第二章-热力学第一定律-物理化学课件.ppt
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- 第二 热力学 第一 定律 物理化学 课件
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1、1教学重点及难点教学重点及难点教学重点教学重点 1.理解系统与环境、状态与状态函数、广度量和强度量、热力学平衡态、过程与途径、状态函数理解系统与环境、状态与状态函数、广度量和强度量、热力学平衡态、过程与途径、状态函数法。(考核概率法。(考核概率100%)2.了解非体积功(考核概率了解非体积功(考核概率1%),理解热与功、体积功、热力学能、恒容热、恒压热及焓),理解热与功、体积功、热力学能、恒容热、恒压热及焓,掌握,掌握热力学第一定律、恒容热、恒压热及焓的计算,盖斯定律热力学第一定律、恒容热、恒压热及焓的计算,盖斯定律(考核概率(考核概率100%)3.了解摩尔热容随温度的关系及平均热容的表达、理
2、解恒压与恒容摩尔热容的关系,了解焦耳实了解摩尔热容随温度的关系及平均热容的表达、理解恒压与恒容摩尔热容的关系,了解焦耳实验及意义(考核概率验及意义(考核概率1%),理解理想气体的热力学能和焓,掌握理解理想气体热力学能变和焓变的),理解理想气体的热力学能和焓,掌握理解理想气体热力学能变和焓变的计算,掌握气体恒容变温过程、恒压变温过程和凝聚态物质变温过程热、功、热力学能变和焓变的计计算,掌握气体恒容变温过程、恒压变温过程和凝聚态物质变温过程热、功、热力学能变和焓变的计算(考核概率算(考核概率100%)4.理解可逆传热过程、气体可逆膨胀压缩过程、理想气体恒温可逆过程和理想气体绝热可逆过理解可逆传热过
3、程、气体可逆膨胀压缩过程、理想气体恒温可逆过程和理想气体绝热可逆过程,掌握理想气体绝热可逆过程方程式、可逆过程功、热、热力学能变和焓变的计算,掌握理想气体程,掌握理想气体绝热可逆过程方程式、可逆过程功、热、热力学能变和焓变的计算,掌握理想气体绝热不可逆过程功、热、热力学能变和焓变的计算,理解相、相变焓之摩尔熔化焓、摩尔蒸发焓、摩绝热不可逆过程功、热、热力学能变和焓变的计算,理解相、相变焓之摩尔熔化焓、摩尔蒸发焓、摩尔升华焓和摩尔转变焓,掌握相变焓与随温度变化的关系,理解反应进度、化学反应计量式及物质的尔升华焓和摩尔转变焓,掌握相变焓与随温度变化的关系,理解反应进度、化学反应计量式及物质的标准态
4、,摩尔反应焓,标准摩尔反应焓。(考核概率标准态,摩尔反应焓,标准摩尔反应焓。(考核概率100%)教学难点教学难点 1.理解标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓,恒压反应热与恒容反应热的关系,燃烧和爆炸反应的理解标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓,恒压反应热与恒容反应热的关系,燃烧和爆炸反应的最高温度最高温度;掌握由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓,基希霍夫公式(考核概率掌握由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓,基希霍夫公式(考核概率100%)2 2.1 基本概念及术语基本概念及术语1系统和环境系统和环境系统系统 研究的对象研究的对象(也称为物系或体系)。也称为物系或体系)。
5、:系统以外且与系统密切相关的物质及其所在空间。系统以外且与系统密切相关的物质及其所在空间。Zn+HClH21系统与环境是根据研究需要人为划分的。系统与环境是根据研究需要人为划分的。2系统与环境间可以有实际界面,也可以是系统与环境间可以有实际界面,也可以是 想象的范围。想象的范围。系统系统敞开系统敞开系统封闭系统封闭系统隔离系统隔离系统系统与环境间既有能量交换又有物质交换;系统与环境间既有能量交换又有物质交换;系统与环境间只有能量交换而无物质交换;系统与环境间只有能量交换而无物质交换;系统与环境间既无能量交换也无物质交换。系统与环境间既无能量交换也无物质交换。Zn+HClH2 反应物为系统反应物
6、为系统 敞开系统敞开系统Zn+HClH2反应物和产物为系统反应物和产物为系统封闭系统封闭系统绝热容器绝热容器Zn+HClH2反应物和产物为系统反应物和产物为系统隔离系统隔离系统32状态和状态函数状态和状态函数(1)状)状 态态 系统所有性质的总体表现。系统所有性质的总体表现。状态函数状态函数由状态所决定的性质由状态所决定的性质。状态函数的特点状态函数的特点a系统的状态一定,状态函数就有定值;系统的状态一定,状态函数就有定值;b状态函数的变化值状态函数的变化值X 只取决于始、末状态,而与变化的只取决于始、末状态,而与变化的 经历无关;经历无关;X=X2X1c 状态函数的微分状态函数的微分dX为全
7、微分为全微分;(2)广度量和强度量)广度量和强度量 广度量:性质与物质的数量成正比,如广度量:性质与物质的数量成正比,如 V,U等;广度量具有加和性。等;广度量具有加和性。强度量强度量:性质与物质的数量无关,如性质与物质的数量无关,如 T,p等;等;强度量不具有加和性。强度量不具有加和性。(3)平衡态)平衡态 系统的温度、压力及各个相中各个组分的物质的量均不随时系统的温度、压力及各个相中各个组分的物质的量均不随时间变化时的状态。间变化时的状态。系统处在平衡态,满足系统处在平衡态,满足热平衡热平衡 力平衡力平衡 相平衡相平衡 化学平衡化学平衡 Zn+HClH243过程和途径过程和途径过程:系统从
8、某一状态变化到另一状态的经历过程:系统从某一状态变化到另一状态的经历途径:实现过程的具体步骤途径:实现过程的具体步骤按内部物质变化的按内部物质变化的类型,过程分为类型,过程分为单纯单纯pVT变化变化 相变化相变化化学变化化学变化根据过程进行根据过程进行的特定条件的特定条件恒温过程(恒温过程(T=T环境环境=定值)定值)恒压过程(恒压过程(p=p环境环境=定值)定值)恒容过程(恒容过程(V=定值)定值)绝热过程(系统与环境间无热交换的绝热过程(系统与环境间无热交换的 过程)过程)循环过程(系统从始态出发经一系列循环过程(系统从始态出发经一系列 步骤又回到始态的过程)步骤又回到始态的过程)54功(
9、功(W)广义功广义功=广义力广义的位移广义力广义的位移 单位:单位:J 规定:环境对系统作功规定:环境对系统作功W0 系统对环境作功系统对环境作功W0 功功体积功体积功W(膨胀功):膨胀功):在一定的环境压力下,系统的体在一定的环境压力下,系统的体积发生变化而与环境交换的能量。积发生变化而与环境交换的能量。非体积功非体积功W(非膨胀功)非膨胀功)除了体积功以外的一切其它形式的功除了体积功以外的一切其它形式的功体积功体积功W的计算的计算 体积功的定义式体积功的定义式 宏观过程宏观过程:恒外压过程:恒外压过程:功的性质:不是状态函数功的性质:不是状态函数,是途径函数。,是途径函数。6 PPamb,
10、dV0,W0,系统得到功系统得到功 PPamb,dV0,W0,系统对环境作功系统对环境作功 PPamb0时,时,W0气缸的内截面积为气缸的内截面积为As,活塞至气缸底部的长度为活塞至气缸底部的长度为l,气体的体积为:气体的体积为:V=Asl在环境压力为在环境压力为Pamb下活塞移动了下活塞移动了dl的距离,则:的距离,则:体积功的定义式体积功的定义式 体积功体积功W的计算的计算78W1=0J W2=2042.7J 功不是状态函数,与过程有关功不是状态函数,与过程有关 92热(热(Q)由于系统与环境之间温度的不同,导致两者之间交换的能量单位为由于系统与环境之间温度的不同,导致两者之间交换的能量单
11、位为J规定:系统吸热,规定:系统吸热,Q0 系统放热,系统放热,Q0性质:不是状态函数,是途径函数。性质:不是状态函数,是途径函数。注意:注意:微量热和功分别表示微量热和功分别表示Q、W 热和功必须通过环境的变化才能表现出来。热和功必须通过环境的变化才能表现出来。热力学定义的热,与通常所说的物体的热力学定义的热,与通常所说的物体的“冷冷”或或“热热”中的中的“热热”具有不同的含义,也不同于体系的具有不同的含义,也不同于体系的“热能热能”3热力学能热力学能(U)系统内部的一切能量系统内部的一切能量,也称为内能也称为内能。单位为。单位为J热力学能的定义式热力学能的定义式U=U2U1=W(Q=0)规
12、定:规定:系统内能增加系统内能增加 U 0系统内能减少系统内能减少 U 0性质:性质:状态函数状态函数10 2.2热力学第一定律(本质是能量守恒定律)热力学第一定律(本质是能量守恒定律)U1(状态状态1)封闭系统封闭系统从环境吸热从环境吸热 Q从环境得功从环境得功 wU2(状态状态1)U=U2U1或:或:适用条件:封闭系统适用条件:封闭系统各量的符号:各量的符号:系统内能增加系统内能增加 U 0 系统内能减少系统内能减少 U 0 环境对系统作功环境对系统作功 W0 系统对环境作功系统对环境作功 W0 系统吸热系统吸热 Q0 系统放热系统放热 Q011 2.3 恒容热、恒压热、焓恒容热、恒压热、
13、焓 1恒容热恒容热Qv:系统在恒容且非体积功为零的过程中与环境交换的热。系统在恒容且非体积功为零的过程中与环境交换的热。据热一律据热一律:若过程中恒容若过程中恒容dV0非体积功为零非体积功为零W=0 或或物理意义:物理意义:dV0,W=0 时,过程的恒容热在量值上等于过程的热力学能变。时,过程的恒容热在量值上等于过程的热力学能变。适用条件:封闭系统、恒容、非体积功为零适用条件:封闭系统、恒容、非体积功为零2恒压热恒压热Qp:系统在恒压且非体积功为零的过程中与环境交换的热系统在恒压且非体积功为零的过程中与环境交换的热据热一律据热一律:恒压恒压 p1=p2=pamb=定值定值 非体积功为零非体积功
14、为零 W=0令:令:H称为焓称为焓 或或 物理意义:恒压、非体积功为零的条件下,过程的恒压热在量值上等于其焓变。物理意义:恒压、非体积功为零的条件下,过程的恒压热在量值上等于其焓变。适用条件:封闭系统、恒压适用条件:封闭系统、恒压、非体积功为零非体积功为零123 3、焓、焓11焓的定义式焓的定义式22焓变焓变H=H2 H1=(U2p2V2)()(U1p1V1)讨论:对于系统内只有凝聚态物质发生的讨论:对于系统内只有凝聚态物质发生的PVT变化、相变化和变化、相变化和 化学变化化学变化 (PV)0 3 焓的性质焓的性质焓焓H是状态函数,是状态函数,焓的微变:焓的微变:dH=dUpdVVdp焓具有能
15、量的单位焓具有能量的单位 J,KJ H=U(pV)=UpVVp非体积功为零非体积功为零 恒压恒压p=0H=UpVH=U(pV)焓变包括焓变包括 内能的变化内能的变化,特定条件下的体积功特定条件下的体积功13142.4 摩尔热容摩尔热容 1热容(热容(C)1 热容的定义热容的定义C=QdT (J K1)一般应用于纯物质一般应用于纯物质应用在非体积功为零、不发应用在非体积功为零、不发生相变化,不发生化学变化生相变化,不发生化学变化的过程。的过程。热容热容定压热容定压热容Cp定容热容定容热容CV摩尔定压热容摩尔定压热容(Jmol1k1)应用应用摩尔定容热容摩尔定容热容Cv,m 应用应用15气体恒容变
16、温过程气体恒容变温过程气体恒压变温过程气体恒压变温过程 理想气体的变温过程理想气体的变温过程 16凝聚态物质变温过程凝聚态物质变温过程凝聚态物质恒压变温过程凝聚态物质恒压变温过程:体积变化很小体积变化很小 H=U(pV)=UpVVpH UQp Qv17Cp.m 与与Cv.m的关系有差别的原因分析的关系有差别的原因分析:因纯物质的摩尔热力学能是因纯物质的摩尔热力学能是T,V的函数的函数 恒压升温单位热力学温度时,由于体恒压升温单位热力学温度时,由于体积膨胀,使热力学能增加而从环境吸积膨胀,使热力学能增加而从环境吸收的热量收的热量 由于体积膨胀对环境作功而从环境吸由于体积膨胀对环境作功而从环境吸收
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