热力学：第一章 热力学第一定律和热化学

热力学第一定律以及所对应公式和概念。热力学第一定律是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律，反映了不同形式的能量在传递与转换过程中守恒。热化学是物理化学的一个分科。研究物理和化学变化过程中热效应的规律。以热力学第一定律为基础。

热力学第一定律和热化学

• 第一节：热力学概论
  • 1.1热力学的研究对象及内容
    • 定义：热力学系统宏观性质变化之间的关系
  • 1.2热力学的研究方法与局限性
    • 研究方法：数理逻辑的推理方法
    • 条件：只需知道系统的始态和终态及过程进行的外界条件
  • 1.3热力学的作用及发张
• 第二节：热力学基本概念
  • 2.1系统与环境
    • 定义
      • 系统：在热力学中，将一部分物质从其他部分中划分出来作为研究对象，称系统或体系
      • 环境：与系统密切相关的部分
    • 类型
      • 敞开系统
      • 封闭系统
      • 孤立系统（隔离系统）【在热力学上有时将系统与环境作为一个整体来对待，这个整体也可看做孤立系统】
  • 2.2系统的性质
    • 广度性质
      • 具有加和性。如v,m,u,c,s
    • 强度性质
      • 不具有加和性。如T,P,密度，粘度
    • 两者关系 广度性质*强度性质=广度性质 广度性质/广度性质=强度性质
  • 2.3热力学平衡态
    • 力平衡
    • 热平衡
    • 化学平衡：化学反应达平衡后，系统的组成不随时间而改变
    • 相平衡：系统中各相的数量和组成不随时间而而变化
  • 2.4状态与状态函数
    • 状态
      • 系统的状态即为系统一切性质的综合表现。
        • 状态（单值对应）性质
    • 状态函数
      • 定义
        • 只由系统状态确定的系统的各种热力学性质，称为系统的状态函数
      • 特性
        • “状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零”
  • 2.5过程与途径
    • 过程
      • 系统状态发生了任何变化称为过程
        • 定温过程
        • 定压过程
        • 定容过程
        • 绝热过程
        • 循环过程
    • 途径
  • 2.6热和功
    • 热（Q）
      • 由环境与系统直接的温度差引起的能量交换
        • Q＞0吸热
        • Q＜0放热
    • 功（W）
      • 除热以外，在系统与环境之间其他一切形式的能量传递
        • W＞0系统从环境得到功
        • W＜0系统对环境做功
      • w=-Pedv
• 第三节：热力学第一定律
  • 3.1热力学第一定律的经验叙述
  • 3.2热力学能（U）
    • 热力学能是系统的性质
    • 热力学能是状态函数
  • 3.3热力学第一定律的数学式
    • 条件：封闭系统
    • △U=W+Q
      • &W=&Q+&W
    • 孤立系统热力学能始终保持不变
• 第四节：功的过程与可逆过程
  • 4.1功的过程
    • 定外压膨胀
    • 多次定外压膨胀
    • 准静态膨胀
    • 定外压压缩过程
    • 二次定外压压缩过程
    • 三次定外压缩过程
    • 可逆膨胀，系统对环境做功最大 可逆压缩，环境对系统做功最小
  • 4.2可逆过程
    • 系统经一过程由状态1变到状态2后，如果能使系统和环境都完全复原
      • 过程是以无线小的变化进行，系统始终无限接近平衡态
      • 循环过程原来途径相反方向进行，可使系统和环境都完全恢复原态
      • 系统在可逆过程中做最大功，环境在可逆过程中做最小功
• 第五节：焓
  • 4.1定容热
    • 条件：因定容所以体积功为零，非体积功为零的封闭系统
      • △U=Qv
  • 4.2定压热
    • 条件：非体积功为零，定压条件下的封闭系统
      • △H=Qp
  • 焓H=U+pV
• 第六节：热容
  • 条件：非体积功为零，不发生化学变化和相变化的封闭系统
    • C=&Q/dT 单位J*K^—1
      • 定容热容
        • △U=Qv=nCv. m(T2-T1)
      • 定压热容
        • △H=QP=nCp.m(T2-T1)
      • 热容与温度的关系
        • C p.m=a+bt+CT^2
        • C p.m=a+bt+C'/T^2
• 第七节：热力学第一定律对理想气体的应用
  • 理想气体的热力学能和焓—焦耳实验
    • 只有理想气体的热力学能仅是温度的函数，与体积和压力无关
  • 理想气体定压热和定容热的关系
    • Cp-CV=nR
    • Cp. m-Cv. m=R
    • 单原子：Cv. m=3/2R Cp. m=5/2R 双原子：Cv. m=5/2R Cp. m=7/2R 多原子：Cv. m=3R Cp. m=4R
  • 理想气体定温过程
    • Q R=-W R=nRTIn v2/v1=nRTIn p1/p2
  • 理想气体绝热过程
    • 绝热可逆过程方程式
      • 绝热指数C p/Cv=Cp. m/C v. m=r
    • 绝热过程功计算
• 第八节：化学反应的热效应
  • 定压反应热与定容反应热
    • 定容反应热Q v=△rU =£U 产物-£U反应物
    • 定压反应热Qp=△rH=£H产物-£H反应物
    • Qp=Q+(△n)RT △n是气体产物与气体反应物的物质的量之差
  • 热化学方程式
  • 盖斯定律
• 第九节：几种热效应
  • 生成热
    • 生成热是由元素的单质化合成单一化合物时的反应热
      • 标准摩尔生成焓（△fHm）
        • 定压反应热△rH^om(T)=£(vB△f H^om)产物—£(vB△fH^om)反应物=£vB△fH^om(B)
  • 燃烧热
    • 物质完全燃烧时的反应热
      • 标准摩尔燃烧热（△cHm）
        • 反应热△rim^o(T)=£(vB△cH^om)反应物—£(VB△cH^om)产物=—£VB△c H^om(B)
• 第十节：反应与温度的关系—基尔霍夫定律