热力学第一定律

自制高等教育出版社物理化学热力学第一定律思维导图，包括热力学第一定律的基本概念及术语、恒容热与恒压热等内容。

热力学第一定律

• (一）热力学概论
  • 1.1热力学研究对象
    • 研究在各种物理变化和化学变化中所发生的能量效应；研究在一定条件下某种过程能否进行，如果能进行，则进行到什么程度为止，这就是变化的方向和限度的问题
    • （1）具有足够大量质点的系统，（2）无需知道过程的进行机理，（3）没有时间概念
    • 局限性：不知道反应机理，速率，和微观性质，只讲可能性，不讲现实性
  • 1.2几个基本概念
    • 1，系统和环境
      • 敞开系统：可以有物质和能量的交换
      • 封闭系统：只有能量交换，没有物质交换
      • 隔绝系统：既无物质交换，也无能量交换
    • 2，状态和状态性质
      • 状态：是系统物理性质和化学性质的综合表现
      • 容量性质：具有加和性，数值与物质的量成正比
      • 强度性质：无加和性，各部分强度性质数值相同
    • 3，过程与途经
      • 异途同归，值变相等，周而复始，数值为零
    • 4，热力学平衡
      • 热平衡，机械平衡，化学平衡，相平衡
• （二）热力学第一定律
  • 1.3能量守恒——热力学第一定律
    • △U=Q+W
      • △U只取决于系统的始态和终态，与变化途经无关，系统和环境之间的温差而造成的能量传递称为热，除热以外，系统和环境之间其他形式的能量传递称为功
  • 1.4体积功
    • W=-P外△V
    • W=-nRTlnV2/V1=-nRTlnP1/P2
    • 可逆过程
      • 某过程进行之后系统恢复原状的同时，环境也能恢复原状而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程
      • 特征(1)系统时钟无限接近平衡态（2）推力与阻力只相差无穷小（3）完成任意有限量变化均需要无限长时间（4）系统对环境所做功为最大功，环境对系统所做功为最小功。
  • 1.5定容及定压下的热
    • 条件：封闭系统；定容或定压；不做非体积功
    • Qv=△U
    • Qp=△H=△U+p△V
    • Qp=Qv+RT△ng，ng=终态气体物质的量-始态气体物质的量
  • 1.6理想气体的热力学能和焓
    • 焦耳实验:使用低压气体，结论：当温度一定时气体的热力学能U是一定值，而与体积无关。
    • 理想气体的U和H只是温度的函数，而与体积压力无关。对于理想气体的定温过程来说△U=0，△H=0.
  • 1.7热容
    • dU=CvdT,dH=CpdT,Cp.m-Cp.m=R
    • 理想气体摩尔定容热容，单原子3/2R，双原子5/2R，多原子3R
    • 理想气体摩尔定压热容，单原子5/2R，双原子7/2R,多原子4R
  • 1.8理想气体的绝热过程
    • 绝热过程：系统及不从环境吸热，也不可能放热到环境当中去δQ=0，即dU=δW
    • P1V1^γ=P2V2^γ,或者P1V1^γ=K, TV^γ-1=K,P^1-γT^=K,只适用于理想气体绝热可逆过程，当是不可逆过程时：W=-P外（V2-V1）=△U=Cv（T2-T1）
  • 1.9实际气体节流膨胀
    • 一定是焓过程△H=0，微分表达式μj-t=（δT/δP)H，μj-t为焦汤系数，＞0时温度随压力降低而降低，＜0时温度随压力降低而升高，（氢气和氦气不能制冷）理想气体焦汤系数为0
• （三）热化学
  • 1.10化学反应的热效应
    • 定容反应热：Qv=△rU，定压反应热Qp=△rH
    • 反应进度ξ=nB-nB0/VB,nB表示某时刻物质的量，nB0表示初始物质的量，V为化学计量数，产物V取正直，反应物V取负值，ξ单位为mol
  • 1.11生成焓及燃烧焓
    • 标准摩尔生成焓：在标准压力和指定温度下，有最稳定的单质生成单位物质的量某物质的定压反应热，称为物质的标准摩尔生成焓。△fHm表示，产物-反应物
    • 标准摩尔燃烧焓：在标准压力和指定温度下，单位物质的量的某种物质被氧完全氧化时的反应焓，称为该物质的标准摩尔燃烧焓。△cHm表示，反应物-产物
    • 盖斯定律
  • 1.12反应焓与温度的关系——基尔霍夫方程
    • （δ△rH/δT）p=Cp（b）-Cp（a）=△Cp