导图社区 01物理化学——热力学第一定律(可打印版)
根据傅献彩和朱文涛老师的大学教材《物理化学》,总结出的知识体系,并且制作成可以打印的版本,希望对大家有所帮助。本章是热力学第一定律的总结
编辑于2023-06-27 20:05:16 福建省热力学第一定律1
热力学概论
基本内容
第一、第二定律是热力学的主要基础
第零、第一、第二、第三定律,都是人类经验的总结
优点
研究对象为宏观物质,不考虑个别分子的性质行为
只要知道系统的始态和终态以及过程进行的条件就可以进行相应的计算,无需了解反应的机理
无需考虑反应的速率问题(不考虑时间)
局限性
对微观物质即个别分子、原子的行为无从作答
只停留在对客观事物的表面了解,而不知其内在原因,知其然不知其所以然
只能计算反应达平衡时的最大产量,不知达平衡的时间
热力学第零定律
也称为:热平衡定律
如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡,则这两个系统彼此也处于热平衡状态
基本概念
见最后一页
热力学第一定律
自然界的一切物质都具有能量,能量有各种不同形式,能够从一种形式转化为另一种形式,但在转化过程中,能量的总值不变
热力学能 U
系统内部能量的总和
状态函数
傅献彩版
朱文涛版
适用范围:封闭系统
第一类永动机是不可能制成的
热力学第一定律2
准静态过程与可逆过程
体积功 的计算
因为通常题目不会要求求非体积功,
傅献彩版
等外压过程
等压过程
自由膨胀
等容过程
理气等温可逆膨胀(压缩)
朱文涛版
等外压过程
等压过程
自由膨胀
等容过程
理气等温可逆膨胀(压缩)
准静态 过程
在过程进行的每一瞬间,系统都接近于平衡状态,以致在任意选取的短时间 dt 内,状态参量在整个系统的各部分都有确定的值,整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成,这种过程称为准静态过程
可逆过程
系统经过某一过程从状态(1)变到状态(2)之后,如果能使系统和环境都恢复到原来的状态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。否则为不可逆过程
特点
状态变化时推动力与阻力相差无限小,系统与环境始终无限接近于平衡态
过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达
系统变化一个循环后,系统和环境均恢复原态,变化过程中无任何耗散效应
等温可逆过程中,系统对环境做最大功,环境对系统做最小功
焓(H)
定义
计算
条件:等压且
系统的焓变等于等压热效应(可用于简单变化、相变、化学变化)
理想气体不受等压限制
热力学第一定律3
热容(C)
定义
等压热容
适用条件:简单变化、等压过程且
等容热容
适用条件:简单变化、等容过程且
理想气体,不受等压或等容的限制
摩尔热容
对理想气体的应用
Gay-Lussac-Joule实验
理想气体的热力学能U和焓H都仅为温度的函数,而与p,V无关
Joule定律
的关系
理想气体
单原子系统
双原子系统
多原子系统
绝热过程的功 和过程方程式
适用条件:理想气体,绝热可逆、也可用于绝热不可逆过程,因为热力学能是状态函数
为热容比
热力学第一定律4
Carnot循环
四个过程
等温可逆膨胀
绝热可逆膨胀
等温可逆压缩
绝热可逆压缩
整个循环
热机效率
可逆热机
任意热机
冷冻系数
J-T效应
节流过程
焦-汤系数
经节流膨胀后,气体温度降低
经节流膨胀后,气体温度升高
经节流膨胀后,气体温度不变
温度称为转化温度,这时气体经焦-汤实验,温度不变
理想气体
实际气体的 △U和△H
实际气体的U不仅是T的函数,还与p(或V)有关
实际气体并不服从Boyle(波义耳)定律
在等温下,对于范氏气体
热力学第一定律5
热化学
热效应
等压热效应
等容热效应
对于理想气体
反应进度ξ
反应的摩尔焓变
标准 摩尔焓变
标准态
傅献彩版
= 100 kpa
朱文涛版
= 101.325 kpa
Hess定律
反应的热效应只与起始和终了状态有关,与变化途径无关
几种热效应
标准摩尔 生成焓
在标准压力下,反应温度时,由最稳定的单质合成标准状态下单位量物质B的焓变,称为物质B的标准摩尔生成焓
没有规定温度时,一般298.15 K时的数据有表可查
化学反应焓变求解
自键焓估算 反应焓变
将化合物气态分子的某一个键拆散成气态原子所需的能量,称为键的分解能即键能
化学反应焓变求解
标准摩尔离子 生成焓
规定:标准压力下,在无限稀薄的水溶液中,氢离子的摩尔生成焓等于零
标准摩尔燃烧焓
化学反应的焓变值等于各反应物燃烧焓的总和减去各产物燃烧焓的总和
燃烧产物指定为
注意水是液态的
化学反应焓变求解
反应焓变与温度的关系
Kirchhoff定律
关系式
绝热反应——非等温反应
设计可逆路线求解
基本概念1
系统与环境
系统
被划定的研究对象称为系统,亦称为体系或物系
环境
与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境
系统的性质
广度性质
又称为容量性质,它的数值与系统的物质的量成正比
这种性质有加和性,在数学上是一次齐函数
强度性质
它的数值取决于系统自身的特点,与系统的数量无关
不具有加和性,如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数
状态函数
系统状态的一系列表征系统的物理量
状态函数的特性
异途同归,值变相等;周而复始,数值还原
在数学上具有全微分的性质
所学的状态函数:U、H、S、G、A、V
状态方程
系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程,如T=f(P,V)
过程与途径
过程
在一定的环境条件下,系统发生了一个从始态到终态的变化,称为系统发生了一个热力学过程
等温过程
等压过程
等容过程
绝热过程
环状过程
途径
从始态到终态的具体步骤称为途径
基本概念2
热力学平衡态
热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡
热和功
热
系统与环境之间因温差而传递的能量称为热,用符号Q 表示
Q的取号
系统吸热,Q > 0
系统放热,Q < 0
功
系统与环境之间传递的除热以外的其他能量都称为功,用符号W表示
W的取号
傅献彩版
环境对系统作功,W > 0
系统对环境作功,W < 0
朱文涛版
环境对系统作功,W < 0
系统对环境作功,W > 0
注意:两个版本对功的定义是不相同的,学习时看考试要求的是什么版本
Q和W都不是状态函数,其数值与变化途径有关
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