PPT《第3章化学热力学基础》

第3章化学热力学基础 热力学第一定律

1 2

3 热化学 化学反应的方向 主要内容3-1 热力学第一定律 3-1-1 热力学的基本概念和常用术语 热力学中将研究的对象,称为体系.

体系以外的其他部分,称为环境. 体系和环境放在一起,在热力学上称为宇宙.

1 体系和环境 环境 NaCl 溶液 研究对象体系 按照体系和环境之间的物质及能量的交换关系,可以将体系分为三类: 敞开体系、封闭体系和孤立体系 敞开体系 既有能量交换,又有物质交换;

封闭体系 有能量交换,无物质交换;

孤立体系 既无物质交换,又无能量交换. 热力学中,我们主要研究封闭体系. Matter (H2O) Heat flow Heat flow 敞开体系 封闭体系 孤立体系 借以确定体系状态的物理量,称为状态函数. 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的存在形式称为体系的状态. 体系变化前的状态称为始态. 体系变化后的状态称为终态.

2 状态和状态函数 体系变化的始态和终态一经确定,各状态函数的改变量也就确定了. 有些状态函数所表示的体系的性质具有加和性,这类性质称为体系的容量性质(或广度性质).如V, n 有些状态函数所表示的体系的性质不具有加和性,这类性质称为体系的强度性质. 如p,T 体系的状态发生变化,从始态到终态,则称体系经历了一个热力学过程,简称过程. 完成一个热力学过程,可以采取多种不同的具体方式来实现,实现过程的每一种具体方式,称为一种途径. 过程的关键是始态和终态;

途径着眼于具体实施方式.

3 过程和途径 例如,某理想气体,经历一个恒温过程 该过程可以经由许多不同的途径来完成. p =

1 ?

105 Pa p =

2 ?

105 Pa V =

2 dm3 V =

1 dm3 恒温过程 下面给出其中两种途径:

2 ?

105 Pa1 dm3

1 ?

105 Pa2 dm3 途径 II

4 ?

10 5 Pa0.5 dm3 途径 I 0.5 ?

105 Pa4 dm3 在热力学过程中,体系在反抗外界压强发生体积变化时,有功产生,这种功称为体积功(W) ,单位为 J.

4 体积功 由于液体和固体在变化过程中体积变化较小,因此体积功的讨论常常是对气体而言. 假设在恒外力 F 作用下,活塞从 I 位移动到 II 位,移动距离为 ?l . 按照传统的功的定义,环境对体系的功 W = F ? ?l W = F ? ?l ?l ?S F S 是外压 p;

F S ?l ?S 是体积, 这个体积等于体系的体积改变量 ?V 的相反数 - ?V. 则W=-p?V

5 热力学能 体系内部一切能量的总和称为体系的热力学能(也称内能),用符号 U 表示. 包括分子或原子的位能、振动能、转动能、平动能、电子的动能以及核能等等. 热力学能是体系的状态函数. 体系的状态一定,U 有一个确定的值. 体系发生变化时,只要过程的始、终态确定,则内能变化量 ?U 是一定值. ?U = U终-U始 理想气体是最简单的体系,其状态变化是最简单的热力学过程,理想气体的内能只是温度的函数.T 一定,则U一定. 即?T = 0,则?U =

0 3-1-2 热力学第一定律 某体系由状态 I 变化到状态 II,在这一过程中体系从环境吸收热量 Q,且环境对体系做功 W,若体系的内能改变量用 ?U 表示,则?U = Q + W

1 热力学第一定律的内容 热力学第一定律的实质是能量守恒. 例3-1 某过程中,体系从环境吸收热量

1000 J,环境对体系做功 -300 J.求过程中体系热力学能的改变量和环境热力学能的改变量. 解:体系的热力学能的变化 ΔU = Q + W =