物理化學(xué)熱力學(xué)第一定律

關(guān)于物理化學(xué)熱力學(xué)第一定律第1頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五緒論一、物理化學(xué)研究的目的和內(nèi)容1、物理化學(xué)的定義

物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，從而探求化學(xué)變化規(guī)律的一門科學(xué)。清華大學(xué)的定義：用物理學(xué)原理研究化學(xué)過程所具有的性質(zhì)和行為的科學(xué)。二者關(guān)系:

相互轉(zhuǎn)化化學(xué)變化物理變化相互聯(lián)系常常伴隨著物理效應(yīng)常常包含著物理過程化學(xué)過程

第2頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五化學(xué)反應(yīng)伴隨著物理效應(yīng)：物理變化引起化學(xué)變化：舉例：第3頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五結(jié)論：物理現(xiàn)象與化學(xué)現(xiàn)象總是緊密地聯(lián)系著的物理化學(xué)就是從這一聯(lián)系入手從而找出化學(xué)變化的規(guī)律

目的（可以解決實際問題）

第4頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五2、物理化學(xué)研究的內(nèi)容大致可概括為三個方面：

1、化學(xué)系統(tǒng)的宏觀平衡性質(zhì)；

2、化學(xué)系統(tǒng)的動態(tài)性質(zhì)；

3、化學(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。本課程講第5頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五三、物理化學(xué)有什么用？電動車單晶硅（區(qū)域熔煉）第6頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五第一章熱力學(xué)第一定律●系統(tǒng):被研究的對象稱為系統(tǒng)●環(huán)境:系統(tǒng)以外并與系統(tǒng)

密切相關(guān)的部分稱為環(huán)境注意：*系統(tǒng)與環(huán)境可人為地劃分，以研究問題的方便為準(zhǔn)則*系統(tǒng)與環(huán)境之間存在界面：真實的虛構(gòu)的§1.1熱力學(xué)基本概念一、系統(tǒng)與環(huán)境體系物質(zhì)和能量的交換系統(tǒng)與環(huán)境之間存在相互作用第7頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五三種不同的系統(tǒng)依系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，系統(tǒng)可分為三類。第8頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五三種不同的系統(tǒng)1）敞開系統(tǒng)

依系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，系統(tǒng)可分為三類。

系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)的交換，又有能量的交換。（開放體系）第9頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五2）封閉系統(tǒng)

系統(tǒng)與環(huán)境之間無物質(zhì)的交換，但有能量的交換。第10頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五

系統(tǒng)與環(huán)境之間既無物質(zhì)的交換，又無能量的交換。3）孤立系統(tǒng)（隔離體系）但孤立體系可以構(gòu)成：系統(tǒng)＋環(huán)境自然界中不存在絕對的孤立系統(tǒng)!相互作用小時：可以認(rèn)為是孤立系統(tǒng)構(gòu)成孤立系統(tǒng)第11頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五例題:系統(tǒng)與環(huán)境的劃分

（具有人為性）1)系統(tǒng):水+電熱絲環(huán)境:電源+導(dǎo)線+容器2)系統(tǒng):水環(huán)境:電源+導(dǎo)線+容器+電熱絲研究通電后容器內(nèi)T的變化研究通電后水的體積的變化第12頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五二、系統(tǒng)的性質(zhì)性質(zhì)：指事物的特性，本質(zhì)。在熱力學(xué)中是用系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)對系統(tǒng)進(jìn)行描述的。體積壓力溫度粘度表面張力等如（這些都是宏觀可測物理量）熱力學(xué)性質(zhì)可分為兩大類：廣度性質(zhì)（容量性質(zhì)）：性質(zhì)的數(shù)值與體系中物質(zhì)的量成正比（具有加和性）

強(qiáng)度性質(zhì)：性質(zhì)的數(shù)值取決于體系自身的特性，與體系中物質(zhì)的量無關(guān)

（不具有加和性）如：體積V、質(zhì)量m、熵S等等如：溫度T、壓力p、摩爾熱容Cv，m

等等第13頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五三、系統(tǒng)的狀態(tài)1.系統(tǒng)的狀態(tài)：系統(tǒng)中全部物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。(體系一切性質(zhì)的總和)

各種性質(zhì)一定，系統(tǒng)的狀態(tài)就一定。任何一個性質(zhì)發(fā)生了變化，系統(tǒng)的狀態(tài)就要發(fā)生變化。第14頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五2.狀態(tài)方程：熱力學(xué)系統(tǒng)各性質(zhì)之間有一定的函數(shù)關(guān)系。狀態(tài)方程關(guān)系式稱例：理想氣體的狀態(tài)方程：p=nRT/V狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)參量（性質(zhì)）狀態(tài)方程通式單組分均勻系統(tǒng)：Z=f(T,p,n)

多組分均勻系統(tǒng)：Z=f(T,p,n1,n2,n3,….)部分組分的物質(zhì)的量狀態(tài)方程由實驗確定，熱力學(xué)方法無法導(dǎo)出！第15頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五3.狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)定義：狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)。特點：變化值僅與始、終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。(1)體系的狀態(tài)確定后，狀態(tài)函數(shù)的值便

被確定；(2)體系經(jīng)歷一過程，其狀態(tài)函數(shù)的差值

只取決于體系的始終兩態(tài)。

pV12A（P1,V1）(P2,V2)B

沿途徑1：從A到B

沿途徑2：從A到B

Z1＝Z2狀態(tài)函數(shù)Z的改變值相等對狀態(tài)函數(shù)的理解!第16頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五4.狀態(tài)函數(shù)具有全微分的性質(zhì)成立的條件例：一定量的理性氣體的狀態(tài)方程這一項對T求導(dǎo)這一項對V求導(dǎo)第17頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五四、熱力學(xué)平衡態(tài)當(dāng)系統(tǒng)的諸性質(zhì)不隨時間而變時，則系統(tǒng)就處于熱力學(xué)平衡態(tài)。

力平衡:

系統(tǒng)處處壓力相等,且與環(huán)境相等（無剛性壁存在時）

熱平衡:系統(tǒng)處處溫度相等,且與環(huán)境相等（無絕熱壁存在時）相平衡:系統(tǒng)中各相的組成和數(shù)量均不隨時間而變

化學(xué)平衡:系統(tǒng)中各物質(zhì)的量不隨時間而變熱力學(xué)平衡態(tài)包括以下4個平衡：例例說明：亞穩(wěn)態(tài)在存在的一段時間內(nèi)也可作平衡態(tài)系統(tǒng)處理。不穩(wěn)定的平衡系統(tǒng)無宏觀量流第18頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五五、過程與途徑問題：人們沒有嚴(yán)格區(qū)分過程與途徑，常常把途徑說成過程。第19頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程的特征：▲

過程的推動力為無窮小量df▲

由一系列無限接近于平衡態(tài)的狀態(tài)組成▲

完成任一有限量的變化，均需無限長的時間例：汽缸內(nèi)氣體膨脹的過程GasBeakerWaterPiston

準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想的過程，實際并不存在嚴(yán)格意義上的準(zhǔn)靜態(tài)過程，在某些情況下可以近似地實現(xiàn)。如果該過程無摩擦力，則該準(zhǔn)靜態(tài)過程為第20頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五可逆過程

當(dāng)體系發(fā)生某一過程后，如果能使體系和環(huán)境都恢復(fù)到原來的狀態(tài)，而不留下任何痕跡的過程稱為可逆過程。（否則為不可逆過程）對可逆過程的理解：第21頁，共23頁，2022年，5月20日，7點41分，星期五對不可逆過程的分析：理想氣體向真空膨脹（P外＝0）膨脹過程：

W1=-P0(V2-V1)=-0(V2-V1)=0ΔU1=0(記住，理想氣體向真空膨脹)Q1＝ΔU1-W＝0體系恢復(fù)后(復(fù)