熱力學件整理PPT課件

1、第二章第二章 熱力學第一定律熱力學第一定律2.1 2.1 熱力學基本概念熱力學基本概念2.2 2.2 熱力學第一定律熱力學第一定律2.3 2.3 恒容熱、恒壓熱、焓恒容熱、恒壓熱、焓2.4 2.4 熱容、恒容變溫過程、恒壓變溫過程熱容、恒容變溫過程、恒壓變溫過程2.5 2.5 焦耳實驗、理想氣體的熱力學能、焓焦耳實驗、理想氣體的熱力學能、焓2.6 2.6 氣體可逆壓縮過程理想氣體絕熱可逆氣體可逆壓縮過程理想氣體絕熱可逆 過程方程式過程方程式第1頁/共92頁第二章第二章 熱力學第一定律熱力學第一定律2.7 2.7 相變化過程相變化過程2 2.9 .9 化學計量數(shù)、反應進度和標準摩爾反應化學計量數(shù)

2、、反應進度和標準摩爾反應焓焓2 2.10 .10 由標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓由標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓 計算標準摩爾反應焓計算標準摩爾反應焓2.8 2.8 溶解焓及混合焓溶解焓及混合焓2.11 2.11 節(jié)流膨脹與焦耳節(jié)流膨脹與焦耳- -湯姆遜系數(shù)湯姆遜系數(shù)第2頁/共92頁 2.1 2.1 熱力學基本概念熱力學基本概念1.1.系統(tǒng)系統(tǒng) 體系體系 和環(huán)境和環(huán)境 在科學研究時必須先確定研究對象，把在科學研究時必須先確定研究對象，把研究的對象稱為系統(tǒng)或體系研究的對象稱為系統(tǒng)或體系。環(huán)境（環(huán)境（surroundings） 系統(tǒng)以外的與系統(tǒng)相聯(lián)系的那部分物質(zhì)系統(tǒng)以外的與系統(tǒng)相聯(lián)系的那部分物質(zhì)

3、稱為環(huán)境稱為環(huán)境。系統(tǒng)（系統(tǒng)（system） 隔開系統(tǒng)與環(huán)境的界面可以是實際存在隔開系統(tǒng)與環(huán)境的界面可以是實際存在的，也可以是想象的，實際上并不存在的。的，也可以是想象的，實際上并不存在的。第3頁/共92頁 根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關系，把系統(tǒng)分為三類：根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關系，把系統(tǒng)分為三類：（1 1）敞開系統(tǒng)（）敞開系統(tǒng)（open system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換既有物質(zhì)交換，又有能量交換又有能量交換。第4頁/共92頁（2 2）封閉系統(tǒng)（）封閉系統(tǒng)（closed system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間系統(tǒng)與環(huán)境之間無物質(zhì)交換無物質(zhì)交換，但，但有能量交換有能量交換。第5頁/共92

4、頁（3 3）孤立系統(tǒng)（）孤立系統(tǒng)（isolated system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間系統(tǒng)與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換既無物質(zhì)交換，又無能量交換又無能量交換，故又稱為故又稱為隔離系統(tǒng)隔離系統(tǒng) 。有時把封閉系統(tǒng)和系統(tǒng)影響。有時把封閉系統(tǒng)和系統(tǒng)影響所及的環(huán)境一起作為孤立系統(tǒng)來考慮。所及的環(huán)境一起作為孤立系統(tǒng)來考慮。第6頁/共92頁 （1 1） 狀態(tài)狀態(tài)( (state) )和狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)( (state function) ) 狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)：狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)：1 1、其數(shù)值僅取決于系統(tǒng)所處的狀態(tài)，而與系統(tǒng)的、其數(shù)值僅取決于系統(tǒng)所處的狀態(tài)，而與系統(tǒng)的經(jīng)歷無關；經(jīng)歷無關；2 2、它的變化值僅取決于系統(tǒng)的、

5、它的變化值僅取決于系統(tǒng)的始態(tài)始態(tài)和和終態(tài)終態(tài)（等于（等于末態(tài)與始態(tài)的差值），而與變化的途徑無關。末態(tài)與始態(tài)的差值），而與變化的途徑無關。 狀態(tài)函數(shù)的特性可描述為狀態(tài)函數(shù)的特性可描述為：異途同歸，值變異途同歸，值變相等；周而復始，數(shù)值還原相等；周而復始，數(shù)值還原。2 2. .狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)第7頁/共92頁3、系統(tǒng)狀態(tài)確定，各個狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值也確定，、系統(tǒng)狀態(tài)確定，各個狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值也確定，反之，對于給定的單相系統(tǒng)，如果確定了兩個反之，對于給定的單相系統(tǒng)，如果確定了兩個獨獨立變化立變化的性質(zhì)，系統(tǒng)狀態(tài)確定。的性質(zhì)，系統(tǒng)狀態(tài)確定。4、狀態(tài)函數(shù)在數(shù)學上具有狀態(tài)函數(shù)在數(shù)學上具有全微分全微分

6、的性質(zhì)。的性質(zhì)。第8頁/共92頁（2 2） 廣度量和強度量廣度量和強度量 用宏觀可測性質(zhì)來描述系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)，用宏觀可測性質(zhì)來描述系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)，故這些性質(zhì)又稱為故這些性質(zhì)又稱為熱力學變量熱力學變量。可分為兩類：。可分為兩類：廣度性質(zhì)（廣度性質(zhì)（extensive properties）又稱為又稱為容量性容量性質(zhì)質(zhì)，它的數(shù)值與系統(tǒng)的物質(zhì)的量成正比，如體積、，它的數(shù)值與系統(tǒng)的物質(zhì)的量成正比，如體積、質(zhì)量、熵等。這種性質(zhì)有加和性。質(zhì)量、熵等。這種性質(zhì)有加和性。強度性質(zhì)（強度性質(zhì)（intensive properties）它的數(shù)值取決它的數(shù)值取決于系統(tǒng)自身的特點，與于系統(tǒng)自身的特點，與系統(tǒng)的數(shù)量

7、無關系統(tǒng)的數(shù)量無關，不具有，不具有加和性，如溫度、壓力等。指定了物質(zhì)的量的容加和性，如溫度、壓力等。指定了物質(zhì)的量的容量性質(zhì)即成為強度性質(zhì)，如摩爾熱容。量性質(zhì)即成為強度性質(zhì)，如摩爾熱容。第9頁/共92頁（3）平衡態(tài)平衡態(tài)系統(tǒng)中的各個相的熱力學性質(zhì)不隨時間變化，且將系統(tǒng)中的各個相的熱力學性質(zhì)不隨時間變化，且將系統(tǒng)與環(huán)境隔離后，系統(tǒng)的性質(zhì)仍不改變的狀態(tài)：系統(tǒng)與環(huán)境隔離后，系統(tǒng)的性質(zhì)仍不改變的狀態(tài)：熱平衡（熱平衡（thermal equilibrium）系統(tǒng)各部分溫度相等。系統(tǒng)各部分溫度相等。如有絕熱壁存在，雖兩側溫度不等，但也如有絕熱壁存在，雖兩側溫度不等，但也能保持熱平衡。能保持熱平衡。力平衡（

8、力平衡（mechanical equilibrium）系統(tǒng)各部分的壓力都相等，邊界不再移動。系統(tǒng)各部分的壓力都相等，邊界不再移動。如有剛壁存在，雖兩側壓力不等，但也能保如有剛壁存在，雖兩側壓力不等，但也能保持力學平衡。持力學平衡。第10頁/共92頁相平衡（相平衡（phase equilibrium） 多相共存時，各相的組成和數(shù)量不隨時間而改變。多相共存時，各相的組成和數(shù)量不隨時間而改變。化學平衡（化學平衡（chemical equilibrium） 反應系統(tǒng)中各物質(zhì)的數(shù)量不再隨時間而改變。反應系統(tǒng)中各物質(zhì)的數(shù)量不再隨時間而改變。只有系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，狀態(tài)函數(shù)才有確定的值只有系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，狀

9、態(tài)函數(shù)才有確定的值例題：例題：燒杯中盛有較多量燒杯中盛有較多量0oC的冰水混合物，現(xiàn)在在的冰水混合物，現(xiàn)在在燒杯中滴入少量燒杯中滴入少量0oC的濃的濃H2SO4，則燒杯中的溫度將，則燒杯中的溫度將如何變化？（假設過程沒有熱量損失）如何變化？（假設過程沒有熱量損失）答：答：溫度會降低。（不可回答先升高后降低）溫度會降低。（不可回答先升高后降低）第11頁/共92頁 過程：系統(tǒng)從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)的經(jīng)歷稱為過程。 途徑： 實現(xiàn)這一過程的具體步驟稱為途徑。3 3. .過程過程( (process) )和途徑和途徑( (path) )第12頁/共92頁第13頁/共92頁單相體系的pV圖1 1、對于給

10、定的單相體系，、對于給定的單相體系，pVpV圖上的任意一點代表圖上的任意一點代表一個確定的狀態(tài)一個確定的狀態(tài)2 2、pVpV圖上的任意一條實線代表系統(tǒng)經(jīng)歷的一個可圖上的任意一條實線代表系統(tǒng)經(jīng)歷的一個可逆過程（過程中任意一點系統(tǒng)均處于平衡態(tài)）逆過程（過程中任意一點系統(tǒng)均處于平衡態(tài)）3 3、不可逆過程（只有始末、態(tài)為平衡態(tài)）在、不可逆過程（只有始末、態(tài)為平衡態(tài)）在pVpV圖圖上用虛線表示。上用虛線表示。pABCVpACV第14頁/共92頁系統(tǒng)吸熱，系統(tǒng)吸熱，Q 0；系統(tǒng)放熱，系統(tǒng)放熱，Q 0 節(jié)流膨脹后，溫度降低節(jié)流膨脹后，溫度降低0 節(jié)流膨脹后，溫度升高節(jié)流膨脹后，溫度升高=0 溫度不變溫度不變

11、defJ-T = =HTp氣體節(jié)流膨脹后的致冷或致熱反映在溫差與壓力差之氣體節(jié)流膨脹后的致冷或致熱反映在溫差與壓力差之比。對于一定狀態(tài)比。對于一定狀態(tài)T、p下的真實氣體，定義：下的真實氣體，定義：第89頁/共92頁3.3.焦耳焦耳- -湯姆遜系數(shù)正負號的熱力學分析湯姆遜系數(shù)正負號的熱力學分析真實氣體的摩爾焓是真實氣體的摩爾焓是溫度溫度和和壓力壓力的函數(shù)的函數(shù)mmmdddpTHHHTpTpdefmJ-Tm(/) = =(/)TpHHpTpHT mpTmTmTJCppVpU,第90頁/共92頁TmpUppVmTJ的符號是由的符號是由 兩項之和決定的。兩項之和決定的。 一般溫度、壓力下，真實氣體分子相互吸引，恒溫下使一般溫度、壓力下，真實氣體分子相互吸引，恒溫下使氣體壓力減小，要克服分子吸引力，氣體的摩爾熱力學能要氣體壓力減小，要克服分子吸引力，氣體的摩爾熱力學能要增大，所以增大，所以 。0TmpU 隨隨 p 可增大，可減小。對于可增大，可減小。對于H2，是一直增大的；對，是一直增大的；對于于CH4是先減小后增大。是先減小后增大。 所以，所以， 可大于零，