第4章热力学第一定律 本章要求 本章以能量守衡为基础,介绍热力学的基本概念。 本章学习的主要要求为: 1.初步了解热力学的研究方法及其特点,明确热力学第一定 律的实质并能应用于处理各种物理、化学过程。 2.掌握热力学基本概念:系统与环境,过程与途径,状态与 状态函数,可逆过程,功与热,热力学能,焓,平衡态,标准态 反应进度等 2021/2/23
2021/2/23 1 第4章 热力学第一定律 本章要求 本章以能量守衡为基础，介绍热力学的基本概念。 本章学习的主要要求为： 1．初步了解热力学的研究方法及其特点，明确热力学第一定 律的实质并能应用于处理各种物理、化学过程。 2．掌握热力学基本概念：系统与环境，过程与途径，状态与 状态函数，可逆过程，功与热，热力学能，焓，平衡态，标准态， 反应进度等
3.掌握状态函数的特点和方法,并能熟练地解决有关 的热力学问题。 4.掌握热力学第一定律的数学表式及其在不同条件下 的特定表达式 5.掌握热容的概念,明确不同状态下Cp与C的关系;能 熟练地计算理想气体在定温、定压、定容和绝热过程 中的Q、W、AU和AH 6.明确用AHn、AH叶计算△H的方法,以及AH与温 度的关系。能应用盖斯定律、基尔霍夫方程以及热力学 基本数据计算包括相变和化学变化在内的各种过程的 △Hn°。 2021/2/23
2021/2/23 2 3．掌握状态函数的特点和方法，并能熟练地解决有关 的热力学问题。 4．掌握热力学第一定律的数学表达式及其在不同条件下 的特定表达式。 5．掌握热容的概念，明确不同状态下CP与CV的关系；能 熟练地计算理想气体在定温、定压、定容和绝热过程 中的Q、W、U和H。 6．明确用fHm θ 、cHm θ计算fHm θ的方法，以及rHm 与温 度的关系。能应用盖斯定律、基尔霍夫方程以及热力学 基本数据计算包括相变和化学变化在内的各种过程的 rHm
§41序言 物理化学(理论化学)的研究内容 结构化学(量子化学) 化学热力学 化学动力学。 热力学 thermodynamics:研究能量相互转换过程中应遵循规律 的科学;应用于化学即为化学热力学 特点 (1)研究对象的宏观性质,只适用于有极大量粒子的系统,不适 用于个别或少数粒子。 (2)没有的问概念,不考虑发生的原因以及所经过的历程。这些 都是热力学的优点,但同时也带来了它的局限性(不能解决速度 和机理问题)。 基础理论:第一、二、(三)定律 -应用:化学平衡、相平衡、电化学(大部分)、表面与胶体 化 2021/2/23
2021/2/23 3 §4.1 序言 •物理化学（理论化学）的研究内容: ——结构化学（量子化学）; ——化学热力学； ——化学动力学。 •热力学(thermodynamics)：研究能量相互转换过程中应遵循规律 的科学；应用于化学即为化学热力学。 ——特点： （1）研究对象的宏观性质，只适用于有极大量粒子的系统，不适 用于个别或少数粒子。 （2）没有时间概念，不考虑发生的原因以及所经过的历程。这些 都是热力学的优点，但同时也带来了它的局限性（不能解决速度 和机理问题）。 ——基础理论：第一、二、(三）定律。 ——应用：化学平衡、相平衡、电化学（大部分）、表面与胶体 化学
§4-1热力学概论 概论 热力学是物理学的一个分支 共有三条基本定律。第一定律能量转化过程 中的数量守恒;第二定律能量转化过程中进 行的方向和限度:第三定律低温下物质运动 状态,并为各种物质的热力学函数的计算提 供科学方法
4 共有三条基本定律。第一定律能量转化过程 中的数量守恒；第二定律能量转化过程中进 行的方向和限度；第三定律低温下物质运动 状态，并为各种物质的热力学函数的计算提 供科学方法。 1. 热力学是物理学的一个分支 §4-1 热力学概论 一 . 概论
2.热力学应用于研究化学一一化学热力学 把热力学中的基本原理用来研究化学现象 及与化学有关的物理现象一一化学热力学。 ●化学变化中的能量的转变,反应的热效应 热力学第一定律的应用。 ●化学变化的方向和限度——热力学第工定 律的应用。 2021/2/23
2021/2/23 5 2. 热力学应用于研究化学——化学热力学 ⚫ 化学变化中的能量的转变，反应的热效应 — —热力学第一定律的应用。 ⚫ 化学变化的方向和限度——热力学第二定 律的应用。 把热力学中的基本原理用来研究化学现象 及与化学有关的物理现象— —化学热力学
3.典型事例,说明化学热力学的应用 a.熔炉炼铁:Fe3O4+4CO→3Fe+4CO2 b.人造金刚石:C(石墨)→C(金刚石) 由热力学知道P>15000P°时,才有可能; 今天已实现了这个转变(60000P°,1000℃, 催化剂) 二.热力学研究方法的特点和局限性 2021/2/23
2021/2/23 6 3. 典型事例，说明化学热力学的应用 b. 人造金刚石： C（石墨）→C（金刚石） 由热力学知道 P>15000P° 时，才有可能； 今天已实现了这个转变（60000P° ，1000℃ ， 催化剂） 二. 热力学研究方法的特点和局限性 a. 熔炉炼铁：Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2
热力学研究方法的特点和局限性 1.热力学方法的特点 研究大量粒子的宏观体系的宏观性质 之间的关系及变化规律 不考虑微观粒子的微观结构 不涉及反应的速度和机理 2021/2/23
2021/2/23 7 热力学研究方法的特点和局限性 1. 热力学方法的特点 ⚫ 研究大量粒子的宏观体系的宏观性质 之 间 的关系及变化规律， ⚫ 不考虑微观粒子的微观结构 ⚫ 不涉及反应的速度和机理
2.优点和局限性 要1)热力学只研究体系的始终态 根据始终态的性质而得到可靠的 结果;不考虑变化中的细节;不考虑 物质内部的结构因素 2)不考虑时间因素 3)不考虑粒子的个别行为 2021/2/23
2021/2/23 8 安 1）热力学只研究体系的始终态 根据始终态的性质而得到可靠的 结果；不考虑变化中的细节；不考虑 物质内部的结构因素 2） 不考虑时间因素 3）不考虑粒子的个别行为 2. 优点和局限性
学习要点 吃透基本概念;特别注意条件 最重要的基本概念: 状态西数;可递过程 2021/2/23
2021/2/23 9 学习要点： 吃透基本概念；特别注意条件。 最重要的基本概念： 状态函数；可逆过程
§42热力学基本概念及术语 42.1系统与环境 ●定义: 系统(体系,物系, system,Sys):研究的象 环境( surroundings,sur)系统之外,与系统密切相关(即 可能有物质或能量交换)的有限部分物质。 ●说明: 系统与环境之间可以有实际的界面,也可以没有实际的界 面。 例:一钢瓶氧气 研究其中全部气体:有界面(内壁)。 研究其中部分气体:只有想象的界面。 按系统与环境之间是否有能量交换与物质交换,可把系统分 成以下三种: 2021/2/23
2021/2/23 10 §4.2 热力学基本概念及术语 4.2.1 系统与环境 •定义： ——系统（体系，物系，system,sys.）：研究的对象； ——环境(surroundings,surr.) 系统之外，与系统密切相关（即 可能有物质或能量交换）的有限部分物质。 •说明： ——系统与环境之间可以有实际的界面，也可以没有实际的界 面。 例：一钢瓶氧气: ——研究其中全部气体：有界面（内壁）。 ——研究其中部分气体：只有想象的界面。 ——按系统与环境之间是否有能量交换与物质交换,可把系统分