文档介绍：第一章热力学第一定律及热化学
§ 热力学常用的一些基本概念
§ 热力学概论
§ 热力学第一定律
§ 热容量关于热的的计算
§ 热力学第一定律对理想气体的应用
§ J-T效应—实际气体的△U 与△H
§ 化学反应的热效应—热化学
§ 热力学第零定律—温度的概念
§ 热力学概论(thermodynamics)
热力学的目的和内容
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2. 化学热力学关注的两个问题
(1) 化学反应及相关过程中的能量效应
(2) 化学反应及相关过程的方向和限度
1. 热力学的研究内容
(1)平衡热力学(经典热力学)
(2)非平衡热力学
●热力学的基础是:
热力学第一定律(James Joule 焦尔, 1850年)
热力学第二定律(Lord Kelvin and Rudolf Clausius, 1848年和1850年)。
●热力学第一定律说明:热与其它形式的能量在过程中相互转化的守恒关系—能量转化与守恒.
●热力学第二定律说明:热与其它形式能量间相互转化时的方向性问题。
将热力学的基本原理应用在化学现象以及与化学现象有关的物理现象中, 构成化学热力学.
§ 热力学第零定律—温度的概念
温度是热力学中一个重要的概念, 它来源于我们对冷热的感觉, 但精确的讨论不能凭主观感觉(如冬天触摸铁器和木器), 必须对温度给出严格定义.
温度概念的建立及测定都是以热平衡现象为基础的. 一个不受外界影响的系统, 最终会达到平衡态的, 宏观上不在变化, 并可用一定的状态参数来描述它.
如将A和B 两系统放在一起时, 若有绝热壁(厚石棉板)存在, 两系统保持原来状态; 如改换为导热壁(金属板), 则各自的状态参数相互影响, 它们的数值将会自动调整, 直到状态参数的数值不再变化,达到一个新的共同平衡态—热平衡态.
热平衡实验(如图):
(a) A、B各自与C处于热平衡
(b) 然后A、B相互再处于热平衡
结论: 如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡, 则这两个系统彼此也将处于热平衡——热力学第零定律.
温度是由第零定律导出的. 当两系统接触达到热平衡时, 它们的性质不再变化, 意味着两系统必定有一共同的性质, 即温度.
第零定律的实质是指出了温度这个状态函数的存在. 它不但给出了温度的概念, 也给出了比较物体温度的方法.
在比较不同物体的温度时, 不需要将各个物体直接接触, 只要与作为标准的第三系统接触达到热平衡,就可确定该物体的温度. 第三物体的标准系统就是温度计. 下面就是选择温标的问题.
§ 热力学常用的一些基本概念
系统与环境
系统 system
选定研究的对象.
环境 surrounding
与系统密切相关的部分.
系统
环境
注意以下几点
1. 系统与环境之间的关系主要是物质和能量交换;
2. 热力学系统是在一定宏观约束下由大量粒子组成的客体. 其宏观约束指系统满足宏观条件对系统的限制, 可用宏观参量(V, A, l, T 等) 描述; 大量指满足热力学极限条件(N = 1023mol-1);
3. 系统的边界可以是多种多样: 可以是实际的, 也可以是假象的(如刚性壁, 活动壁, 绝热壁, 半透壁等) ;
5. 系统可以是多种多样的: 单组分, 多组分, 固体, 液体,气体, 化学反应系统, 单相, 多相。
4. 不同系统有不同的环境, 常用热源这一概念描述;
恒温槽
玻璃瓶
瓶塞
糖块
系统的划分是人为的, 划分恰当, 可以很容易解决问题, 划分不当, 有可能不能解决问题.
系统的分类:
系统的类型
系统与环境之间物质的质量传递
能量的传递(以热和功的形式)
敞开系统
有
有
封闭系统
无
有
孤立系统
无
无
注意: 孤立系统在热力学中是一个十分重要的概念; 但是一个相对的概念, 绝对的孤立系统是不存在的, 因为系统与环境之间量交换是不可避免的, 只能尽量减小. 通常研究问题是把系统与环境合并在一起作为孤立体系.