第一章 热力学第一定律(80节-28号字版)

电源、水龙头是否关好。值班。
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第一章
热力学第一定律
第一节 热力学概论 一、热力学研究的对象和内容 • 热力学：研究宏观体系能量转换、变化的方向与限 度。 • 化学热力学：将热力学基本原理应用于研究化学现 象及与化学有关的物理现象。 二、热力学的方法和局限性 • 演绎的方法：物理方法及数学推理、运算。 • 局限性：不涉及时间的概念，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。（化 学动力学--现实性）
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• [注意] Q 和 W 都不是状态函数，其数值与变化途 径有关，是过程变量。 • [问题] 说体系某一状态有多少热或多少功这种说法 正确吗?
答：不正确。应根据过程来计算Q 、W ，不是根 据状态来计算。因为Q 和 W 都不是状态函数(不是 体系的性质)，其数值与变化的途径有关, 是过程变 量。
• 途径： 完成某一状态变化所经历的具体步骤称为途径。
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六、热与功 • 体系与环境的两种能量传递形式：热和功。 • 单位：Ｊ(国际单位)、 kJ ( 1cal = 4.184 J ，1 J=0.239cal )
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热 (Q)：体系与环境之间因温度差而传递的能量。 （质点无序运动） 取号：Q 对体系而言，吸热为正，放热为负。 性质：途径函数，微分表示为 Q （与状态函数区别） 功 (W)：除热外，体系与环境间传递的一切能量。 （质点有序运动） 取号：对体系而言，作功为负(体系对环境做功)， 得功为正(环境对体系做功)。 (注意：第五版W取号规定正好相反) 性质：途径函数，微分表示为 W （与状态函数区别）
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四、状态函数与状态方程 1. 状态：体系处于某一状态，即体系具有确定的各种 性质(包括组成、重量、温度、压力、体积、密度、 内能等) 。 2. 状态函数：表示体系整体性质的函数。 • 常见状态函数：内能 (U)，焓 (H)，熵 (S)，吉布斯 函数 (G) 等（方便讨论问题或表示体系的整体性质 的）。 • 常见状态变量：T，p，V，组成(浓度) ，质量等 （通常是采用易于直接测量的）。
(3) 恒容过程：V1= V2（体系的体积始终保持不变）
(4) 绝热过程： Q = 0（在变化过程中，体系与环境 不发生热的传递）
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• 常见的状态变化过程：
(5) 循环过程：体系从始态出发，经过一系列变化后又
回到了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态
函数的变化量都等于零(周而复始，数值还原)。
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• 状态函数与状态变量都是体系的性质，函数与变 量是相对的划分。
• 实践证明：对纯物质(或组成不变)的均相封闭体系， 体系的状态函数只需用2个变量就足以确定。即 x = f (T, p) 或 x = f (T, V) 等
• 对于含有 n 种物质的均相封闭体系，只要指定 n + 2 种体系的性质，则体系的状态和其它性质也就完 全确定了（通常采用T、p、 n 或 T、V、 n）。
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[例2] 利用表面现象提高药物的疗效：一定量的物质， 当它的表面积越大时，其表面性质也越明显。在药
剂学上，常利用增加药物的分散度来改善药物的性
质（如提高药物在胃肠液中的溶解速度，增加药物 的吸收等）。例如口服灰黄霉素在同样的疗效情况 下，粒径为2.6um的用量仅为粒径为10um用量的一 半。
中药的超微粉碎
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理论课 绪论、第1章 热力学第一定律 第2章 热力学第二定律 第3章 化学平衡 第4章 相平衡 第5章 电化学（电解质溶液） 第6章 化学动力学 第7章 表面现象 第8章 胶体 复习
8 学时 8 学时 3 学时 6 学时 6 学时 8学时 6 学时 4学时
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实验课（80学时，2010级）：共七个实验。
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第三节 热力学第一定律 一、热力学第一定律的实质 • 热力学第一定律的实质是能量守恒，将能量守恒原 理应用到热力学体系中 。 能量守恒原理：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。
• 一个物质的总能量 E 为
E K V U
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二、内能 ( U ) • 内能(也称为热力学能), 是体系中物质的所有能量的 总和。 • 性质(1)：U 是一个广度性质，为状态函数。体系处 于某一状态，其U 有确定值。根据始、终态计算ΔU。 对纯物质的均相封闭体系，U = f ( T, p ) 或 U = f ( T, V ) 。
U U dU dp dT T p p T U U dU dT dV T p V T
物理化学
广州中医药大学化学教研室 洪奕
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教材：
《物理化学》侯新朴主编，人民出版社，第六版
《物理化学实验》学校编
《习题解》侯新朴主编, 第五版
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理论课(52课时) 物理化学(80课时)
实验课(28课时)
考试要求：以上课内容为主。
课程成绩总评：期末考试成绩占70%，平时成绩
(主要为实验)占30%。
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反应罐示意图
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• 反应罐示意图 • 敞开体系：连续进入和引出物料，并加热、搅 拌。 • 封闭体系：关闭物料进出口，只加热、搅拌。 • 孤立体系：关闭物料进出口，停止加热及搅拌， 包上绝热套。 • 热力学上通常: 体系+ 环境 = 孤立体系 • 如: 保温水瓶近似作孤立体系，体系加环境作孤立 体系.
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• 与药学的联系：通过计算设计新药，设计可行的 合成路线和工艺条件；研究药物合成的反应速率 及机理；确定药物中有效成份的存在形态，并研 究其稳定性及在体内的吸收、分布和代谢等；研 究药物的作用机理；研究药物的剂型等。
三、物理化学的学习方法 • 基本概念、基本定律(理论)的正确理解。 • 基本计算（公式的应用条件），练习题。 • 常用物理量的单位（量纲）等。
络合物不稳定常数的测定（化学平衡） 恒温槽的装配和性能测试 (基础操作) 苯-乙醇双液系相图（1）（相平衡） 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定（动力学）
苯-乙醇双液系相图（2）（相平衡） 蔗糖水解反应速率常数的测定（动力学） 溶液吸附法测定固体物质的比表面（界面化 学）
实验分 3 个小班。各小班轮次循环完成七个实验。
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二、体系的性质（分为二类） 1、广度性质 • 又称为容量性质，具有加和性，它的数值与体系中 物质的量成正比。如质量、体积、内能、熵等。 2、强度性质 • 不具有加和性，它的数值取决于体系自身的特点， 与体系中物质的量无关。如温度、压力、密度等。 三、热力学平衡态 • 当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热 力学平衡态。此时，同时存在热平衡、力平衡、相 平衡和化学平衡。
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实验课时间安排（80学时，2010级药物制剂） ：
七个实验：第 4、5、6、8 、9、10、12周 时间：星期三上午 9：20—12：00 地点：药科楼C区二楼物理化学实验室
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实验要求和安全守则
1. 每人须备实验记录本1本（用于实验预习和实验
原始记录)；实验报告用实验报告纸写；实验时
穿白大褂。 2. 实验过程，认真操作，细致观察。遵守实验室规 则，保持安静，注意安全。 3. 实验完毕，洗涤清洁仪器，整理好实验台。检查
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第二节 热力学基本概念 一、体系(系统)与环境 • 体系: 被划分出来作为研究对象的部分。 • 环境: 体系之外与体系密切相关的部分（体系与环 境之间可有物质、能量的交换关系）。 热力学体系的分类： a. 敞开体系：体系与环境之间有物质和能量交换。 b. 封闭体系：体系与环境只有能量交换，无物质交 换。 c. 孤立体系：体系与环境既无能量交换，也无物质 交换。
分子本身无体积。 实际气体 p →0 时
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• 实际气体(*了解) • 如范德华实际气体状态方程:
a p 2 V b nRT V
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五、过程与途径 • 常见的状态变化过程：
(1) 等温过程：T1= T2 = T环
(2) 恒压过程： p1 = p2 = p环(p外)
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• 热平衡 : 体系内各部分以及与环境具有相同的温度。 （*如果体系与环境间是绝热的，则体系与环境的温 度可以不等。） • 力平衡: 体系内各部分以及与环境的各种作用力达到 平衡，边界不再移动，如体系各部分与环境压力相 等。（*如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保 持力学平衡。） • 相平衡 : 多相共存时，各相的组成和数量不随时间 而改变，即各相之间无净物质的转移。 • 化学平衡 : 反应体系中各物质的数量不再随时间而 改变。
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环路积分 V
dv 0 （从始态回到始态）
(周而复始，数值还原) (4) 状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函 数。
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练习：判断下列命题是否正确。 1. 状态函数改变后，状状态函数改变后，状态一定改变。（√）
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练习：判断下列命题是否正确。
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理论课 绪论、第1章 热力学第一定律 第2章 热力学第二定律 第3章 化学平衡 第4章 相平衡 第5章 电化学（电解质溶液） 第6章 化学动力学 第7章 表面现象 第8章 胶体 复习
8 学时 8 学时 3 学时 6 学时 6 学时 8学时 6 学时 4学时
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物理化学---绪论
绪 论
一、物理化学的任务和内容 物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系 入手来探求化学变化基本规律的一门科学，在实 验方法上也主要采用物理学中的方法。主要研究 的内容: 1. 化学热力学: 研究化学反应能量转化以及变化的方 向和限度; 及与化学变化密切相关的相变化、表面 现象、电化学等。
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2. 化学动力学: 研究化学反应的速度和反应机理。
3. 物质结构: 研究原子、分子、晶体结构及结构与性