《物理化学》课程教学课件（PPT讲稿）第一章 热力学第一定律

S1.1热力学概论 一、热力学的内容 1、热力学第一定律—一 变化过程中的能量转换的定 量关系。 2、 热力学第二定律—变化过程的方向和限度。 3、热力学第三定律一规定熵，解决化学平衡衡的计 算问题。 二、热力学的方法：逻辑推理法 1、研究对象为太量质点的宏观体系，不考虑微观 性质和个别分子的行为。 2、只须知道系统的始、终态，既不管过程进行的 机理，也无须知道其结构变化。 3、在热力学研究中无时间概念

1 §1.1 热力学概论 1、热力学第一定律 ——变化过程中的能量转换的定 量关系。 2、热力学第二定律 ——变化过程的方向和限度。 3、热力学第三定律——规定熵，解决化学平衡的计 算问题。 一、热力学的内容 １、研究对象为大量质点的宏观体系，不考虑微观 性质和个别分子的行为。 ２、只须知道系统的始、终态，既不管过程进行的 机理，也无须知道其结构变化。 ３、在热力学研究中无时间概念。 二、热力学的方法：逻辑推理法

二、热力学的方法：逻辑推理法 热力学的方法特点： 1、研究对象为大量质点的宏观体系 即只研究物质的宏观性质，不考虑微观性质和 个别分子的行为。 2、只须知道系统的始、终态，既不管过程进行的 机理，也无须知道其结构变化。 3、在热力学研究中无时间概念，即不管（反应） 变化速率。 例：根据热力学计算，金刚石可自发地变成石 墨，但这个过程需用多少时间？发生变化的根 本原因和机理？热力学中无法知道

2 热力学的方法特点： １、研究对象为大量质点的宏观体系 即只研究物质的宏观性质，不考虑微观性质和 个别分子的行为。 ２、只须知道系统的始、终态，既不管过程进行的 机理，也无须知道其结构变化。 ３、在热力学研究中无时间概念，即不管（反应） 变化速率。 例：根据热力学计算，金刚石可自发地变成石 墨，但这个过程需用多少时间？发生变化的根 本原因和机理？热力学中无法知道。 二、热力学的方法：逻辑推理法

§1.2 基本概念 系统和环境System and Surroundings 系统：研究对象 环境：系统以外的，与系统有关的部分 系统与环境有实际的或想象的界面分开 系统的分类： System 敞开系统 密闭系统 孤立（隔离）系 open closed 统isolated 物质交换 可以 不可能 不可能 能量交换 可以 可以 不可能

3 System 敞开系统 open 密闭系统 closed 孤立(隔离)系 统isolated 物质交换 可以 不可能 不可能 能量交换 可以 可以 不可能 系统的分类： 一、系统和环境 System and Surroundings 系统：研究对象 环境：系统以外的，与系统有关的部分 系统与环境有实际的或想象的界面分开 §1.2 基本概念

系统和环境例： 绝热壁 水蒸气 高系统 水 敞开系统 a

4 系统和环境 例： 绝 热 壁 水 水蒸气 敞开系统 孤立系统 密闭系统

二、状态和状态函数 State and State function 状态：系统的物理，化学性质的综合表现； 状态性质：系统处于某一状态时的性质，是系统 本身所属的宏观物理量。 如：T,p,p,V,m,U,H,S. 状态性质之间互相联系的，不是独立的，在数学 上有函数关系，所以又称状态函数。 如：单相纯物质密闭系统=∫(T,p)或p=f(T,) 5

5 二、状态和状态函数 State and State function 状态：系统的物理，化学性质的综合表现; 状态性质：系统处于某一状态时的性质，是系统 本身所属的宏观物理量。 如：T，p,  ，V，m， U，H，S. 状态性质之间互相联系的，不是独立的，在数学 上有函数关系，所以又称状态函数。 如：单相纯物质密闭系统V=f (T, p) 或 p=f (T,V)

1.状态函数的分类 容量性质：extensive properties 其数值与系统中物质的量成正比，且有加和性 如：V∝n(总)=V+V+. 强度性质：intensive properties 其数值与系统中物质的量无关，且不具有加和性 如：T,卫，P 6

6 1. 状态函数的分类 容量性质：extensive properties 其数值与系统中物质的量成正比，且有加和性 如：Vi ∝ni V(总)=V1+V2+. 强度性质：intensive properties 其数值与系统中物质的量无关，且不具有加和性 如：T，p，

2.状态函数的特点 ① 状态函数的改变量只与始、终态有关，与变化途 径无关；AX=N=X,-X, △X=手dK=0 ② 状态函数的微小变化可以用全微分表示。 如：p=T,W 积分 ∫-j〔器)r+f)

7 2. 状态函数的特点 ① 状态函数的改变量只与始、终态有关，与变化途 径无关； dV V p dT T p dp V T          +        = 积分 ② 状态函数的微小变化可以用全微分表示。 如： p=f(T,V)   = = − 2 1 2 1 X X X dX X X  X = dX = 0 V T p p dp dT dV T V       = +             

三、过程与途径 系统状态发生的变化为过程， 变化的具体步骤称为途径。 按照系统中物质变化前后的状态过程可分为三类： 1、简单状态变化过程（P、V、T) 2、相变过程：系统物态发生变化，如 气化(vapor):液→气 熔化fusion):固-→液 升华过程sublimation):固→气。 3、化学变化过程：化学反应 8

8 系统状态发生的变化为过程， 变化的具体步骤称为途径。 按照系统中物质变化前后的状态过程可分为三类： 1、简单状态变化过程 （P、V、T） 2、相变过程：系统物态发生变化，如 气化(vapor)：液→气 熔化(fusion)：固→液 升华过程(sublimation)：固→气。 3、化学变化过程: 化学反应 三、过程与途径

定温过程()T 定压过程()p 定容过程()v 循环过程，绝热过程等。如： 25°C,p 100°C,2p ()r 25°C,2p 100°C,p 途径：()r+()p或()pt()i 9

9 25°C, p 100°C, 2p 25°C, 2p 100°C, p 定温过程( )T 定压过程( )p 定容过程( )V 循环过程，绝热过程等。如: ( )T ( )T ( )p ( )p 途径:( )T +( )p 或( )p +( )T

四、热力学平衡系统 系统与环境间无物质、能量的交换，系统各 状态性质均不随时间而变化时，称系统处于热力 学平衡 热力学平衡系统必须同时处于下列四个平衡： 1.热平衡 2.机械平衡 3.化学平衡 4.相平衡 10

10 四、热力学平衡系统 系统与环境间 无物质、能量的交换，系统各 状态性质均不随时间而变化时，称系统处于热力 学平衡 热力学平衡系统必须同时处于下列四个平衡: 1. 热平衡 2. 机械平衡 3. 化学平衡 4. 相平衡