第三章化学热 步 §3-1热力 、基本概念 1、体系和环境 体系我们研究的对象,称为体系。 环境体系以外的其它部分,称为环境 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 既有能量交换,又有物质交换 2)封闭 有能量交换,无物质交换; 3)孤立体系既无物质交换,又无能量交换
§3-1 热力学概论 一、基本概念 1、 体系和环境 体系 我们研究的对象，称为体系。 环境 体系以外的其它部分，称为环境。 第三章 化学热力学初步 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： 1） 敞开体系 既有能量交换，又有物质交换； 2） 封闭体系 有能量交换，无物质交换； 3） 孤立体系 既无物质交换，又无能量交换
2、状态和状态函数 状态由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一 种存在形式,称为体系的状态 状态函数确定体系状态的物理量,称为状态函数。 例如某理想气体体系 n=2mol,p=1.013×105Pa,V=44.8dm3,T=273K 这就是一种状态。是由n、p、V、T所确定下来的体系的 种存在形式 因而n、p、V、T都是体系的状态函数 状态一定,则体系的状态函数一定。体系的一个或几个状态函 数发生了变化,则体系的状态发生变化
2、 状态和状态函数 状态 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一 种存在形式，称为体系的状态。 状态函数 确定体系状态的物理量，称为状态函数。 例如某理想气体体系 n = 2 mol， p = 1.013 10 5 Pa， V = 44.8 dm 3 ，T = 273 K 这就是一种状态。是由 n、p、V、T 所确定下来的体系的一 种存在形式 。 因而 n、p、V、T 都是体系的状态函数。 状态一定，则体系的状态函数一定。体系的一个或几个状态函 数发生了变化，则体系的状态发生变化
始态和终态体系变化前的状态称为始态,变化后的状态称 为终态 状态变化的始态和终态一经确定,则状态函数的改变量是 定的。 例如,温度的改变量用△T表示,则△T=T终一T始 同样理解Δn、△p、△V等的意义
始态和终态 体系变化前的状态称为始态，变化后的状态称 为终态。 状态变化的始态和终态一经确定，则状态函数的改变量是一 定的。 例如，温度的改变量用 T 表示，则 T = T终 － T始 同样理解 n、 p、 V 等的意义
3、过程和途径 过程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。 若体系在恒温条件下发生了状态变化,我们说体系的变化为 “恒温过程”;同样理解“恒压过程”,“恒容过程”。若体系 变化时和环境之间无热量交换,则称之为“绝热过程”。 完成一个热力学过程,可以采取多种不同的方式。我 们把每种具体的方式,称为一种途径。 过程着重于始态和终态;而途径着重于具体方式
3、过程和途径 过程 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。 途径 完成一个热力学过程，可以采取多种不同的方式。我 们把每种具体的方式，称为一种途径。 过程着重于始态和终态；而途径着重于具体方式。 若体系在恒温条件下发生了状态变化，我们说体系的变化为 “恒温过程”；同样理解 “恒压过程”，“恒容过程”。若体系 变化时和环境之间无热量交换，则称之为“绝热过程
该过程可以经由许多不同的途径来完成 下面给出其中两种途径: 0.5×105Pa 4 dm 1×105Pa 途径I 2×105Pa 2 dm 途径Ⅱ 1 dm3 4×105Pa 0.5dm 状态函数的改变量,取决于始态和终态,不管途径如何不同 如上述过程的两种途径中,状态函数的改变量一致
途径 I 0.5 10 5 Pa 4 dm3 该过程可以经由许多不同的途径来完成。 2 10 5 Pa 1 dm3 1 10 5 Pa 2 dm3 途径 II 4 10 5 Pa 0.5 dm3 状态函数的改变量，取决于始态和终态，不管途径如何不同。 如上述过程的两种途径中，状态函数的改变量一致。 下面给出其中两种途径：
0.5×105Pa 4 dm3 1×105Pa 途径I 2×105Pa 2 dm 途径Ⅱ 1 dm 4×105Pa 0.5dm △p=P终 P始 △Ⅴ=V 终 始 2×105-1×10 1×105(Pa) 1(dm3)
p = p终 － p始 V = V终 － V始 = 2 10 5 － 1 10 5 = 1 － 2 = 1 10 5 ( Pa ) = － 1 （dm3 ） 途径 I 0.5 10 5 Pa 4 dm3 2 10 5 Pa 1 dm3 1 10 5 Pa 2 dm3 途径 II 4 10 5 Pa 0.5 dm3
4、体积功和pV图 化学反应过程中,经常发生体积变化。体系反抗外 压改变体积,产生体积功。 按照传统的功的定义,W=F·Δl F W S△lS=p△V,这种功W=p△V称为体积功, 以W体表示。若体积变化△V=0,则W体=0。 我们研究的过程与途径,若不加以特别说明,可以认为只有 体积功。即W=W体
4、体积功和p-V图 化学反应过程中，经常发生体积变化。体系反抗外 压改变体 积，产生体积功。 按照传统的功的定义， W = F · l ， = S F W l · S = p V ，这种功 W = p V 称为体积功， 以 W体 表示。若体积变化 V = 0 ， 则 W体 = 0 。 我们研究的过程与途径，若不加以特别说明，可以认为只有 体积功。即 W = W体
5、热力学能 热力学能是体系内部所有能量之和,包括分子原子的动能,势能, 核能,电子的动能 以及一些尚未研究的能量。热力学上 用符号U表示热力学能(经常称为内能) 虽然体系的内能尚不能求得,但是体系的状态一定时,内能是 个固定值。因此,热力学能U是体系的状态函数 体系的状态发生变化,始终态确定,则内能变化量ΔU是 定值,△U=U终一U始。 理想气体是最简单的体系,可以认为理想气体的内能只是温度 的函数。温度一定,则U一定,即△T=0,则△U=0
5、 热力学能 热力学能是体系内部所有能量之和，包括分子原子的动能，势能， 核能， 电子的动能 以及一些尚未研究的能量。热力学上 用符号 U 表示热力学能（经常称为内能）。 虽然体系的内能尚不能求得，但是体系的状态一定时，内能是 一个固定值。因此，热力学能 U 是体系的状态函数。 体系的状态发生变化，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，可以认为理想气体的内能只是温度 的函数。温度一定，则 U 一定，即 T = 0 ，则 U = 0
二、热力学第一定律 1、第一定律的内容 某体系由状态I变化到状态Ⅱ,在这一过程中体系吸热Q 做功W,体系的内能改变量用ΔU表示,则有 △U=QW 体系内能的改变量等于体系从环境吸收的热量减去体系对环境 所做的功。显然,热力学第一定律的实质是能量守恒 例1某过程中,体系吸热100J,对环境做功20J。求体系 的内能改变量。 解由第一定律表达式 U=Q-W 100—20=80(J)体系的内能增加了80J
二、热力学第一定律 1、 第一定律的内容 某体系由状态 I 变化到状态 II，在这一过程中体系吸热 Q， 做功 W，体系的内能改变量用 U 表示，则有 U = Q － W 例 1 某过程中，体系吸热 100 J，对环境做功 20 J。求体系 的内能改变量。 解 由第一定律表达式 U = Q － W = 100 － 20 = 80 ( J ) 体系的内能增加了 80 J。 体系内能的改变量等于体系从环境吸收的热量减去体系对环境 所做的功。 显然，热力学第一定律的实质是能量守恒
环境的内能改变量怎样求得? 从环境考虑,吸热100J,做功-20J,所以 U环=(-100)-(-20) 80(J)环境的内能减少了80J 内能是量度性质,有加和性。体系加环境为宇宙,故 △U字宙=△U体+△U环=80+(-80)=0,能量守恒 功和热 日热的符号规定 Q是指体系吸收的热量 Q=30J,表示体系吸热30J 40J,表示体系放热40J 体系吸热为正,放热为负
环境的内能改变量怎样求得？ 从环境考虑，吸热 － 100 J，做功 － 20 J，所以 U环 = ( － 100 ) － ( － 20 ) = － 80 ( J ) 环境的内能减少了 80 J。 内能是量度性质，有加和性。体系加环境为宇宙，故 U宇宙 = U体 + U环 = 80 + ( － 80 ) = 0， 能量守恒。 2、 功和热 (1) 功和热的符号规定 Q 是指体系吸收的热量。 Q = 30 J， 表示体系吸热 30 J， Q = － 40 J，表示体系放热 40 J 。 体系吸热为正，放热为负