物化第二章热力学第一定律

《物理化学》第五版上册：热力学第一定律知识点整理如下！包含此章节第1节到第14节的重要知识点，内容详细、有逻辑，适用于期末考前复习！希望对大家有所帮助！

第二章热力学第一定律

• 2.1热力学概论 2.2热平衡和热力学第零定律
• 2.3热力学的一些基本概念
  • 系统与环境
  • 系统的性质
  • 热力学平衡态
  • 状态函数
  • 状态方程
  • 过程和途径
  • 热和功
• 2.4热力学第一定律
  • 能量守恒定律
  • 热力学第一定律的数学表达式
    • ∆U=Q+W
    • 孤系∆U=0
    • 循环过程∆U=0,Q=-W
    • 绝热过程Q=0,∆U=W
    • 闭系只做膨胀功等容∆U=Q[v]
• 2.5准静态过程与可逆过程
  • 功与过程
    • 宏观有限过程W=-∫[v1→v2]p[e]dV
    • 等容过程dV=0,W=0
    • 自由膨胀过程p[e]=0,W=0
    • 恒外压过程W=p[e]∆V
    • 等温可逆
      • 膨胀W=-∫[v1→v2]pdV=-∫[v1→v2]nRT/VdV=-nRT ln(V[2]/V[1])
      • 压缩W'=-∫[v2→v1]pdV=-∫[v2→v1]nRT/VdV=-nRT ln(V[1]/V[2])
      • ∆U=0
  • 准静态过程
  • 可逆过程
• 2.6焓
  • 焓的改变量
    • ∆H=∆U=∆（pV）
    • 闭系∆H=Q+W+∆(pV)
    • 闭系等压只做膨胀功∆H=Q[p]
    • 闭系等压非膨胀功∆H=Q[p]+W[f]
    • 闭系等压绝热做非膨胀功∆H=W[f]
    • 注意压强是系统压强，不是外压
• 2.7热容
  • 热容和摩尔热容
    • 热容C(T)=lim[∆T→0](Q/∆T)=δQ/δT
    • 摩尔热容C[m](T)=(1/n）δQ/δT
  • 定压摩尔热容和定容摩尔热容
    • 定压摩尔热容C[p，m](T)=(1/n）δQ[p]/dT=（∂H[m]/∂T)[p]
    • 定容摩尔热容C[v，m](T)=(1/n）δQ[v]/dT=（∂U[m]/∂T)[V]
  • 不发生相变和化学变化的均向封闭系统，只做膨胀功
    • 等压过程Q[p]=∆H=∫[T1→T2]nC[p，m]dT
    • 等容过程Q[v]=∆U=∫[T1→T2]nC[v，m]dT
• 2.14反应焓变与温度的关系----Kirchhoff定律
  • ∆[r]H[m]（T[2]）=∆[r]H[m]（T[1]）+∫[T1→T2]∆C[p]dT
• 2.13几种热效应
  • 标准摩尔生成焓 最稳定的单质标准摩尔生成焓为零
  • 标准摩尔离子生成焓 标压无限稀水溶液中H{+}摩尔生成焓为零
  • 标准摩尔燃烧焓
• 2.12Hess定律
• 2.11热化学
  • 化学反应的热效应----等压热效应与等容热效应
    • 等压反应热Q[p]=∆[r]H 焓
    • 等容反应热Q[v]=∆[r]U 内能
    • Q[p]与Q[v]关系
      • ∆[r]H=∆[r]U+∆n（g)RT
      • Q[p]=Q[v]+∆n（g)RT
  • 反应进度ξ=∆n[B]/ν[B]
  • 标准摩尔反应焓变
    • ∆[r]H[m](T,P)=∆[r]U[m]+∑[B]ν[B]RT
    • 各物质的标准态 100kPa
    • 标准摩尔反应焓变
• 2.10Joule-Thomson效应--实际气体的∆U和∆H
  • Joule-Thomson效应
    • 节流过程
    • 节流过程的热力学特征
      • Q=0,U2-U1=∆U=W
      • ∆H=0
    • Joule-Thomson系数
      • μ[J-T]=(∂T/∂P)[H]
        • μ[J-T]<0,节流膨胀后气体温度升高
        • μ[J-T]=0，节流膨胀后气体温度不变
        • μ[J-T]>0，节流膨胀后气体温度降低
    • 转化温度
      • μ[J-T]=0，负值转化为正值
    • 决定μ[J-T]值的因素
      • 氢气：要使μ[J-T]>0，要先降温
      • 甲烷：通常只有在第一阶段压力较小时，才能将甲烷液化
  • 实际气体的∆U和∆H
    • 内压力
    • van der Walls方程
      • ∆U=∫[V1→V2](a/V{2}[m])dV=a（1/V[m，1]-1/V[m，2]）
      • ∆H=∆U+∆p（V[m]）
• 2.9Carnot循环
  • Carnot循环
    • 过程1等温可逆膨胀
      • ∆U[1]=0
      • W[1]=-nRT[h]ln(V2/V1)
      • Q[h]=-W1
    • 过程2绝热可逆膨胀
      • Q[2]=0
      • W2=∆U2=∫【T[h]→T[c]】nC[V,m]dT
    • 过程3等温可逆压缩
      • ∆U[3]=0
      • W[3]=-nRT[c]ln(V4/V3)
      • Q[h]=-W3
    • 过程4绝热可逆压缩
      • Q[4]=0
      • W4=∆U4=∫【T[c]→T[h]】nC[V,m]dT
    • 整个循环
      • ∆U=0
      • Q=-W=Q[h]+Q[c]（Q[c]<0）
      • W=W1+W2+W3+W4=W1+W3=-nRT[h]ln(V2/V1)+-nRT[c]ln(V4/V3)
      • 由T[h]V[2]{γ-1}=T[c]V[3]{γ-1},T[h]V[1]{γ-1}=T[c]V[4]{γ-1}
      • 得W=nR(T[h]-T[c]ln(V1/V2)
  • 热机效率
    • 任何热机η=-W/Q[h]=1+Q[c]/Q[h]<1
    • Carnot热机η=1-T[h]/T[c]
  • Carnot循环的热温商总和为0 Q[h]/T[h]+Q[c]/T[c]=0
• 2.8热力需第一定律对理想气体的应用
  • Gay-Lussac-Joule实验
    • 理想气体在自由膨胀中，温度不变，热力学能不变
    • 在没有相变化和化学变化时理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数
  • 理想气体∆U=∫[T1→T2]C[V]dT=∫[T1→T2]nC[V，m]dT使用条件理想气体的简单变温过程（一定量，只做膨胀功，无相变和化学变化非理气必须等容）
  • 理想气体∆H=∫[T1→T2]C[p]dT=∫[T1→T2]nC[p，m]dT使用条件理想气体的简单变温过程（一定量，只做膨胀功，无相变和化学变化，非理想气体必须等压）
  • 理想气体的C[p]与C[V]之差C[p，m]-C[V,m]=R或C[p]-C[V]=nR
  • 绝热过程的功和过程方程式
    • 绝热过程的功∆U=W
      • 绝热压缩∆U>0,∆T>0
      • 绝热膨胀∆U<0,∆T<0
      • 只做膨胀功W=∆U=∫[T1→T2]nC[V，m]dT(C[V，m]为常数)
    • 绝热可逆过程方程式
      • TV{γ-1}=常数
      • pV{γ}=常数
      • p{1-γ}T{γ}=常数
    • 理气绝热可逆过程膨胀功W=∆U=nC[V，m](T2-T1)