第二章 第一定律 .ppt..ppt

物理化学电子教案 第二章 热力学第一定律 Chapter2 the First Law of Thermodynamics §2.1 化学热力学概论 1．热力学方法 以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严密的逻辑推理，引出或定义出热力学能（U）焓（H）熵（S）亥姆霍兹自由能（A）吉布斯自由能（G）再加上可由实验直接测定的P，V，T等八个最基本的热力学函数，用来解决化学反应的方向、平衡以及能量交换问题。 化学热力学概论 热力学在化学过程的应用，形成了 化学热力学。 主要内容：化学平衡，相平衡，热化学，电 化学等。这些应用都非常成功。 化学热力学主要解决两大问题： （1） 化学过程中能量转化的衡算。 （2） 判断化学反应进行的方向和限度。 2.热力学方法的特点 特点： 只考虑变化前后的净结果，研究宏观性 质，不考虑物质的微观结构和反应机理。 能判断变化能否发生以及进行到什么成 度，但不考虑变化所需要的时间。 局限性： 这两个特点决定了热力学只能告诉我们，在某种条件下，反应能否发生，进行到什么程度，但不能告诉我们变化所需要的时间，不知道反应的机理和微观性质，反应发生的根本原因及变化所经过的过程。 §2.2 热力学基本概念 1，系统和环境 系统（System） 在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系 环境（surroundings） 与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。 系统和环境 i ，环境和系统是有界面的，界面可以是真实的物理界面也可以是想象的界面。 例如：一杯水和冰，若以水和冰为系统这时外界是有界面的，若以水、冰、水蒸气为系统则无物理界面，只有想象的界面。 ⅱ ，系统是人为规定的，系统的选择可以根据解题的需要而定。 系统和环境 系统和环境 例：一杯水放入绝热箱中确定系统和环境 系统和环境 系统和环境 说明： ① 水吸热（有能量交换）变为水蒸汽逸入 箱中空气（有物质交换），故为敞开系统。 ② 水吸热变为水蒸汽（吸收热量，有能量交换）水蒸汽仍为系统的一部分。 ③吸热和气体的扩散均在系统内。 在本书内容中，除特别说明，均以封闭系统为研究对象。 2 .过程与途径 过程：系统从某一状态变化到另一状态的经历称为过程。 恒温过程：如果系统状态是在温度保持恒定的条件下发生了变化，则称为恒温过程。 变化过程中始终有Ｔ(系) = T(环) = 常数 例如: 过程与途径 恒压过程：如果系统状态是在压力保持恒定的条件下发生了变化，则称为恒压过程。变化过程中始终p(系) = p(环) = 常数例如 : 过程与途径 循环过程：经历一系列变化后又回到始态的过程。 循环过程前后状态函数变化量均为零 。 例如：Cu(固) +O2 = CuO（固）(+H2 )= Cu(固)+H2O 金属铜在试管中加热氧化成CuO然后加入氢气，使CuO还原为金属铜。若以铜为系统，则只要始终态温度相同则为循环过程。若以铜和氧为系统则不是循环过程。 过程与途径 恒容过程：如果系统状态是在体积保持恒定的条件下发生了变化，则称为恒容过程。 绝热过程：如果系统状态变化时与环境交换的热为零时则称绝热过程。 从上面几例可以看出这些状态性质中只要有任意一个发生变化，我们就说系统的热力学状态发生了变化，反之状态变了，并不一定所有的状态性质都要改变。 过程与途径 途径：状态变化的具体历程，完成一个过程可以经过不同的具体路线，具体步骤，即途径。 例如：碳在氧气中燃烧生成二氧化碳可一步完成：C+O2→CO2也可分成两步完成 这就是一个过程的两种不同途径。 3. 热与功 热与功是系统发生过程时与环境交换能量的两种形式。 单位：焦耳（J）、千焦（kJ） （1）热定义：由于系统与环境间温度差的存在而引起的能量传递形式，用符号Q 表示对于热我们先介绍以下几点，以后还要专门讨论：ⅰ，我们规定： 系统从环境吸热，规定Q为正值 。 系统向环境放热，规定Q为负值。 热与功 ⅱ, 热不是状态函数而是过程的