经验
总结 总结
归纳提高
引出或定义出
解决
的 能量效应(功与热)
过程的方向与限度 即有关能量守恒
和物质平衡的规律
物质系统的状态变化 第一章 热力学第一定律
§1.1 热力学基本概念
1.1.1 热力学的理论基础和研究方法
1、热力学理论基础
热力学是建立在大量科学实验基础上的宏观理论，是研究各种形式的能量相互转化的规律，由此得出各种自发变化、自发进行的方向、限度以及外界条件的影响等。
热力学四大定律：
热力学第一定律——Mayer&Joule：能量守恒，解决过程的能量衡算问题(功、热、热力学能等)；
热力学第二定律——Carnot&Clousius&Kelvin：过程进行的方向判据；
热力学第三定律——Nernst&Planck&Gibson：解决物质熵的计算；
热力学第零定律——热平衡定律：热平衡原理T1=T2，T2=T3，则T1= T3。
2、热力学方法——状态函数法
热力学方法的特点：
①只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（p、V、T etc）
②只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
局限性：
不知道反应的机理、速率和微观性质。
只讲可能性，不讲现实性。
3、热力学研究内容
热力学研究宏观物质在各种条件下的平衡行为：如能量平衡，化学平衡，相平衡等，以及各种条件对平衡的影响，所以热力学研究是从能量平衡角度对物质变化的规律和条件得出正确的结论。
热力学只能解决在某条件下反应进行的可能性，它的结论具有较高的普遍性和可靠性，至于如何将可能性变为现实性，还需要动力学方面知识的配合。
1.1.2 热力学的基本概念
1、系统与环境
系统（System）：热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。
在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余部分分开，这种分离
第一章 热力学第一定律
★★★热力学的定义和热力学的基本特点：
1.定义：热力学是研究物质能量转化规律的科学。
2.特点：
（1）热力学定律都是经验定律
（2）热力学研究往往只需要知道体系的始末状态，而不需要知道其反应过程。
第一节：几个基本概念
一：体系与环境
这个概念相信大家都没问题，我们把研究对象成为体系，与体系紧密相关的那一部分称为环境。需要注意的是：体系分为敞开体系，封闭体系和隔离体系。一般我们在进行热力学研究的时候，针对的都是封闭体系（只有能量交换，没有物质交换）。
二：状态与状态函数
状态指的是体系的物理性质和化学性质的一种综合表现，能够表现这些性质的函数（例如温度，压强等）称之为状态函数。
需要注意的是状态函数分为容量性质（广度性质）和强度性质两种。
1．广度性质往往具有加和性，与物质的量成正比。例如体积，质量等
2．强度性质恰巧相反，它与物质的量无关，只取决于体系自身的性质。例如温度，密度等 3．广度性质的比值往往是强度性质，例如 = m / V
4．状态函数只与始末状态有关，与变化途径无关。
▲▲▲压力和压强是强度性质！
三：热和功
1.热和功不是状态函数，他们与体系的变化过程有关。
2.对体系做的功和对体系放的热都为正值，对环境的都为负值。
3.有关膨胀功的计算：
（1）向真空中膨胀 W=0
（2）等外压膨胀 W =- p外( V2－V 1 )
（3）可逆膨胀 W
（也可写成P2/P1，视条件而定）
第二节：热力学第一定律
一． 热力学第一定律的数学表达式（4）
需要注意的几点是：
1. 虽然Q和W都不是状态函数，可U是状态函数。
2. 这个W中既包含了体积功又包含了非体积功。
例：已知在101.3 kPa下，18℃时1 mol Zn溶于稀盐酸时放出151.5
kJ的热，反应析出1 mol H2气。求反应过程的W，U。
第一章 热力学第一定律及其应用
第一节 热力学概论
一、热力学的目的和内容
目的：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。广义的说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系，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。
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. 利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。
2. 利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。
3. 利用热力学第三律可以从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
方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严谨的推导，找出物质的一些宏观性质，根据物质进行的过程前后某些宏观性质的变化，分析研究这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。由于它所研究的对象是大数量分子的集合体，因此，所得结论具有统计性，不适合于个别分子、原子等微观粒子，可以说，此方法的特点就是不考虑物质的微观结构和反应机理，其特点就决定了它的优点和局限性。
局限性：
1. 它只考虑平衡问题，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。
2. 它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。尽管它有局限性，但仍为一种非常有用的理论工具。热力学的基础内容分为两章，热力学第一定律和第二定律，在介绍两个定律之前，先介绍热力学的一些基本概念及术语。
三、热力学基本概念
1. 体系与环境
体系：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
第一章热力学第一定律
本章主要公式及其使用条件
一、热力学第一定律
WQU＝ WQdU
热力学中规定体系吸热为正值，体系放热为负值；体系对环境作功为负值，环境对体系作功为正值。功分为体积功和非体积功。
二、体积功的计算
体积功：在一定的环境压力下，体系的体积发生改变而与环境交换的能量。
体积功公式 dVpW外
1 气体向真空膨胀：W＝0
2气体在恒压过程：)(12
21VVpdVpWVV外外
3理想气体等温可逆过程：
2112ln lnppnRTVVnRTW
4理想气体绝热可逆过程：
)(12,TTnCWUmV＝
理想气体绝热可逆过程中的p，V，T可利用下面两式计算求解
1212,lnlnVVRTTCmV
21,12,lnlnVVCppCmpmV
三、热的计算
热：体系与环境之间由于存在温度差而引起的能量传递形式。
1. 定容热与定压热及两者关系
定容热：只做体积功的封闭体系发生定容变化时， UQV
定压热：只做体积功的封闭体系定压下发生变化， Qp = ΔH 定容反应热QV与定压反应热Qp 的关系：
VpQQVp nRTUH
n为产物与反应物中气体物质的量之差。或者
RTgQQmVmp)(,, RTgUHmm)(
式中)(g为进行1mol反应进度时，化学反应式中气态物质计量系数的代数和。
2.热容
1.热容的定义式
dTQC
dTQCVV dTQCpp
nCCVmV, nCCpmp,
CV ，Cp是广度性质的状态函数，CV，m ，Cp,m是强度性质的状态函数。
2.理想气体的热容
对于理想气体 Cp,m － CV,m =R
单原子理想气体 CV，m = 23R ；Cp,m = 25R
