导图社区 热力学第一定律
物理化学，热力学第一定律，傅献彩南京大学，总结所有知识点，适用于考研，期末考试复习。
社区模板帮助中心，点此进入>>
安全教育的重要性
个人日常活动安排思维导图
西游记主要人物性格分析
17种头脑风暴法
马克思主义原理
如何令自己更快乐
头脑风暴法四个原则
思维导图
考研数学重点考点知识总结归纳！
数据结构
热力学第一定律
热力学概论
研究对象及主要内容
研究对象
大量分子(或粒子)构成的集合体,称为体系
热零
是热平衡的互通性，并为温度建立了严格的科学定义。
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将处于热平衡。
热一
计算变化中的热效应。
热二
解决变化的方向和限度问题，以及相平衡和化学平衡中的有关问题。
热三
是一个关于低温现象的定律，主要是阐明了规定熵的数值。
局限性
不能说明体系的变化和物质微粒结构之间的关系，即不能对体系变化的内在原因和细节做出说明，只能预示过程变化的可能性，但不能解决过程变化的现实性，也不能预言过程的时间性问题。
基本概念
系统与环境
隔离
体系与环境无能量与物质交换
封闭
体系与环境有能量而无物质交换
敞开
体系与环境既有能量又有物质交换
系统的性质
广度
广度性质的数值与系统的数量成正比
具有加和性
整个系统的某个广度性质是系统中各部分该种性质的总和
H、U、S、A、G、V、m、Ω、Cp、Cv、ZB、uB
强度
不具有加和性，其数值取决于系统自身的特性，与系统的数量无关
T、P、ρ、η、Um、Hm、Vm、Cpm、Cvm、E
热力学平衡态
热动平衡
恒温过程
力学平衡
相平衡
化学平衡
体系状态
状态性质
状态性质是体系的属性,描述体系状态的宏观物理量称为状态性质或热力学性质
状态参数
把用以描述的系统状态的参数
状态函数
被描述的状态性质称为状态函数
体系的物理量并不都是状态函数，热Q、功W就不是状态函数
主要性质
体系状态确定，状态函数有定值
体系的始、终态确定后，始、终态之间的状态函数改变值是一定的，与变化的具体途径无关
体系变化后恢复到原始状态，状态函数也恢复到原来的数值，即状态函数的变化为零
状态函数在数学上具有全微分的性质，状态函数是单值的、连续的、可微分的
与状态关系
状态确定后,状态函数都确定,反之亦然
状态函数改变后,状态一定改变
状态改变后,状态函数不一定都改变，恒温过程,温度就不变化
状态方程
描述状态性质时，状态函数之间的定量关系方程式称为体系的状态方程
例如，描述理想气体状态性质V，选用状态性质n，T，p来描述，n，T，p称为状态变量，V称为状态函数，用V=V(n，T，p)的函数关系式来表示，理想气体的状态方程为V=nRT/p。由此可见，状态性质、状态变量与状态函数的含义本质上是一回事
过程与途径
等温
T始=T末=T环
等压
P始=P末=P环
等容
体积不变，刚性容器
绝热
无热交换
环状
循环过程，状态函数不变
热
由于温度不同，而在系统与环境间交换或传递的能量叫做热，用Q表示
Q>0，系统吸热；Q<0，系统放热
从微观角度来说，热是大量质点以无序运动方式而传递能量
功
在热力学中，把除热以外其他各种形式被传递的能量叫做功，用W表示
W>0，环境对体系做功；W<0，体系对环境做功
从微观角度来说，功是大量质点以有序运动方式而传递能量
体积功计算

自由膨胀
W=0
恒外压
W=-P外（V2-V1）
理想气体等温可逆过程
第一类永动机是指不需要消耗任何能量便能不断向外做功的机器，不成立
可逆过程
定义
系统经过某一过程，由状态1到状态2之后，如果能使系统和环境都完全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原来过程对环境所产生的一切影响，环境也复原）则这样的过程就称为可逆过程
条件
作用于体系的力无限小，不平衡的阻力无限小，体系始终处于平衡状态
过程进行的速度无限缓慢，所需的时间无限长
无任何摩擦阻力存在，无任何能量耗散
其逆过程能使体系与环境同时恢复原始状态
特征
可逆过程是以无限小的变化进行的，整个过程是由一连串非常接近于平衡态的状态所构成
在反向的过程中，以同样的手续，循着原来过程的逆过程，可以使系统和环境都恢复到原来的状态，而无任何耗散效应
在等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功，在等温可逆压缩过程中环境对系统做最小功
完成过程需要的时间无限长
可逆过程是实际不存在的理想过程，是一种科学抽象
焓
在热力学上将（U+PV）定义为焓，并用H表示
焓不是体系的能量，焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量，它是辅助状态函数，没有明确的物理意义
∆H=Qp，只有在封闭体系无非体积功的等压过程，其改变值才与热Qp相等，此时才有确定物理意义
孤立体系，与外界无热无功交换，Q=W=0，所以△U=0，热力学能是守恒量。而由定义：△H=△U+△(pV)=△(pV)，若△(pV)不为零，则焓是不守恒量。例如：在绝热钢瓶中发生H2(g)和O2(g)反应生成水，△U=0，但△H>0。
在等压且有非体积功情况下，∆H=Qp+Wf
热容
一般热容C不是状态函数，因为它与途径有关
定压热容Cp
封闭系统，等压过程，非体积功为0
定容热容Cv
封闭系统，等容过程，非体积功为0
因为过程的途径已经指定，热容在温度(温度是状态函数)一定时有确定数值，所以是状态函数
理想气体，Cp和Cv不随温度变化时
热一对理想气体的应用
Joule实验
理想气体，热力学能U与焓H仅是温度的函数，即温度不变，△U=0，△H=0
理想气体Cp-Cv
单分子气体
Cvm=3R/2，Cpm=5R/2
双分子气体
Cvm=5R/2，Cpm=7R/2
Cp-Cv=nR，Cpm-Cvm=R
真实气体气体Cp-Cv
绝热过程
绝热可逆过程方程
理想气体绝热功
可逆绝热膨胀与不可逆绝热膨胀
由始态A(p1，V1)经过绝热膨胀到相同的终态体积V2，绝热可逆膨胀时体系对环境做出的功比绝热不可逆膨胀时做的功多(绝对值)，由于两过程都是Q等于零，都是依靠消耗体系的热力学能来向环境做功的，因此绝热可逆膨胀消耗的热力学能比绝热不可逆膨胀消耗的热力学量多，相应终态气体的温度就比较低，终态的压力就小。
可逆绝热压缩与可逆绝热压缩
两个过程气体的终态压力不相同。因为等温可逆压缩时，温度不变，理想气体热力学能不变，环境做的功全部变成热放出;绝热可逆压缩时不放热，环境做的功全都部转变成体系的热力学能，热力学能增加，体系温度升高，因此体系的终态温度比等温压缩的终态温度高一些，而两者的终态体积相同，都是V2，所以绝热可逆压缩的终态压力要大一些，绝热可逆压缩时环境所做压缩功大些。
多方过程
理想气体多方可逆过程
Carnot循环
过程1：等温可逆膨胀
过程2：绝热可逆膨胀
过程3：等温可逆压缩
过程4：绝热可逆压缩
卡诺循环是不可逆过程，体系复原了，环境没有复原，因为卡诺循环不是按原途径逆向返回的
热机效率
Tc低温热源，Th高温热源
冷冻系数
Joule-Thomson效应
特点
绝热过程，前后焓值相等，减压，不可逆，故Q=0，∆H=0
四种不同类型的等焓过程
理想气体自由膨胀
理想气体等温膨胀
理想气体等温压缩
实际气体Joule -Thomson节流过程
热化学
热效应
使用条件：等温下、反应的气体为理想气体，若参加反应有固体或液体,其体积可以忽略
标准摩尔生成焓
在标准压力下，在进行反应的温度时，由最稳定的单质合成标准压力下单位量物质B的反应焓变
公式
生成物—反应物
碳最稳定单质是石墨，磷最稳定单质是白磷
标准摩尔燃烧焓
在标准压力下，反应温度T时，单位量的物质B完全氧化为同温下的指定产物时的标准摩尔焓变
反应物—生成物
燃烧产物指定
C变为CO2气体
H变为H2O液体
S变为SO2气体
N变为N2气体
Cl变为HCl水溶液
金属如银变为游离态
反应进度
Hess定律
内容
一个反应在定容或定压条件下，无论是由一步还是分几步构成其反应热不变；即一个反应的焓变等于各部分反应按照一定系数比加和的焓变。
意义
利用热化学方程式可以线性组合的特点，由已知一些反应的热效应，计算出未知反应的热效应
满足的条件
已知化学反应方程式的反应条件要完全相同，包括温度、压力及各物质的相态，并且这些反应都是在等温等压或等温等容，不做其他功的条件下
Kirchhoff定律
T1到T2的区间内，反应物或产物没有聚集状态的变化
燃烧热测量实验
量热计水当量
使量热计仪器本身升高1度所吸收的热量是热容量，也称水当量
实验室常用测定水当量的方法
电热法(测得电热器的电压，电流、通电时间)
测量已知燃烧热的标准样品(一般为苯甲酸)在量热计中燃烧得出的温差，从而计算出水当量
用氧弹量热计测定物质的燃烧热时，作雷诺图求T的目的是
由于测定体系绝热不完全而产生热漏，造成的∆T的偏差。作雷诺图的测量已知燃烧热的标准样品(一般为苯甲酸)在量热计中燃烧得出的温差，从而计算出水当量的是进行修正，减少∆T的偏差
用氧弹量热计测定有机化合物的燃烧热实验，要求在测量定时在氧弹中加几滴纯水，然后再充氧气、点火，请说明加的这几滴水的作用是什么？
这几滴水的作用是促使燃烧的产物中H2O(g)尽快凝聚为液态水
