热力学第一定律

状态函数与状态方程：对于含有n种物质的均相封闭系统，只要指定n+2种系统的性质，则系统的状态和其他性质也就完全确定了。

热力学第一定律

• 概论
  • 热力学：是研究宏观系统在能量转换过程中所遵循规律的科学。
  • 化学热力学
  • 热力学研究方法和局限性
• 热力学基本概念
  • 系统与环境
    • 敞开系统：有物质交换和能量交换。
    • 封闭系统：有能量交换无物质交换。
    • 孤立系统：无物质交换 无能量交换
  • 系统的性质
    • 热力学变量：描述系统状态的物理量
      • 广度性质：具有加和性 例如：质量、体积、热容、热力学能、熵
      • 强度性质：不具有加和性 如：温度、压力、密度、粘度
      • 广度性质/广度性质=强度性质 （m/v=d）
  • 热力学平衡态
    • 热平衡
    • 力学平衡
    • 相平衡
    • 化学平衡
  • 状态函数与状态方程
    • 状态函数
      • 概念：由系统状态确定的各种热力学性质
      • 特性
        • 单值函数
        • 只与系统的始态终态有关 （循环后变化值为零）
        • 微小变化是全微分
        • 不同状态函数构成的初等函数也是状态函数
      • 对于含有n种物质的均相封闭系统，只要指定n+2种系统的性质， 则系统的状态和其他性质也就完全确定了
    • 状态方程
      • 理想气体状态方程：pV=nRT
  • 过程与途径
    • 等温过程
    • 等压过程
    • 等容过程
    • 绝热过程
    • 循环过程
  • 热与功
    • 是系统与环境进行能量交换的两种形式
    • 热Q：系统吸热：Q>0，系统放热Q<0
    • 功W
      • 体积功
      • 非体积功
    • 总结：热与功不是系统的性质，不是状态函数， 与变化的途径有关。
• 热力学第一定律
  • 概念
    • 第一类永动机是不可能造成的
    • 能量可以从一种形式转化成另一种形式，但总量保持不变
  • 热力学能
    • 是系统的状态函数
    • 是系统的广度性质
    • 系统经一循环回到原来状态△U=0
  • 热力学第一定律的数学表达式
    • △U=Q+W
    • dU=δQ+δW（微小变化）
• 热化学
  • 反应的热效应
    • 等压
    • 等容
  • 反应进度
  • 热化学方程式
• 化学反应热效应的计算
  • 赫斯定律：只与始态终态有关
  • 生成焓
    • 任一反应的标准摩尔焓变（等压反应热）等于产物的标准摩尔生成焓总和减去反应物的标准摩尔生成焓总和
  • 燃烧焓
    • 任一反应的热效应等于反应物的标准摩尔燃烧焓总和减去产物的标准摩尔生成焓的总和
• 热力学第一定律的应用
  • 理想气体的热力学能仅与温度有关
  • 实际气体的热力学能与气体的压力和体积有关
• 热容
  • 封闭系统 体积功为零 无相变 化变
  • 等容：△U=Qv=Cv△T
  • 等压：△H=Qp=Cp△T
  • 理想气体：Cp,m-Cv,m=R
• 焓
  • H=U+PV
  • 等容：△U=Qv
  • 等压：△H=Qp
• 体积功与可逆过程
  • 体积功：δW=-pedV
  • 几种过程的功
    • 自由膨胀：W=0
    • 恒定外压膨胀：
      • 一次膨胀
        • 
      • 多次膨胀
        • 在相同始态和终态之间分步越多，系统对外所做的功也就越大
    • 准静态膨胀过程 W=-nRTlnV2/V1
      • 准静态压缩过程中环境对系统所做的功最小
      • 准静态膨胀过程中系统对环境所做的功最大
  • 可逆过程
    • 定义： 如果能想办法使系统和环境都恢复到原状而未留下任何永久性变化的过程
    • 特点
      • 无限接近于平衡态
      • 可逆过程效率最高
      • 循原过程相反方向进行，可使系统和环境完全恢复原态，而且没有任何的耗散反应
• 标明物质的状态，温度，压力，△rHm