物理化学教学课件PPT热力学第一定律.ppt

热力学第一定律 The First Law of Thermodynamics 学习目的： 本章基本思路： 从热力学第一定律出发——引出两个重要的热力学状态函数U和H——通过其改变值△U 和△ H的计算——解决单纯PVT变化、相变化和化学变化过程的热效应的计算问题。 热力学概论 热力学是研究能量转换过程中所应遵循规律的科学。其基础是热力学三大定律，尤其是热力学第一定律和热力学第二定律。 主要解决两大问题： （1）各种变化过程中能量的衡算（第一定律） （2）各种变化过程的方向和限度（第二定律） 热力学基本概念 热力学基本概念 热力学平衡态必须同时包括下列几个平衡： 热力学基本概念 热力学基本概念 热力学基本概念 4）循环过程，△X=0 5）全微分 体积功计算公式： 思考题 1、体系的同一状态能否具有不同的体积？体系的不同状态能否具有相同的体积？体系的状态改变了，是否其所有的状态函数都要发生变化？体系的某一状态函数改变了，是否其状态必定发生变化？ 2、某体系可以从状态B变化到状态A，也可以从状态C变化到状态A，这两种状态A以及在此两种状态A的各种状态函数的数值是否都完全相同？ 过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历称为过程。 途径： 实现这一过程的具体步骤称为途径。 说明： （1） （3） （2） （恒压且无非体积功） （常压下数据可查得） 相变焓 相变焓 3. 摩尔相变焓随温度的变化 已知： 待求： 其中： 相变焓 相变焓 4.不可逆相变 目的：求不可逆相变下的相变焓 方法：设计过程 例题： 解：设计变化途径如下： 一般情况： 绝热反应 目的：讨论绝热反应中系统的温度变化 方法：状态函数法：设计包含298.15 K、标准态下的反应途径 (1) 燃烧反应的最高火焰温度 (2) 爆炸反应的最高温度、最高压力 （恒压、绝热） （恒容、绝热） 绝热反应 1.等压绝热反应 始态: 常压下,温度 T0 的 CxH2y(g) + (x+0.5y)O2(g) 末态: 常压下，温度 T 的 xCO2(g) + yH2O(g) 设计反应途径如下： 常压下,温度T0 的 CxH2y(g) + (x+0.5y)O2(g) 常压下，温度T0的 xCO2(g) + yH2O(g) 常压下，温度 T 的 xCO2(g) + yH2O(g) Qp= ?H = 0 ?H1 ?H2 绝热反应 2.等容绝热反应 始态: 等容,温度 T0 的 CxH2y(g) + (x+0.5y)O2(g) 末态: 等容，温度 T 的 xCO2(g) + yH2O(g) 设计反应途径如下： 等容,温度T0 的 CxH2y(g) + (x+0.5y)O2(g) 等容下，温度T0的 xCO2(g) + yH2O(g) 等容下，温度 T 的 xCO2(g) + yH2O(g) QV= ?U = 0 ?U1 ?U2 (1) 定义 热容（C） 2.摩尔等压热容 在某温度T 时，物质的量为n 的物质在恒压且非体积功为零的条件下，若温度升高无限小量dT 所需要的热量为?Q，则 就定义为该物质在该温度下的摩尔定压热容，以 表示， 对恒压过程 代入，有 —— 定义式 单位： (2) 应用——计算单纯pVT 过程?H 恒压过程： 非恒压过程： —— 理想气体 的必然结果 理想气体： 3. 和 的关系 理想气体： 单原子分子： 双原子分子： 例1.7 4. 随T 的关系 三种表示方法： （1）数据列表 （2） 曲线：直观 （3） 函数关系式：便于积分、应用 例1.8 5. 平均摩尔热容 的定义： 恒压热的计算公式: 即单位物质的量的物质在恒压且非体积功为零的条件下，在T1~T2温度范围内，温度平均升高单位温度所需要的热量。 热力学第一定律对理想气体的应用 1.等温过程 (1) 不可逆过程 热力学第一定律对理想气体的应用 (2) 可逆过程 热力学第一定律对理想气体的应用 1.非等温过程 (1) 等容过程 (2) 等压过程 (3) 绝热可逆过程 ①绝热过程：Q=0 ②理气绝热可逆方程 绝可逆热过程: ?Qr=0 理想气体 所以 热力学第一定律对理想气体的应用 利用 有 ——理想气体绝热可逆过程方程式 热力学第一定律对