物理化学电子教案一章.ppt
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1、 上一内容 下一内容 回主目录O返回 物理化学电子教案第一章 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 第一章 热力学第一定律及其应用 1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 1.7 热化学 1.3 可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 第一章 热力学第一定律及其应用 1.8 赫斯定律 1.9 几种热效应 1.10 反应热与温度的关系基尔霍夫定律 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.1 热力学概论 1.热力学的研究内容 2.热力学方法的特点和局限性 体系与环境 体系的分类 体系的性质
2、状态函数 过程与途径 热和功 3.基本概念: Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 热力学的研究内容 研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律; 研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应; 研究化学变化的方向和限度。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 热力学的方法和局限性 热力学方法的特点 只研究物质变化过程中各宏观性质的关 系,不考虑物质的微观结构; 只研究物质变化过程的始态和终态,而 不追究变化过程中的中间细节,也不研究 变化过程的速率和完成过程所需要的时间 。 局限性 不知道反应的机理、速率和微观性质, 只讲可能性,不讲现实性。 D
3、ate 上一内容 下一内容 回主目录O返回 体系与环境 体系(System) 在科学研究时必须先确定 研究对象,把一部分物质与其 余分开,这种分离可以是实际 的,也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为体系,亦 称为物系或系统。 环境(surroundings) 与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 体系分类 根据体系与环境之间的关系,把体系分为三类: (1)敞开体系(open system) 体系与环境之间既有物质交换,又有能量交换。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 体系分类 根据体系与环境之间的关系,把体系
4、分为三类: (2)封闭体系(closed system) 体系与环境之间无物质交换,但有能量交换。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 体系分类 根据体系与环境之间的关系,把体系分为三类: (3)孤立体系(isolated system) 体系与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故 又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 体系分类 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 体系的性质 用以确定体系状态的各种宏观物理量称为体 系的性质。根据它们与体系物质量的关系可分为 两类: 广度性质(exten
5、sive properties) 又称为容量性质,它的数值与体系的物质的量成正 比,如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。 强度性质(intensive properties) 它的数值取决于体系自身的特点,与体系的数量无关 ,不具有加和性,如温度、压力等。指定了物质的量的 广度性质即成为强度性质,如摩尔热容、摩尔体积、摩 尔质量等。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 状态与状态函数 体系的一些性质,其数值仅取决于体系所处 的状态,而与体系的历史无关;它的变化值仅取 决于体系的始态和终态,而与变化的途径无关。 具有这种特性的物理量称为状态函数(state function)。 状态
6、函数的特性可描述为:异途同归,值变 相等;周而复始,数值还原。 状态函数在数学上具有全微分的性质。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 状态与状态函数 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 过程与途径 过程:在一定环境条件下,系统由始态变化到 终态的经过。 途径:始态 终态,系统所经历过程的总和 。(把实现过程的具体步骤称为途径) 几种主要的p,V,T变化过程: 定温过程;定压过程;定容过程;绝热过程 循环过程;对抗恒定外压过程;自由膨胀过程 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 热和功 功(work) Q和W都不是状态函数,其数值与变化途径有关。 体系吸热,Q0;体
7、系放热,Q0; 体系对环境作功,W0 。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 12 热力学第一定律 能量守恒定律 第一定律的文字表述 热力学能 第一定律的数学表达式 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 能量守恒定律 能量守恒与转化定律可表述为: 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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 第一定律的文字表述 热力学第一定律(The First Law of Thermodynamics) 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有 的特殊形式,说明热力学能、
8、热和功之间可以相互 转化,但总的能量不变。 也可以表述为:第一类永动机是不可能制成的 。第一定律是人类经验的总结。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 第一定律的文字表述 第一类永动机(first kind of perpetual motion mechine) 一种既不靠外界提供能量,本身也不减少能 量,却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机 ,它显然与能量守恒定律矛盾。 历史上曾一度热衷于制造这种机器,均以失 败告终,也就证明了能量守恒定律的正确性。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 热力学能 热力学能(thermodynamic energy)以前称为 内能(i
9、nternal energy),它是指体系内部能量的总 和,包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振 动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用 位能等。 热力学能是状态函数,用符号U表示,它的绝 对值无法测定,只能求出它的变化值。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 第一定律的数学表达式 U = Q + W 对微小变化: dU =Q +W 因为热力学能是状态函数,数学上具有全微 分性质,微小变化可用dU表示;Q和W不是状态 函数,微小变化用表示,以示区别。 体系由状态1到状态2,热力学能的改变量U等于体系 从环境吸收的热与环境对体系做功的加和,即 Date 上一内容 下一内容 回
10、主目录O返回 下述说法中,哪一个是错误的?( ) 如果体系在变化中与环境没有功的交换,则 (A)体系放出的热量一定等于环境吸收的热量 (B)体系的温度降低值一定等于环境的温度升高值 (C)最终达平衡时,体系的温度与环境的温度相等 (D)若体系1与体系2分别于环境达成热平衡,则二 体系的温度相同 练习: Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 练习: 绝热箱中装有水,水中绕有电阻丝,由蓄电池供给电 流。设电池在放电时无热效应,通电后电阻丝和水的 温度皆有上升。若以电池为体系,以水和电阻丝为环 境,则下述答案中,哪一个是正确的( ) (A) (B) (C) (D) 在本题中,若以水为体系,以
11、电池和电阻丝为环境,下列答案中哪一个正确( ) 在本题中,若以水和电阻丝为体系,以电池为环境,下列答案中哪一个正确( ) (A) (C) (B) (D) Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 13 可逆过程 功与过程 可逆过程 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 设在定温下,一定量理想气体在活塞筒中 克服外压 ,经4种不同途径,体积从V1膨胀到 V2所作的功。 1.自由膨胀(free expansion) 因为 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 2.等外压膨胀(pe保持不变) 体系所作的功
12、如阴影面积所示。 p终 V p终 P终,V终 T p始 P始,V始 T (2) Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 3.多次等外压膨胀 (1)克服外压为 ,体积从 膨胀到 ; (2)克服外压为 ,体积从 膨胀到 ; (3)克服外压为 ,体积从 膨胀到 。 p2 P2,V2 T 123 p1 P1,V1 T P“ T P“ ,V“ P P,V T p V1 p V2 P“ V3 (3) Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 3.多次等外压膨胀 (1)克服外压为 ,体积从 膨胀到 ; (2)克服外压为 ,体积从 膨胀到 ; (3)克服外压为 ,体积从 膨胀到
13、。 可见,外压差距越小,膨 胀次数越多,做的功也越多 所作的功等于3次作功的加和。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 4.外压比内压小一个无穷小的值 外压相当于一碓沙粒,将其一粒粒取走,这样的膨胀 过程是无限缓慢的,每一步都接近于平衡态。所作的 功为: p1 P1,V1 T P2 P2,V2 T 一粒粒取走砂粒 (剩余砂粒相当前述 一个重物) (4) Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 4.外压比内压小一个无穷小的值 这种过程近似地可看作可逆过程,所作的功最大。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 1.一次等外压压缩 在外压为 下,
14、一次从 压 缩到 ,环境对体系所作的功 (即体系得到的功)为: 压缩过程 将体积从 压缩到 ,有如下三种途径 : Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 2.多次等外压压缩 第一步:用 的压力将体系从 压缩到 ; 第二步:用 的压力将体系从 压缩到 ; 第三步:用 的压力将体系从 压缩到 。 整个过程所作的功为三步加和。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 3.可逆压缩 如果将取走的沙粒再一粒粒的放回,使压力缓慢 增加,恢复到原状,所作的功为: 则体系和环境都能恢 复到原状。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 功与过程 从以上的膨胀与压缩过程看出
15、,功与变化的途径有关。 虽然始终态相同,但途径不同,所作的功也大不相同。显然 ,可逆膨胀,体系对环境作最大功;可逆压缩,环境对体系 作最小功。只有可逆过程可以使体系和环境都恢复原状。 功与过程 小结: Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 可逆过程(reversible process) 体系经过某一过程从状态 (1)变到状态(2)之 后,如果能使体系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。 上述准静态膨胀过程若没有因摩擦等因素造 成能量的耗散,可看作是一种可逆过程。过程中 的每一步都接近于平衡态,可以向相反的方向进 行,从始
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- 物理化学 电子 教案
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