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目录
§ 热力学基本概念
§ 热力学第一定律
§ 恒容热、恒压热、焓
§ 热容,恒容变温过程、恒压变温过程
§ 焦耳实验,理想气体的热力学能、焓§ 气体可逆膨胀压缩过程,理想气体绝热
可逆过程方程式
§ 相变化过程
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§ 溶解焓及混合焓
§ 化学计量数、反应进度和标准
摩尔反应焓
§ 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
§ 节流膨胀与焦耳-汤姆逊效应
§ 稳流过程的热力学第一定律及其应用
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理解热力学概念:平衡态、状态函数、可逆过程、反应
进度、热力学标准态;
基本要求
理解热力学第一定律的叙述和数学表达式;
掌握pVT 变化、相变化和化学变化过程中,热、功及状
态函数U、H 的计算原理和方法,会用状态方程
(理想气体状态方程)和有关物性数据(摩尔热容、
相变焓、饱和蒸气压等)。
掌握热力学能、焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、
标准摩尔燃烧焓等概念;
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§ 热力学基本概念
主要内容:
系统与环境,系统的性质,系统的状态,过程与途径,热力学平衡,热、功与热力学能。
系统:我们所研究的那部分物质,即研究的对象;
环境:是系统以外,与之相联系的那部分物质。
系统与环境间有界面(假想的或真实的)分开,相互间可以有物质或能量的交换。
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系统分为:封闭系统、隔离系统和敞开系统。
隔离系统的例:一个完好的热水瓶:既不传热,也无体积功与非体积功的交换,且无物质交换.
敞开系统的例:一个打开塞子的热水瓶:既有能量交换,又有物质交换。
封闭系统的例:一个不保温的热水瓶:传热但无物质交换;一个汽缸:有功的交换,但无物质交换.
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描述系统需要用到热力学性质,研究系统要涉及状态和状态变化。
(1)这里所说的状态是指静止的系统内部的状态,即热力学态,与系统的在环境中机械运动的状态无关。在本书中,研究的都是热力学平衡状态(热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡)。
纯物质单相系统有各种宏观性质,如温度T,压力p,体积V,热力学能U 等等。系统的状态是它所有性质的总体表现。状态确定以后,系统所有的性质也就确定了。与达到该状态的历程无关。所以,各种性质均为状态的函数。
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p
V
T
Cp
…
U
总和
性质
描述了
状态
使成为确定
因为,各种性质间存在一定的联系,所以并不需要指定所有的性质才能确定系统的状态。在除了压力以外,没有其它广义力的场合,由一定量的纯物质构成的单相系统,只需指定任意两个能独立改变的性质,即可确定系统的状态。
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状态函数两个重要特征:
①状态确定时,状态函数X有一定的数值;状态变化时,状态函数的改变值X 只由系统变化的始态(1)与末态(2)决定,与变化的具体历程无关: X =X2 – X1 。
②从数学上来看,状态函数的微分具有全微分的特性,全微分的积分与积分途径无关。
若对于一定量的物质,已知系统的性质为 x 与 y ,则系统任一其它性质 X 是这两个变量的函数,即:
例对物质的量为n的某纯物质、单相系统,其状态可由T,p来确定,其它性质,如V,即是T,p的函数。V=f (T, p)
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利用以上两个特征,可判断某函数是否为状态函数。
若单相系统为混合物,则确定其状态除了需两个性质外,还需有该相组成。若系统为由n种物质组成的混合物,要确定其组成,需( n – 1 ) 个组成变量。
若系统由n个不同的相组成,只有当每一个相的状态确定之后,整个系统的状态才完全确定。
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广度量(或广度性质):与物质的数量成正比的性质。如V,Cp ,U,…等。它具有加和性。
强度量(或强度性质) :与物质的数量无关的性质,如 p、T和组成等。它不具有加和性。
描述热力学系统的性质分为:
(2) 广度量和强度量
两者的关系:
广度量与广度量的比是强度性质,例如,定压热容, Cp,为广度量,物质的量n为广度量,摩尔定压热容Cp , m为强度量。