物理化學(xué)：02章_熱力學(xué)第一定律4

1、上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16 物理化學(xué)電子教案第二章UQW上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16第二章 熱力學(xué)第一定律2.1 熱力學(xué)基本概念2.2 熱力學(xué)第一定律2.9 化學(xué)計量數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度和標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓2.3 恒容熱、恒壓熱、焓2.4 熱容，恒容變溫過程、恒壓變溫過程2.5 焦?fàn)枌?shí)驗(yàn)，理想氣體的熱力學(xué)能、焓2.6 氣體可逆膨脹壓縮過程，理氣絕熱可逆過程2.7 相變化過程上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16第一章 熱力學(xué)第一定律 2.10 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計算 2.11 節(jié)流膨脹與焦?fàn)?湯姆遜效應(yīng)上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-162.1

2、 熱力學(xué)基本概念系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的分類熱力學(xué)平衡態(tài)狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)系統(tǒng)的性質(zhì)幾個基本概念：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-161.系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)（System） 在科學(xué)研究時必須先確定研究對象，把一部分物質(zhì)與其余分開，這種分離可以是實(shí)際的，也可以是想象的。這種被劃定的研究對象稱為系統(tǒng)，亦稱為物系或體系。環(huán)境（surroundings） 與系統(tǒng)密切相關(guān)、有相互作用或影響所能及的部分稱為環(huán)境。系統(tǒng)環(huán)境上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16系統(tǒng)分類 根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，把系統(tǒng)分為三類：（1）封閉系統(tǒng)（closed system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間無物質(zhì)交換，但有能量交換。上一內(nèi)

3、容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16系統(tǒng)分類 根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，把系統(tǒng)分為三類：（2）隔離系統(tǒng)（isolated system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換，又無能量交換，故又稱為孤立系統(tǒng)。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。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16系統(tǒng)分類上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16系統(tǒng)分類 根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，把系統(tǒng)分為三類：（3）敞開系統(tǒng)（open system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-162.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)（state）指靜止的，系統(tǒng)

4、內(nèi)部的狀態(tài)。 也稱熱力學(xué)狀態(tài) 用各種宏觀性質(zhì)來描述狀態(tài) 如T，p，V， 等 熱力學(xué)用系統(tǒng)所有性質(zhì)描述系統(tǒng)所處的狀態(tài)狀態(tài)固定，系統(tǒng)的所有熱力學(xué)性質(zhì)也就確定了 例如，理想氣體 T，p，V，n上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-162.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)（state function） 系統(tǒng)的各種性質(zhì)，它們均隨狀態(tài)確定而確定。 如 T, p, V，n 又如一定量n的理氣 V=nRT/p V= f (T, p) T, p是獨(dú)立變量 推廣 X=f (x, y) 其改變值只與始末態(tài)有關(guān)，與變化途徑無關(guān)。狀態(tài)狀態(tài) 1狀態(tài)狀態(tài)2途徑途徑 1途徑途徑 2(T1，p1)(T2，p2)上一內(nèi)容下一內(nèi)容回

5、主目錄O返回2022-4-162.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)的重要特征： 狀態(tài)確定了，所有的狀態(tài)函數(shù)也就確定了。 狀態(tài)函數(shù)在數(shù)學(xué)上具有全微分的性質(zhì)。1221dXXXXXX),(yxfX d() d() d ,yxXXXxyxy上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16系統(tǒng)的性質(zhì)廣度量（extensive properties） 性質(zhì)的數(shù)值與系統(tǒng)的物質(zhì)的數(shù)量成正比，如V、m、熵等。這些性質(zhì)具有加和性。強(qiáng)度量（intensive properties） 性質(zhì)的數(shù)值與系統(tǒng)中物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)，不具有加和性，如溫度、壓力等。 兩個廣度量之比為強(qiáng)度量如 = m/VV1, T1V2, T2V= V1+V2T

6、 T 1+ T 2上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16熱力學(xué)平衡態(tài) 當(dāng)系統(tǒng)的諸性質(zhì)不隨時間而改變，則系統(tǒng)就處于熱力學(xué)平衡態(tài)，它包括下列幾個平衡：熱平衡（thermal equilibrium） 系統(tǒng)各部分溫度相等。力學(xué)平衡（mechanical equilibrium） 系統(tǒng)各部的壓力都相等，邊界不再移動。如有剛壁存在，雖雙方壓力不等，但也能保持力學(xué)平衡。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16熱力學(xué)平衡態(tài)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。化學(xué)平衡（chemical equilibrium ） 反應(yīng)系統(tǒng)中各物的數(shù)量不再

7、隨時間而改變。 當(dāng)系統(tǒng)的諸性質(zhì)不隨時間而改變，則系統(tǒng)就處于熱力學(xué)平衡態(tài)，它包括下列幾個平衡：上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-163.過程和途徑狀態(tài)狀態(tài) 1狀態(tài)狀態(tài)2途徑途徑 1途徑途徑 2(T1，p1)(T2，p2) 系統(tǒng)從一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)，稱為過程。 前一個狀態(tài)稱為始態(tài)，后一個狀態(tài)稱為末態(tài)。 實(shí)現(xiàn)這一過程的具體步驟稱為途徑。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-163.過程和途徑 系統(tǒng)變化過程的類型：（1）單純 pVT 變化 （2）相變化 （3）化學(xué)變化 常見過程： 恒溫過程 T=T環(huán)境=定值 恒壓過程 p=p環(huán)境=定值 恒容過程 V=定值 絕熱過程 無熱交換 循環(huán)過

8、程 始態(tài)始態(tài) 上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-162.2 熱力學(xué)第一定律功熱力學(xué)能熱熱力學(xué)第一定律上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-161.熱系統(tǒng)吸熱，Q0；系統(tǒng)放熱，Q0； 系統(tǒng)對環(huán)境作功，W0 熱源放熱Q加熱 T1T2冷卻：系統(tǒng)放熱Q冷卻 Q2 ，所以系統(tǒng)的末態(tài)溫度應(yīng)不低所以系統(tǒng)的末態(tài)溫度應(yīng)不低于于0 。過程（。過程（2）可以進(jìn)行完全。）可以進(jìn)行完全。 而而 Q10 經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度降低。 T- JJ-T()HTp 稱為焦-湯系數(shù)（Joule-Thomson coefficient),它表示經(jīng)節(jié)流過程后，氣體溫度隨壓力的變化率。J-T 是系統(tǒng)的強(qiáng)度性質(zhì)。因?yàn)楣?jié)流

9、過程的 ,所以當(dāng)：d0p J-TT- J0 經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度升高。 T- J =0 經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度不變。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16JAMES PRESCOTT JOULEJAMES PRESCOTT JOULE (1818-1889) English physicist,had the strength of mind to put science ahead of beer.He owned a large brewery but neglected its management to devote himself to scientific resear

10、ch.His name is associated with Joules law,which states that the rate at which heat is dissipated by a resistor is given by I2R.He was the first to carry out precise measurements of the mechanical equivalent of heat;and the firmly established that work can be quantitatively converted heat.上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目

11、錄O返回2022-4-16JOSEPH LOUIS GAY-LUSSACJOSEPH LOUIS GAY-LUSSAC (1778-1850) French chemist,was a pioneer in balloon ascensions. In 1804,Gay-Lussac made several balloon ascensions to altitudes as high as 7000 m,where he made observations on magnetism,temperature,humidity,and the composition of air.He cou

12、ld not find any variation of compositions with height.In 1809,he pointed out that gases combine in simple proportions by volume;and this is still called Gay-Lussacs work on chlorine brought the scientist into controversy with Sir Humphry Davy.上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16JOSEPH LOUIS GAY-LUSSACGay-Lussac

13、 assumed chlorine to be an oxygen-containing compound,while Davy correctly considered it an element ,a view that Gay-Lussac eventually accepted .He showed that prussic acid contained hydrogen but no oxygen.Lavoisier had insisted that oxygen was the critical constituent of acids,and Gay-Lussac. Gay-L

14、ussac was one of the tubing,all of which had to be imported from German,and the French had an import duty on glass tubing.He instructed his German supplier to seal both ends of each piece of tubing and label the tubes “German air.” The French government had no duty listed for “German air”, and he wa

15、s able to import his tubing duty free.上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16WILLIAM THOMSON,Lord Kelvin WILLIAM THOMSON,Lord Kelvin (1824-1907) Irish-born British physicist,proposed his absolute scale of temperature,which is independent of the thermometric substance in 1848.In one of his earliest papers dealing w

16、ith heat conduction of the earth,Thomson showed that about 100 million years ago, the physical condition of the earth must have been quite different from that of today.He did fundamental work in telegraphy , and navigation.For his services in trans-Atlantic telegraphy,Thomson was raised to the peera

17、ge,with the title Baron Kelvin of Larg.There was no heir to the title,and it is now extinct.上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16HESS HESS (1802-1852)俄國化學(xué)家，1802年出生于德國。在1836年提出了著名的赫斯定律。赫斯定律是熱化學(xué)的最基本規(guī)律。根據(jù)這個定律，熱化學(xué)公式可以互相加減，從一些反應(yīng)的反應(yīng)熱可求出另一些反應(yīng)的反應(yīng)熱。這個定律的發(fā)現(xiàn)以及當(dāng)時所采用的實(shí)驗(yàn)方法，為以后熱力學(xué)第一定律的確立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2022-4-16LINUS CA

18、RL PAULINGLINUS CARL PAULING (born 1901)American chemist,did his earliest work in crystal structure determinations,using X-ray diffraction.The early years of his career coincided with the development of quantum mechanics,and his interest in structural chemistry led him to a variety of quantum mechanical investigations concerned with the solid and nonsolid states of matter.After the war , his interests turned partly to biochemistry, and Pauling discovered the cause of sickle-