质性质改变的一种表现，因此它在自然界中有着广泛的应用，如水结冰、水蒸气凝结等现象。

2. 化学反应化学反应是指物质分子之间发生变化的过程。

在热力学中，化学反应的条件也是相平衡条件。

化学反应的平衡是指反应物和产物之间的化学势、温度、压力等相等。

化学反应的平衡常数是反应物和产物之间化学势比值的比例。

因此，相平衡的概念在化学反应的研究中具有重要的作用。

综上所述，相平衡是热力学中一个重要的概念。

热力学第一定律基本概念体系（system ）:作为研究对象的部分物质及其空间环境（surrounding ）:体系以外且与体系密切相关的物质及其所在空间 敞开体系，封闭体系，绝热体系，孤立体系 状态：体系宏观性质的总和状态性质：描述体系状态的宏观物理量。

广度性质，强度性质 状态函数：依赖其他状态变量的状态性质称为状态函数 状态函数的数学性质：单值，连续，可微的函数；在状态图上是连续变化的单值平滑曲线 若 Z = f (x, y) 为状态函数，则有全微分：Z Z dZ dx dy x y ⎛⎫∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 0dZ =⎰ 22Z Zx y y x ∂∂=∂∂∂∂1y xZ Z x y x y Z ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 过程：发生状态变化的方式 途径：完成某一变化的具体步骤等温过程，等压过程，等容过程，绝热过程，节流过程，循环过程，卡诺循环 热力学平衡：力平衡，热平衡，相平衡，化学平衡 反应进度热力学第一定律U Q W ∆=+ 或 dU Q W δδ=+U 热力学能（内能）：是体系的广度性质，它是体系中一切形式能量的总和。

如分子，原子的平动能、转动能、振动能，分子，原子，电子及原子核等相互作用的势能；但不包括力场中整体运动的动能、势能；绝对值不可知。

Q 热：体系与环境由于温度的差别所交换的能量。

是以分子无序运动相互碰撞传递能量的方式。

体系从环境吸热为正值，反之为负值。

W 功：体系与环境之间除热的形式以外所交换的能量，是体系和环境间以物质分子宏观有序运动传递能量的方式。

环境对体系作功为正值，反之为负值。

W 的计算：W p dV p dV δ=-≠-外体反抗恒外压：Wp V =-∆外理想气体等温可逆过程：W = nRTln(V 2/V 1) = nRTln(p 1/p 2)理想气体绝热可逆过程：W = nC v,m (T 2 -T 1) = (p 2 V 2－p 1V 1)/(γ－1)理想气体绝热不可逆过程：W = nC v,m (T 2 -T 1) = p 外(V 2－V 1)＝nRp 外(T 2/p 2－T 1/p 1)Q 的计算：显热（封闭体系，无相变化，无化学反应）,21()V V m Q nC T T =-，,21()p p m Q nC T T =-潜热（相变过程）恒压可逆相变：Q Qp H ==∆相变不可逆相变：Q U W =∆-化学反应热Hess 定律， 生成热， 燃烧热， 离子生成热，键焓 Kirchhoff 定律 p v Q Q nRT =+∆ 焓定义式： H = U + pV ∆H = ∆U + ∆(pV) 理想气体等温过程：∆H ＝ ∆U ＝0 Joule — Thomson 效应1HT T H p Cp p μ⎛⎫⎛⎫∂∂==-⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭卡诺热机效率：122122Q Q T T Q T η+-==热力学第二定律概念自发过程：不需外力帮助就能进行的过程，其显著特点就是它具有热力学的不可逆性。

第一章 热力学第一定律一、基本概念系统与环境，状态与状态函数，广度性质与强度性质，过程与途径，热与功，内能与焓。

二、基本定律热力学第一定律：ΔU =Q +W 。

焦耳实验：ΔU =f (T ) ; ΔH =f (T ) 三、基本关系式1、体积功的计算 δW = －p e d V恒外压过程：W = －p e ΔV可逆过程：1221ln ln p p nRT V V nRT W ==2、热效应、焓等容热：Q V =ΔU （封闭系统不作其他功） 等压热：Q p =ΔH （封闭系统不作其他功） 焓的定义：H =U +pV ; d H =d U +d(pV )焓与温度的关系：ΔH =⎰21d p T T T C3、等压热容与等容热容热容定义：V V )(T U C ∂∂=；p p )(T H C ∂∂=定压热容与定容热容的关系：nR C C =-V p 热容与温度的关系：C p =a +bT +c’T 2 四、第一定律的应用1、理想气体状态变化等温过程：ΔU =0 ; ΔH =0 ; W =－Q =⎰-p e d V 等容过程：W =0 ; Q =ΔU =⎰T C d V ; ΔH =⎰T C d p 等压过程：W =－p e ΔV ; Q =ΔH =⎰T C d p ; ΔU =⎰T C d V 可逆绝热过程：Q =0 ; 利用p 1V 1γ=p 2V 2γ求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p不可逆绝热过程：Q =0 ; 利用C V (T 2-T 1)=－p e (V 2-V 1)求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p2、相变化可逆相变化：ΔH =Q =n Δ＿H ；Ｗ＝－p (V 2-V 1)=－pV g =－nRT ; ΔU =Q +W3、热化学物质的标准态；热化学方程式；盖斯定律；标准摩尔生成焓。

摩尔反应热的求算：)298,()298(B H H m f B m r θθν∆=∆∑反应热与温度的关系—基尔霍夫定律：)(])([,p B C T H m p BB m r ∑=∂∆∂ν。

热力学习题讲解一、填空1、我们将研究的对象称为系统，系统以外且与系统密切相关的物质称为环境(surrounding)，以体系与环境之间能否交换能量和物质为依据,将系统分为封闭系统(closed system )、孤立系统(isolated system)、敞开系统(open system)。

2、系统的诸性质不随时间而改变的状态称为热力学平衡态，热力学平衡态必须同时满足的四个条件是、力学平衡、相平衡和化学平衡。

相平衡是指系统中不随时间而变。

3、热力学变量分为广度变量和强度变量，广度变量的数值与系统的数量成正比，例如体积、质量、、内能等，广度性质具有加和性，数学上为函数。

4、强度性质(intensive properties)的数值取决于系统的本性，与系统的数量无关，不具有加和性，数学上为0次齐函数，例如温度、压力、等。

5、热力学第二定律的两种表述：Clausius说法(1850年）：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化”Kelvin说法(1851年)：“不可能从单一热源取热使之完全变为功，而不发生其它变化”6、热力学第二定律表达式（克劳修斯不等式）是7、1824年法国工程师卡诺(N.L.S.Carnot) 在两个热源之间设计了由理想气体的等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩、绝热可逆压缩四个过程所构成的循环过程，这种循环过程称为卡诺循环。

卡诺热机的效率只与两个热源的温度有关，与工作物质无关。

8、下列各式， ① ④ 只表示偏摩尔量， ③ ⑥ ⑧ 只表示化学势， ② ⑦ 既不是偏摩尔量又不是化学势， ⑤ 既是偏摩尔量又是化学势。

①C n ,P ,T B n H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ②C n ,V ,T B n G ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ③C n ,V ,S B n U⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ④C n ,P ,T B n A⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ ⑤C n ,P ,T Bn G ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ ⑥C n ,P ,S Bn H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ⑦Cn ,T ,S Bn U ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ ⑧Cn ,V ,T B n A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 9、在一定的温度压力下，液态混合物中任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律者称为理想溶液，理想溶液的热力学定义式是 ，理想溶液有何特点?并给与证明。

热学热力学第一定律和第二定律在热学和热力学领域中，有两个重要的定律，即第一定律和第二定律。

这两个定律是基础性的原理，被广泛应用于能量转化和热力学系统的研究中。

本文将分别介绍热学热力学的第一定律和第二定律，并探讨它们的应用。

一、热学热力学第一定律热学热力学的第一定律，也被称为能量守恒原理，它表达了能量的守恒性质。

根据第一定律，能量在系统中的增加等于能量的输入减去能量的输出。

换句话说，能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

第一定律的数学表达式为：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 表示系统对外做的功。

如果ΔU为正值，代表系统内部能量增加；如果ΔU为负值，则代表系统内部能量减少。

根据第一定律，系统内的能量转化是通过热量和功的交换来实现的。

第一定律的应用非常广泛，可以用于解释许多物理和化学现象。

例如，在能量转化装置中，我们可以根据第一定律来计算输入和输出之间的能量差异，从而评估系统的能效。

此外，热力学中的一些重要概念，如内能、焓和熵，也是通过第一定律得出的。

二、热学热力学第二定律热学热力学的第二定律是关于热力学过程方向性的规律。

它指出自然界中存在一种趋势，即热量不能从低温物体传递到高温物体，除非外界做功。

这个原则被称为热力学第二定律。

第二定律有多种表达形式，其中最常见的表述是开尔文表述和克劳修斯表述。

开尔文表述简要地表达了热量自流向高温物体的趋势，而克劳修斯表述则通过热力学温标引入了熵的概念，更深入地解释了热力学第二定律。

根据热力学第二定律，热量无法完全转化为功，总是会有一部分热量以无法利用的形式散失。

这个过程被称为热力学不可逆过程。

热力学第二定律对于解释自然界中的许多现象非常重要，例如热机效率的限制、热传导的方向性以及自发反应的进行方向等等。

总结：热学和热力学的第一定律和第二定律是能量和热力学过程研究中的基础原理。

第一定律规定了能量在系统内部转化的性质，而第二定律则限制了热量的传递方式。