物理化学

本图是关于物理化学热力学第一定律的思维导图，概括了该学科的大致内容，非常适合理科生作为期末复习提纲使用。

热力学第一定律

• 热力学概论
  • 概念:热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的学科
  • 基本概念
    • 环境、系统(研究对象）
      • 敞开系统(有能量和物质的交换）
      • 密闭系统(无物质、有能量的交换）
      • 隔绝系统(无物质、无能量的交换）
    • 状态、状态性质
      • 容量性质/广度性质:和物质的量有关，具有加和性(m,V,U,H,C…)
      • 强度性质:与物质的量无关，没有加和性(T,Vm,Cm...)
      • 1.状态给定后，状态函数就有一定的值，返之亦然 2.状态函数改变后，状态一定改变，但状态函数不一定都改变 3.始末状态相同，状态函数的改变量就相同
    • 过程、途径
    • 热力学平衡:如果系统与环境之间没有任何物质和能量交换，系统中各个状态性质又均不随时间而变化，则系统处于热力学平衡状态
      • 四个平衡:热平衡、机械平衡、化学平衡、相平衡
• 热力学第一定律
  • 能量守恒——第一类永动机是不可能存在的
  • 表达式:△U=Q+W
    • 系统吸热Q＞0 系统放热Q＜0
    • 环境对系统做功W＞0 系统对环境做功W＜0
    • 功和热都不是状态函数
    • 系统无限小量的变化:dU=δQ+δW
• 体积功
  • W=—P外dV
    • 气体向真空膨胀:P外=0，W=0
    • 恒外压膨胀:W=—p外(V₂—V₁)
    • 可逆膨胀:W=—∫pdV，理想气体:W=—nRT㏑(V₂/V₁）
  • 可逆过程与不可逆过程
    • 压缩功大于膨胀功
    • 在定温条件下，系统在可逆过程中所做的功为最大功(绝对值）
  • 可逆相变的体积功
    • 可逆相变:W=—p(V₂—V₁)⇨理想气体:W=—nRT
• 定容及定压下的热
  • 定容，只做体积功:Qv=△U 定压，只做体积功:Qp=△H
• 理想气体的热力学能和焓
  • 理想气体的热力学能和焓只是温度的函数，与体积和压力无关(△U=0△H=0)，U=f(T)、H=f(T)
  • △H=△U+△(pV)
• 热容
  • C=δQ/dT
    • W′=0,定压，△H=Qp=n∫CpdT
    • W′=0,定容，△U=Qv=n∫CvdT
    • 理想气体的摩尔定容热容、摩尔定压热容
      • 单原子分子系统:Cv,m=3/2R Cp,m=5/2R
      • 双原子分子系统(线性分子）:Cv,m=5/2R Cp,m=7/2R
      • 多原子分子系统:Cv,m=3R Cp,M=4R
    • 热容与温度的关系
      • Cp,m=a+by+cT²
    • 变温过程中有相变过程，则热的求算应分段进行:Qp₁=nCp,m(T₂-T₁)、Qp₂=n△Hm、Qp₃=nCp,m(T₃-T₂)
• 理想气体的绝热过程
  • 绝热可逆线更陡
  • 
  • 绝热不可逆线在绝热可逆和定温可逆线的中间
  • 绝热过程中体积增加总小于定温过程中的体积增加
• 实际气体的节流膨胀
  • 为等焓过程:△H=0
  • 焦—汤系数μ=(∂T/∂p)h 估算:μ=△T/△p
    • μ＞0，随压力的降低，温度降低
    • μ＜0，随压力的降低，温度升高
• 热化学
  • 定容反应热与定压反应热
    • Qv=△rU=ΣU(产物)-ΣU(反应物） Qp=△rH=ΣH(产物)-ΣH(反应物）
    • 定压反应中:△rH=△rU+p△V⇨理想气体:△rH=△rU+RT△n
    • 反应进度:ξ=n₂-n₁/v
    • 298K,一个大气压下，1mol的反应进度△rUm=△rU/ξ ,△rHm=△rH/ξ 单位:J/mol或kJ/mol
• 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，由最稳定的单质生成单位物质的量某物质的定压反应热，称该物质的标准摩尔生成焓。符号△fHᶞm
    • 盖斯定律
      • 任意一反应的反应焓△rHᶞm等于产物的生成焓之和减去反应物的生成焓之和。
      • △rHᶞm=Σv△fHᶞm(产物)—Σv△fHᶞm(反应物）
  • 标准摩尔燃烧焓
    • 在标准压力及指定温度下，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。符号△cHᶞm
      • 
    • C→CO₂(g),H→H₂0(l), N→N₂(g), S→SO₂(g), Cl→HCL(aq)
    • 盖斯定律
      • 任意一反应的反应焓△rHᶞm等于反应物燃烧焓之和减去产物燃烧焓之和
      • △rHᶞm=Σv△cHᶞm(反应物)-Σv△cHᶞm(产物）
  • 反应焓与温度的关系——基尔霍夫方程
    • △Cp=(∂△rH/∂T)p=ΣvCp(产物)-ΣvCp(反应物)
    • △Cp＜0,温度升高，反应焓减小;△Cp＞0,温度升高，反应焓增加
    • △H=∫△CpdT