第1讲 化工热力学绪论
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chap1 绪论 化工热力学
平衡、力平衡、相平衡、化学平衡）的必要条件
是引起体系状态变化的所有势差如温度差、压力
差、化学位差等为零。需要指出的是平衡状态实
质上是动态平衡。
热力学的变量：强度量与广度量
强度量：数值仅取决于物质本身的特性，而与物 质的数量无关。如温度、压力、密度、摩 尔内能等。 广度量: 数值与物质的数量成正比。如体积、质 量、熵、焓、内能等。 单位质量的广度量是强度量。
循环：体系经过一系列的状态变化过程 后，最后又回到最初状态的整个 变化过程。可分为正向循环和逆 向循环。
2.热力学的分支
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics）
主要研究热能与机械能之间的转换规律以及在
工程中的应用。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算，主要是H、S、U、 F和G的计算。
（3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。具有双重特点。主要
侧重于工程计算。它既能解决能量的利用问题，又能解决相
际间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
（4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。
根据体系与环境的需相互关系，热力学体
系可分为：
孤立体系：体系与环境之间既无物质之 间的交换也无能量的交换。 封闭体系：体系与环境之间只有能量的 交换而无物质的交换。 敞开体系：体系与环境可以有能量与物 质的交换。
平衡状态的定义：一个体系在不受外界影响 的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化此
体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡（热
是引起体系状态变化的所有势差如温度差、压力
差、化学位差等为零。需要指出的是平衡状态实
质上是动态平衡。
热力学的变量：强度量与广度量
强度量：数值仅取决于物质本身的特性，而与物 质的数量无关。如温度、压力、密度、摩 尔内能等。 广度量: 数值与物质的数量成正比。如体积、质 量、熵、焓、内能等。 单位质量的广度量是强度量。
循环：体系经过一系列的状态变化过程 后，最后又回到最初状态的整个 变化过程。可分为正向循环和逆 向循环。
2.热力学的分支
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics）
主要研究热能与机械能之间的转换规律以及在
工程中的应用。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算，主要是H、S、U、 F和G的计算。
（3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。具有双重特点。主要
侧重于工程计算。它既能解决能量的利用问题，又能解决相
际间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
（4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。
根据体系与环境的需相互关系，热力学体
系可分为：
孤立体系：体系与环境之间既无物质之 间的交换也无能量的交换。 封闭体系：体系与环境之间只有能量的 交换而无物质的交换。 敞开体系：体系与环境可以有能量与物 质的交换。
平衡状态的定义：一个体系在不受外界影响 的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化此
体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡（热
化工热力学第三版第1章绪论与第2章流体的pVT关系
混合物的状态方程
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 封闭体系：体系与环境之间只有能量的交换而无物质 的交换
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，临界等温 线在临界点上的斜率和曲率都等于零。数学上表示为
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 封闭体系：体系与环境之间只有能量的交换而无物质 的交换
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，临界等温 线在临界点上的斜率和曲率都等于零。数学上表示为
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
第1章 绪论 化工热力学
PLOYMAT H MATLAB MAPLE MATHCA D EZSolver Spreadshee ts Mathematic a Other
37%
65%
24%
37%
5%
82%
13%
15%
Swinnea教授从43份调查问卷中表明大部分的化工系讲授不止一门程序设 计语言，其分布如下：
C/C++ FORTRAN MATLAB Excel VB MATHCAD Other
21
MATLAB的特点
支持多平台操作系统（Windows、Unix、Linux） 编程语言简单易学（M语言） MATLAB编程效率高，可直接调用600多个内建MATLAB函数， 函数源代码公开，支持与VC、VB和CVF的混合编程技术 用途广泛，可用于数值计算、符号计算、数据分析、工程与 科学绘图、图形用户界面设计、建模和仿真、控制系统设计、 数字图像信号处理等。 功能超强，有众多面向具体应用的工具箱（如偏微分方程、 最优化、数理统计、样条函数、神经网络等）和Simulink仿 真模块。算法稳定、可靠。 具有开放式结构，扩展功能强，以及第三方公司的强力支持， 如求解PDE的FEMLAB。
9
计算分子科学的应用
New Bioprocesses Catalyst Design Improved Reaction Mechanisms Product Development (polymers,pharmaceuticals) Efficient Process Design Materials and Polymer Design Polymer Processing Environmental modeling and remediation
37%
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24%
37%
5%
82%
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Swinnea教授从43份调查问卷中表明大部分的化工系讲授不止一门程序设 计语言，其分布如下：
C/C++ FORTRAN MATLAB Excel VB MATHCAD Other
21
MATLAB的特点
支持多平台操作系统（Windows、Unix、Linux） 编程语言简单易学（M语言） MATLAB编程效率高，可直接调用600多个内建MATLAB函数， 函数源代码公开，支持与VC、VB和CVF的混合编程技术 用途广泛，可用于数值计算、符号计算、数据分析、工程与 科学绘图、图形用户界面设计、建模和仿真、控制系统设计、 数字图像信号处理等。 功能超强，有众多面向具体应用的工具箱（如偏微分方程、 最优化、数理统计、样条函数、神经网络等）和Simulink仿 真模块。算法稳定、可靠。 具有开放式结构，扩展功能强，以及第三方公司的强力支持， 如求解PDE的FEMLAB。
9
计算分子科学的应用
New Bioprocesses Catalyst Design Improved Reaction Mechanisms Product Development (polymers,pharmaceuticals) Efficient Process Design Materials and Polymer Design Polymer Processing Environmental modeling and remediation
化工热力学讲义-1-第二章-流体的p-V-T关系36页PPT文档
②研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用的规律。
二、研究方法 热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言， 主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量 分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取对大量宏观现象的直接观察与实验，总结出 具有普遍性的规律。
2a
VC3
而：V2p2 T
2RT
Vb3
6a V4
V 2p2TTC V2CRbC T3 V 6C a4 0
2RTC VC b
3
6a
VC4
上两式相除，得：
VC b VC 23
1
b 3 VC
则： a
VC3 2
②图3中高于临界温度Tc的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交， 近似于双曲线，即：PV=常数； 小于临界温度Tc的等温线T3、T4，由三个部分组成，中间水平线表示 汽液平衡共存，压力为常数，等于饱和蒸汽压。
③从图3还可知道：临界等温线（蓝线所示）在临界点处的斜率和 曲率等于零，即：
p 0 V TTC
第二章 流体的P-V-T关系
①P、V、T的可测量性：流体压力P、摩尔体积V和温度T是可以 直接测量的，这是一切研究的前提；
②研究的目的与意义：利用P、V、T数据和热力学基本关系式可 计算不能直接测量的其他性质，如焓H、内能U、熵S和自由能G。
一、p-V-T图
2.1纯物质的P-V-T关系
说明：①曲面以上或以下的空间为不平衡区； ②三维曲面上“固”、“液”和“气（汽）”表示单相区 ； ③“固-液”、“固-汽”和“液-汽”表示两相区；
③超临界流体的特殊性：它的密度接近于液体，但同时具有气体的 “体积可变性”和“传递性质”。所以和气体、液体之间的关系是： 既同又不同，
二、研究方法 热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言， 主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量 分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取对大量宏观现象的直接观察与实验，总结出 具有普遍性的规律。
2a
VC3
而：V2p2 T
2RT
Vb3
6a V4
V 2p2TTC V2CRbC T3 V 6C a4 0
2RTC VC b
3
6a
VC4
上两式相除，得：
VC b VC 23
1
b 3 VC
则： a
VC3 2
②图3中高于临界温度Tc的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交， 近似于双曲线，即：PV=常数； 小于临界温度Tc的等温线T3、T4，由三个部分组成，中间水平线表示 汽液平衡共存，压力为常数，等于饱和蒸汽压。
③从图3还可知道：临界等温线（蓝线所示）在临界点处的斜率和 曲率等于零，即：
p 0 V TTC
第二章 流体的P-V-T关系
①P、V、T的可测量性：流体压力P、摩尔体积V和温度T是可以 直接测量的，这是一切研究的前提；
②研究的目的与意义：利用P、V、T数据和热力学基本关系式可 计算不能直接测量的其他性质，如焓H、内能U、熵S和自由能G。
一、p-V-T图
2.1纯物质的P-V-T关系
说明：①曲面以上或以下的空间为不平衡区； ②三维曲面上“固”、“液”和“气（汽）”表示单相区 ； ③“固-液”、“固-汽”和“液-汽”表示两相区；
③超临界流体的特殊性：它的密度接近于液体，但同时具有气体的 “体积可变性”和“传递性质”。所以和气体、液体之间的关系是： 既同又不同，
化工热力学第1章绪论-热力学
系。
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
化工热力学第一章绪论
就，建立模型，以易测数据推算难测数据
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
1、化工热力学的研究内容
原理-模型-应用构成化工热力学研究内容的三要 素。运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型， 应用于解决工程中的实际问题。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2020/7/6
特点： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
C、化学热力学（ Chemical Thermodynamics）— 应用热 力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题， 则形成化学热力学。
例1：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力 条件下，由氮和氢合成氨时的最高产量，这在化肥工业上产 生了重要影响。
例2：石墨与金刚石二者间转变时的温度与压力效应 的热力学计算，不但预示了人工制造金刚石所需的条件，并 且导出了关于自然界金刚石形成的地质条件的假说。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） — 集化学热力学和工程热力学之大成的 学科。
A、热力学（Thermo-dynamics ）—— 讨论热与功转化规 律的科学。
远古“钻木取火”——机械能转换为内能。 12世纪“火药燃烧加速箭支的飞行” 19世纪“蒸汽机”——热转换为功。
B、工程热力学（Engineering Thermodynamics）——将 热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。 主要研究热能与机械能之间转换规律以及在工程中的应用。
2020/7/6
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
1、化工热力学的研究内容
原理-模型-应用构成化工热力学研究内容的三要 素。运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型， 应用于解决工程中的实际问题。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2020/7/6
特点： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
C、化学热力学（ Chemical Thermodynamics）— 应用热 力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题， 则形成化学热力学。
例1：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力 条件下，由氮和氢合成氨时的最高产量，这在化肥工业上产 生了重要影响。
例2：石墨与金刚石二者间转变时的温度与压力效应 的热力学计算，不但预示了人工制造金刚石所需的条件，并 且导出了关于自然界金刚石形成的地质条件的假说。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） — 集化学热力学和工程热力学之大成的 学科。
A、热力学（Thermo-dynamics ）—— 讨论热与功转化规 律的科学。
远古“钻木取火”——机械能转换为内能。 12世纪“火药燃烧加速箭支的飞行” 19世纪“蒸汽机”——热转换为功。
B、工程热力学（Engineering Thermodynamics）——将 热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。 主要研究热能与机械能之间转换规律以及在工程中的应用。
2020/7/6
化工热力学第一章.
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
化工热力学 第一章 绪 论
化工热力学解决的实际问题可以归纳为三类： (1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化学反应平衡问题； (3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学 第一章 绪 论
2. 热力学在化工过程开发中的作用
局限：对物质结构必须采用一些假设的模型，这 些假设模型只是物质实际结构的近似描写。
化工热力学 第一章 绪 论
四、化工热力学研究内容及在化工过程开发中的作用 1. 化工热力学的研究内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定律 为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利 用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关系以及 物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用。
化工热力学 第一章 绪 论
预备知识（复习名词、概念）
体系与环境
体系：研究的对象 环境：研究对象以外的部分
敞开体系（开系）：体系与环境之间有能量与物质的交换。
体系 封闭体系（闭系）：体系与环境之间只有能量交换而无物质的交换。
孤立体系：体系与环境之间既无能量交换也无物质的交换。
化工热力学 第一章 绪 论
过程与循环
过程：状态的变化历程 按可逆程度分：可逆过程、不可逆过程。 按状态参数变化分：等温、等压、等容、等焓、绝热过程等。
循环： 正向循环：热能变为机械能的热力循环。PV图上以顺时针 方向循环。所有热机都是。
逆向循环：消耗能量迫使热量从低温流向高温。 V图上以逆 时针方向循环。所有制冷、热泵都是。
3.化工热力学在化工过程开发中的作用
降低原料消耗，减少环境污染； 降低能耗（利用夹点技术）； 提高产品的质量（利用新型分离技术）； 为化工单元操作提供多元相平衡数据； 为实验成果的放大，实现工业化提供基础
化工热力学 第一章 绪 论
化工热力学解决的实际问题可以归纳为三类： (1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化学反应平衡问题； (3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学 第一章 绪 论
2. 热力学在化工过程开发中的作用
局限：对物质结构必须采用一些假设的模型，这 些假设模型只是物质实际结构的近似描写。
化工热力学 第一章 绪 论
四、化工热力学研究内容及在化工过程开发中的作用 1. 化工热力学的研究内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定律 为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利 用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关系以及 物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用。
化工热力学 第一章 绪 论
预备知识（复习名词、概念）
体系与环境
体系：研究的对象 环境：研究对象以外的部分
敞开体系（开系）：体系与环境之间有能量与物质的交换。
体系 封闭体系（闭系）：体系与环境之间只有能量交换而无物质的交换。
孤立体系：体系与环境之间既无能量交换也无物质的交换。
化工热力学 第一章 绪 论
过程与循环
过程：状态的变化历程 按可逆程度分：可逆过程、不可逆过程。 按状态参数变化分：等温、等压、等容、等焓、绝热过程等。
循环： 正向循环：热能变为机械能的热力循环。PV图上以顺时针 方向循环。所有热机都是。
逆向循环：消耗能量迫使热量从低温流向高温。 V图上以逆 时针方向循环。所有制冷、热泵都是。
3.化工热力学在化工过程开发中的作用
降低原料消耗，减少环境污染； 降低能耗（利用夹点技术）； 提高产品的质量（利用新型分离技术）； 为化工单元操作提供多元相平衡数据； 为实验成果的放大，实现工业化提供基础
化工热力学
（3）Soave-Redilich-Kwong（SRK）方程 1972年，Soave修正了RK方程中常数a，使a不仅与临界参
数有关，还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联，建立 了SRK方程。 ▪ 形式
p RT a V b V (V b)
式中的方程常数b与RK方程的相同，常数a的表达式为
关。虽然有的状态方程可以用于气、液两相，但
较多用于气相，而且准确也高，而活度系数模型 主要用于液体溶液。
（2）意义： 化工热力学解决的三大问题中，以平衡状态下 热力学性质的计算最为重要，它是解决其它问题的基础， 所以在本书中受到特别的重视，所占的篇幅较多，其理由 如下：
▪ 物性及热力学性质是化工工艺设计中不可缺少的基础数据。 化工生产要涉及大量的物质，在过程开发和化工生产中， 若对处理物料的性质不了解，则无法分析流体间物质和能 量的传递，也无法设计分离过程，更无法认识其反应过程。
▪ 超临界流体区：高于临界温度和压力的区域叫超临界流体 区。从液体到流体或从气体到流体都不存在相变化。超临 界流体既不同于液体，也不同于气体，它的密度可以接近 液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质，可以作 为特殊的萃取溶剂和反应介质，与此相应的开发技术有超 临界萃取和超临界反应等。
▪ P-V图上的等温线: 主要有三种, 一是高于临界温度的等 温线T1，曲线平滑，近于双曲线，即PV = 常数，符合理 想气体的状态方程；二是小于临界温度的等温线T3，被 AC和BC线截断为三部分，其中水平段表示气液两相平衡
▪ 模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模 型相结合，才能解决实际问题。因为它只表示了
上述两类热力学性质之间的普遍依赖关系，并不
因具体系统而异。具体系统的这种关系还要由此
数有关，还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联，建立 了SRK方程。 ▪ 形式
p RT a V b V (V b)
式中的方程常数b与RK方程的相同，常数a的表达式为
关。虽然有的状态方程可以用于气、液两相，但
较多用于气相，而且准确也高，而活度系数模型 主要用于液体溶液。
（2）意义： 化工热力学解决的三大问题中，以平衡状态下 热力学性质的计算最为重要，它是解决其它问题的基础， 所以在本书中受到特别的重视，所占的篇幅较多，其理由 如下：
▪ 物性及热力学性质是化工工艺设计中不可缺少的基础数据。 化工生产要涉及大量的物质，在过程开发和化工生产中， 若对处理物料的性质不了解，则无法分析流体间物质和能 量的传递，也无法设计分离过程，更无法认识其反应过程。
▪ 超临界流体区：高于临界温度和压力的区域叫超临界流体 区。从液体到流体或从气体到流体都不存在相变化。超临 界流体既不同于液体，也不同于气体，它的密度可以接近 液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质，可以作 为特殊的萃取溶剂和反应介质，与此相应的开发技术有超 临界萃取和超临界反应等。
▪ P-V图上的等温线: 主要有三种, 一是高于临界温度的等 温线T1，曲线平滑，近于双曲线，即PV = 常数，符合理 想气体的状态方程；二是小于临界温度的等温线T3，被 AC和BC线截断为三部分，其中水平段表示气液两相平衡
▪ 模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模 型相结合，才能解决实际问题。因为它只表示了
上述两类热力学性质之间的普遍依赖关系，并不
因具体系统而异。具体系统的这种关系还要由此
第一章 绪论(2014年)
2015/8/29
大连理工大学 张乃文
23
1-1-1 化工热力学的发展
根据热力学第一定律热功可以 按当量转化，而根据卡诺原理热却 不能全部变为功，当时不少人认为 二者之间存在着根本性的矛盾。 1850 年 ， 德 国 物 理 学 家 Rudolf J. Clausius (1822-1888) 进一步研究 了热力学第一定律和克拉佩隆转述 的卡诺原理，发现二者并不矛盾。 Clausius 他指出，热不可能独自地、不付任 (1822 - 1888) 何代价地从冷物体转向热物体，并 将这个结论称为热力学第二定律。 克劳修斯在 1854 年给出了 热力学第 二定律 的数学表达式， 1865 年提出 “熵”的概念。
2015/8/29 大连理工大学 张乃文 19
1-1-1 化工热力学的发展
卡诺的论文发表后，没有马上引起人
们的注意。过了十年，法国工程师Benô lt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺 循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺 原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方 程。
下能分解出H2和O2？N2和H2在什么温度压力
下才能合成出NH3 ？
2015/8/29
大连理工大学 张乃文
11
Why?
11、精馏塔的设计主要依据是什么？
12、为什么要节能？如何节能？依据是什么？
全世界不可再生化石燃料的消耗占90%。 中国目前超过50%的能源需要进口。 中国人均能源消费不到世界平均水平的50% 。 中国的能源利用率仅是世界平均水平的50% 。 化工是耗能大户，仅次于冶金。
2015/8/29 大连理工大学 张乃文 24
1-1-1 化工热力学的发展
化工热力学讲义1
ac (Tr )
ac (Tr )
( RTc )2 c a 其中： pc RTc b b pc
RTc c c pc (Tr ) 1 (d1 d2 d3 2 ) (1 Tr1/ 2 )
d1 , d2 , d3 为关联参数
各种形式的立方型状态方程及其求解方法
Virial方程及多项级数展开式类状态方程
对应态原理及其应用 混合规则与混合物状态方程
纯液体的pVT关系及其密度(摩尔体积)的估算方法
重要内容 流体pVT关系可采用两种方式来描述： 图表法；立体图及平面图中的点、线、面的 物理意义及变化趋势。
解析法：如状态方程法与对应状态原理法等。
意为： lim
p 0 (V )
pV RT
理想气体方程的应用
在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行 计算。
为真实气体状态方程计算提供初始值。
判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度， p 0 V 当 或 时，任何状态方程都还原为理想 气体方程。
通用型立方型状态方程：
A、B、C为常数，使用时应注意适用的温度范 围和单位。 缺乏蒸汽压数据或蒸汽压方程常数的条件下，也 可以用经验方法估计。如：
B T C
ln p / pc f
S
0
f
1
f f
0
6.09648 0.16934 5.92714 1.28862 ln Tr Tr Tr6
热力学过程与循环
系统从一个平衡状态变化到另一个平衡状态。 等温，等压 等容，等熵 绝热，可逆
热力学循环过程的特征是：
cycle
Mdx 0
第2章 纯物质的p-V-T 关系
ac (Tr )
( RTc )2 c a 其中： pc RTc b b pc
RTc c c pc (Tr ) 1 (d1 d2 d3 2 ) (1 Tr1/ 2 )
d1 , d2 , d3 为关联参数
各种形式的立方型状态方程及其求解方法
Virial方程及多项级数展开式类状态方程
对应态原理及其应用 混合规则与混合物状态方程
纯液体的pVT关系及其密度(摩尔体积)的估算方法
重要内容 流体pVT关系可采用两种方式来描述： 图表法；立体图及平面图中的点、线、面的 物理意义及变化趋势。
解析法：如状态方程法与对应状态原理法等。
意为： lim
p 0 (V )
pV RT
理想气体方程的应用
在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行 计算。
为真实气体状态方程计算提供初始值。
判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度， p 0 V 当 或 时，任何状态方程都还原为理想 气体方程。
通用型立方型状态方程：
A、B、C为常数，使用时应注意适用的温度范 围和单位。 缺乏蒸汽压数据或蒸汽压方程常数的条件下，也 可以用经验方法估计。如：
B T C
ln p / pc f
S
0
f
1
f f
0
6.09648 0.16934 5.92714 1.28862 ln Tr Tr Tr6
热力学过程与循环
系统从一个平衡状态变化到另一个平衡状态。 等温，等压 等容，等熵 绝热，可逆
热力学循环过程的特征是：
cycle
Mdx 0
第2章 纯物质的p-V-T 关系
化工热力学第1章_绪论
❖例如：如何利用热力学的原理能计算出在何种 温度和压力条件下，由氮和氢能合成氨？这在 化肥工业上有重要影响。
13
C、工程热力学（Engineering Thermodynamics）
——将热力学的基本理论应用于工程技术领域，则 为工程热力学。
主要研究热能与机械能之间转换规律以及在 工程中的应用。
了全世界 10.生物医学工程
5
化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系
全流程的 最佳化设 计和控制
吸收 系统 模拟
反应 系统 模拟
精馏 系统 模拟
吸收 塔计 算
反应 器计 算
换热 器计 算
精馏 塔计 算
反应 速度 计算
传质 计算
传热 计算
流体 力学 计算
相平 衡计 算
反应 平衡 计算
物料 平衡 计算
2.抗生素：1918年流感夺走了全世界2000万人的生命。化学 工程使青霉素的年产量高达百万磅
3.聚合物：塑料在很多应用场合能取代木头、金属和玻璃
4
化学工程能做什么？
4.合成纤维 5.低温空分生成O2 和 N2 6.核同位素的分离 7.原油的催化裂解：制备高辛烷值燃料的能力在英国战役和二
次世界大战中是一决定性因素 8.污染的控制 9.肥料尤其是合成氨：新肥料改进了农业的生产力并帮助养活
3
化学工程能做什么？
❖ 早期化学工程的主要目标就是使化学家实验室做出来的化学 反应商品化！
❖ 化学工程是以化学、物理、生物、数学的基本原理作为基础， 研究化学工业和相关工业中的物质转化、物质形态和物质组 成的一门工程科学
10项顶尖成果 （1983年， AIChE ）
1.合成橡胶:1983年，220亿磅/年。二战期间，及时解救了天 然橡胶匮乏的困境
13
C、工程热力学（Engineering Thermodynamics）
——将热力学的基本理论应用于工程技术领域，则 为工程热力学。
主要研究热能与机械能之间转换规律以及在 工程中的应用。
了全世界 10.生物医学工程
5
化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系
全流程的 最佳化设 计和控制
吸收 系统 模拟
反应 系统 模拟
精馏 系统 模拟
吸收 塔计 算
反应 器计 算
换热 器计 算
精馏 塔计 算
反应 速度 计算
传质 计算
传热 计算
流体 力学 计算
相平 衡计 算
反应 平衡 计算
物料 平衡 计算
2.抗生素：1918年流感夺走了全世界2000万人的生命。化学 工程使青霉素的年产量高达百万磅
3.聚合物：塑料在很多应用场合能取代木头、金属和玻璃
4
化学工程能做什么？
4.合成纤维 5.低温空分生成O2 和 N2 6.核同位素的分离 7.原油的催化裂解：制备高辛烷值燃料的能力在英国战役和二
次世界大战中是一决定性因素 8.污染的控制 9.肥料尤其是合成氨：新肥料改进了农业的生产力并帮助养活
3
化学工程能做什么？
❖ 早期化学工程的主要目标就是使化学家实验室做出来的化学 反应商品化！
❖ 化学工程是以化学、物理、生物、数学的基本原理作为基础， 研究化学工业和相关工业中的物质转化、物质形态和物质组 成的一门工程科学
10项顶尖成果 （1983年， AIChE ）
1.合成橡胶:1983年，220亿磅/年。二战期间，及时解救了天 然橡胶匮乏的困境
第一章 绪论1
17
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程 4.2 化工热力学与其他化学工程
分支学科的关系
18
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程
制造业 过程工业 机电工业（或产品生产工业）
化学工程 过程工程 Process Engineering
19
4. 化工热力学在化学工程中的地位
第三定律 绝对熵定律
第零定律 热平衡定律
这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。
9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.1 热力学及其特性
⑶普遍性
表现在热现象在日常生活中是必不 可缺少的。热力学的基本定律、基本理 论，不但能够解决实际生产中的问题， 还能够解决日常生活中的问题，甚至用 于宇宙问题的研究。
10
3.1 热力学及其特性
13
3.2 热力学的分支
⑵化学热力学
Chemical Thermodynamics 应用热力学原理研究有关化学的各类平衡
问题，这在物理化学中是一个很重要的组成部 分。离开了热力学原理，许多化学现象就无法 深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学 函数的计算，主要是H、S、U、F和G的计算。
14
3.2 热力学的分支
3.1 热力学及其特性 3.2 热力学的分支
6
3.1 热力学及其特性
热力学主要是研究热现象和能量转换的。
热力学以宏观体系作为自己的研究对象,就 其内容而言,它涉及到热机的效率,能源的利 用,各种物理、化学乃至生命过程的能量转 换,以及这些过程在指定条件下有没有发生 的可能性。 ⑴严密性 ⑵完整性 ⑶普遍性 ⑷精简性
基础课： 高等数学、外语、大学物理
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程 4.2 化工热力学与其他化学工程
分支学科的关系
18
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程
制造业 过程工业 机电工业（或产品生产工业）
化学工程 过程工程 Process Engineering
19
4. 化工热力学在化学工程中的地位
第三定律 绝对熵定律
第零定律 热平衡定律
这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。
9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.1 热力学及其特性
⑶普遍性
表现在热现象在日常生活中是必不 可缺少的。热力学的基本定律、基本理 论，不但能够解决实际生产中的问题， 还能够解决日常生活中的问题，甚至用 于宇宙问题的研究。
10
3.1 热力学及其特性
13
3.2 热力学的分支
⑵化学热力学
Chemical Thermodynamics 应用热力学原理研究有关化学的各类平衡
问题，这在物理化学中是一个很重要的组成部 分。离开了热力学原理，许多化学现象就无法 深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学 函数的计算，主要是H、S、U、F和G的计算。
14
3.2 热力学的分支
3.1 热力学及其特性 3.2 热力学的分支
6
3.1 热力学及其特性
热力学主要是研究热现象和能量转换的。
热力学以宏观体系作为自己的研究对象,就 其内容而言,它涉及到热机的效率,能源的利 用,各种物理、化学乃至生命过程的能量转 换,以及这些过程在指定条件下有没有发生 的可能性。 ⑴严密性 ⑵完整性 ⑶普遍性 ⑷精简性
基础课： 高等数学、外语、大学物理
化工热力学-第1章 绪论-36-G概要
28
第一章 绪论
1.6 化工热力学基本概念回顾
系统的宏观性质 强度性质：与构成系统的物质量无关。如：T、P等。 容量性质：与系统中物质量有关。如：V、U、H、S等。
2018/10/25
4
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
“火力提水”
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提
水机,两个蛋形容器交替工作，依靠真空的 吸力汲水。 缺点：汲水深度不超过6米
2018/10/25
5
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关物性间 相互关系的科学
热力学(thermodynamics)：热(thermo)+动力(dynamics）
原始含义：热功相互转化的规律 由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的 广泛使用，如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的 研究课题。
2018/10/25
25
第一章 绪论
1.5 本课程内容及要求
给出 物质 的有 效利 用极 限
第二章流体的PVT关系
（P-V-T，EOS）
（ pyi ˆi v
第五章相平衡
pi si s ri xi）
第三章纯流体的热 力学性质
（EOS+Cp H U S）
第五章化工过程能量 分析
（H，S，W，Ex）
绿色工艺 产品质量好 产品收率高 成本低
20
1.3 化工热力学地位及作用 1.3.2 化工热力学地位 第六级：过程优化
第一章 绪论
1.6 化工热力学基本概念回顾
系统的宏观性质 强度性质：与构成系统的物质量无关。如：T、P等。 容量性质：与系统中物质量有关。如：V、U、H、S等。
2018/10/25
4
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
“火力提水”
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提
水机,两个蛋形容器交替工作，依靠真空的 吸力汲水。 缺点：汲水深度不超过6米
2018/10/25
5
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关物性间 相互关系的科学
热力学(thermodynamics)：热(thermo)+动力(dynamics）
原始含义：热功相互转化的规律 由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的 广泛使用，如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的 研究课题。
2018/10/25
25
第一章 绪论
1.5 本课程内容及要求
给出 物质 的有 效利 用极 限
第二章流体的PVT关系
（P-V-T，EOS）
（ pyi ˆi v
第五章相平衡
pi si s ri xi）
第三章纯流体的热 力学性质
（EOS+Cp H U S）
第五章化工过程能量 分析
（H，S，W，Ex）
绿色工艺 产品质量好 产品收率高 成本低
20
1.3 化工热力学地位及作用 1.3.2 化工热力学地位 第六级：过程优化
化工热力学第一章 绪论
采用对大量宏观现象的直接观察与实验， 总结出具有普遍性的规律。
此研究方法由于可靠性与严密的逻辑性，
容易解决工程中问题，在化学工程中应用广 泛。
例题
绪 论 1.2
23 上一内容 下一内容 回主目录
宏观研究方法的不足之处是由于 不涉及物质的微观结构，从而建立的热 力学宏观理论不能解释微观的本质及其 发生的内部原因。
各自独立的两门学科。对热力学现象的研究 上，它们能起到相辅相成、殊途同归的作用。 例题
实际上，一定条件下大量粒子的群体行为(如
压力、温度、焓、熵等状态函数)就是物质内
部粒子微观运动状态的统计平均值。这两种
绪 不同的研究方法，应用于同一体系，应得出
相同的结论。
论
1.2
27 上一内容 下一内 回主目录
前
言
9 上一内容 下一内容 回主目录
参考书
例题
陈钟秀、顾飞燕 编
“化工热力学 例题与习题 ”
化学工业出版社 1998. 5
前 言
10 上一内容 下一内容 回主目录
化工热力学章节安排
第一章 绪论
第二章 流体P-V-T的关系。主要介绍处理真
实气体P-V-T关系的各种方法
第三章 纯流体的热力学性质。主要介绍真
化工生产中要涉及大量的物质，据不完全的统计，
现有10万种以上无机物以及近400万种有机物，
若再考虑混合物，更不知其数。开发各种状态方 例题
程和与之配套的各种混合规则。
2. 化学工程师开发或设计某一化工过程，首先要解
决的问题是能量的计算，同时对过程中能量的转
化、传递、使用进行质和量的分析。建立于热力 学第一、第二定律基础上的热力学分析为化工过
例题
此研究方法由于可靠性与严密的逻辑性，
容易解决工程中问题，在化学工程中应用广 泛。
例题
绪 论 1.2
23 上一内容 下一内容 回主目录
宏观研究方法的不足之处是由于 不涉及物质的微观结构，从而建立的热 力学宏观理论不能解释微观的本质及其 发生的内部原因。
各自独立的两门学科。对热力学现象的研究 上，它们能起到相辅相成、殊途同归的作用。 例题
实际上，一定条件下大量粒子的群体行为(如
压力、温度、焓、熵等状态函数)就是物质内
部粒子微观运动状态的统计平均值。这两种
绪 不同的研究方法，应用于同一体系，应得出
相同的结论。
论
1.2
27 上一内容 下一内 回主目录
前
言
9 上一内容 下一内容 回主目录
参考书
例题
陈钟秀、顾飞燕 编
“化工热力学 例题与习题 ”
化学工业出版社 1998. 5
前 言
10 上一内容 下一内容 回主目录
化工热力学章节安排
第一章 绪论
第二章 流体P-V-T的关系。主要介绍处理真
实气体P-V-T关系的各种方法
第三章 纯流体的热力学性质。主要介绍真
化工生产中要涉及大量的物质，据不完全的统计，
现有10万种以上无机物以及近400万种有机物，
若再考虑混合物，更不知其数。开发各种状态方 例题
程和与之配套的各种混合规则。
2. 化学工程师开发或设计某一化工过程，首先要解
决的问题是能量的计算，同时对过程中能量的转
化、传递、使用进行质和量的分析。建立于热力 学第一、第二定律基础上的热力学分析为化工过
例题
化工热力学---第1章 绪论_OK
重点
基本概念的理解与掌握
热力学处理各种实际问题的研究方法
各种热力学模型的基本假设及推导
难点
☺化工热力学被戏称为是“焓焓”糊糊“熵”脑筋的学
科。
具体应用中的难点包括：
混合物中组元逸度（系数）、活度（系数）等的计算
多元体系的泡点、露点计算等
27
课程学习要求与措施
（1）要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出了什么
(2)判断过程进行的方向和限度
(3)进行热力学数据与物性数据的研究
(4)研究化工过程能量的有效利用
110 273
30.7%
280 273
110 273
1
4722.0%
450 273
1
1.5 热力学的研究方法
两种：宏观研究法和 微观研究法
利用热力学函数和物质状态之间的关系解决实际问题。
➢ 研究物质状态变化与物质性质之间的关系
➢ 研究物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
25
课程学习的目的
⑴了解并掌握化工热力学的基本内容
⑵提高利用化工热力学的观点和方法来分析和解决化
工生产、工程设计和科学研究中有关实际问题的能
力。
26
重点与难点
• 环境：除体系以外的所有其余部分。
– 隔离体系或孤立体系：体系和环境间没有任何物质或能量交换。
它们不受环境改变的影响。
– 封闭体系：体系和环境间只有能量而无物质的交换。但是这并不
意味着体系不能因有化学反应发生而改变其组成。而有化学反应
结论。
（2）要掌握化工热力学的研究方法。
（3）着重于基本概念的理解，对重要的公式加以推导；注
基本概念的理解与掌握
热力学处理各种实际问题的研究方法
各种热力学模型的基本假设及推导
难点
☺化工热力学被戏称为是“焓焓”糊糊“熵”脑筋的学
科。
具体应用中的难点包括：
混合物中组元逸度（系数）、活度（系数）等的计算
多元体系的泡点、露点计算等
27
课程学习要求与措施
（1）要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出了什么
(2)判断过程进行的方向和限度
(3)进行热力学数据与物性数据的研究
(4)研究化工过程能量的有效利用
110 273
30.7%
280 273
110 273
1
4722.0%
450 273
1
1.5 热力学的研究方法
两种：宏观研究法和 微观研究法
利用热力学函数和物质状态之间的关系解决实际问题。
➢ 研究物质状态变化与物质性质之间的关系
➢ 研究物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
25
课程学习的目的
⑴了解并掌握化工热力学的基本内容
⑵提高利用化工热力学的观点和方法来分析和解决化
工生产、工程设计和科学研究中有关实际问题的能
力。
26
重点与难点
• 环境：除体系以外的所有其余部分。
– 隔离体系或孤立体系：体系和环境间没有任何物质或能量交换。
它们不受环境改变的影响。
– 封闭体系：体系和环境间只有能量而无物质的交换。但是这并不
意味着体系不能因有化学反应发生而改变其组成。而有化学反应
结论。
（2）要掌握化工热力学的研究方法。
（3）着重于基本概念的理解，对重要的公式加以推导；注
化工热力学绪论要点
5.想得到1 000 mL 60℃的热水，可用2种办法来获得：(1)取
1 000 mL水直接加热到60℃；(2)取一定量的水加热到100℃，
再与一定量的常温水混合得到l 000 mL60 的热水．哪种方法
更加节能？
2018/10/7 2
Shanghai university
反应物 A
+
反应物 B
产物C或D或E？
可行性问题：A和B 作用，能否得到目标 产物C？需要什么分 离条件？ 解决方法：化工热力 0 学——用GT , p 判 断
2018/10/7
化学平衡问题：什么工艺条件 下目标产物C的产率最高？ 解决方法：化工热力学——用 GT , p 判断 0
5
Shanghai university
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
上海大学环境与化学 工程学院化工系
2018/10/7
1
Shanghai university
1.水变油？
2.为什么在冬天，液化气钢瓶中还有较多液体却不能点燃？
3.节能是和谐社会所倡导的重要理念，但节能的实质与依据是 什么？ 4.从天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超临界萃取技 术，萃取剂为何常选用CO2？
2.分离问题 A和B 含A、B、C、D、 E 的混合物 纯C D和E
进一步参加反应
所需产品 副产物
怎样分离，才能得到纯物质C?
相平衡
能量的有效利用
2018/10/7
6
Shanghai university
三、化工热力学的任务与内容
单相系 统相平衡
物性研究： 密度、热容、焓、 熵、逸度系数、活 度系数
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
EXPLANATION
关于学习： ： （1）及时出席、课堂认真做记录、按时完成作业 ） 出席、 真做记录、 完成作业 记录 ）（平 之一） （2）每周交一次作业（周五）（平时成绩之一） ） 周交一次作业 周五）（ 出席情况（ 之一） （3）抽查出席情况（平时成绩之一） ） 堂不讲话 问题尽量 讲话， 尽量课 （4）课堂纪律： 课堂不讲话，问题尽量课下讨论 ） 傅玉普等， （5）教材：物理化学（四），傅玉普等，大连理工大学 ）教材：物理化学（ ），傅玉普等 （6）如何学习物理化学 ）如何学习 • 注重基本概念、基本原理、基本数学公式 注重基本概念、基本原理、 • 课前预习，课上认真听讲，课上、课下及时练习 预习， 真听讲 下及时练习 • 理论联系实际 论联系 • 抓住重点，举一反三 抓住重点，
功：
体系与环境间除因温度差以外引起的能量交换， 体系与环境间除因温度差以外引起的能量交换，用W表示
热力学规定： 热力学规定：
W ＋ 环 对 系 功 即 系 到 境 体 做 ， 体 得 功 － 体 对 境 功 即 系 去 系 环 做 ， 体 失 功
化学热力学－－ －－基本概念和术语 第一章 化学热力学－－基本概念和术语
绪论（ 绪论（INTRUDUCTION） ）
物理化学（ 物理化学（Physical Chemistry） ）
1. 概念（definition） 概念（ ） 从物理变化与化学变化的联系入手， 从物理变化与化学变化的联系入手，大量运用物 理学的理论和手段研究化学变化的基本规律 2. 发展（development） 发展（ ） 1876年，莱比锡，物理化学杂志创办 年 莱比锡， 3. 学科刊物（journal） 学科刊物（ ） 北京大学） （1）物理化学 （北京大学） ） （2） Journal of Physical Chemistry （USA） ） ） （3） Journal of Chemical Physics （USA） ） ）
化学热力学－－－ －－－基本概念和术语 第一章 化学热力学－－－基本概念和术语
3. 体系的性质和状态函数的种类
（1）体系的性质（state properties)： 体系的性质（ properties)： 广度性质（ properties）： 广度性质（extensive properties）： 与体系中物质的量成正比， 与体系中物质的量成正比，具有加和性质 强度性质（ properties）： 强度性质（intensive properties）： 与体系中物质的量无关， 与体系中物质的量无关，无加和性质 （2）状态函数的种类 广度性质的状态函数： 广度性质的状态函数： 如：V 强度性质的状态函数： 如：P 强度性质的状态函数： （3）确定体系状态必须的物理量 确定体系的一个状态， 确定体系的一个状态，至少需要几个状态函数 单组分体系： 单组分体系：2个 多组分体系： +（ 多组分体系：2 +（n－1） n：体系的组分数
第一章 化学热力学
二、基本概念和术语
1. 体系与环境
体系： (system） (system） 体系：研究的对象 环境：与体系相联系的其它部分（environment，surrounding） 环境：与体系相联系的其它部分（environment，surrounding） 说明： 说明： （1）体系与环境的划分，根据研究的具体问题人为划定 体系与环境的划分， 体系与环境可以是实际的， （2）体系与环境可以是实际的，也可以是抽象的 （3）体系与环境之间的关系：能量交换和物质交换 体系与环境之间的关系： 体系的种类： （4）体系的种类： 能量交换 封闭体系：体系与环境间只有能量 封闭体系：体系与环境间只有能量交换 敞开体系：体系与环境间有能量和物质 能量和物质交换 敞开体系：体系与环境间有能量和物质交换 孤立体系：体系与环境间无能量和物质 无能量和物质交换 孤立体系：体系与环境间无能量和物质交换 封闭体系＋环境＝ 封闭体系＋环境＝孤立体系
物理化学
Physical Chemistry
刘 秉 新
上海大学理学院化学系
INTRODUCE
Name: Bingxin Liu, 刘秉新（リュウ へい シン 刘秉新（ シン) Education: Bachelor：Liaoning Normal University(82-86) ： Master: Northwest Normal University(86-89) Doctor: Shizuoka University(98-02) PostDoctor: Zhejiang University(03-05) Company: niversity, Science college, Shanghai university, Worker Email: r5744011@
化学热力学－－－ －－－基本概念和术语 第一章 化ork） work）
热： 体系与环境间因温度差而引起的 能量交换， 能量交换，用Q表示
热力学规定： 热力学规定：
＋ 体系吸热，即体系得到热 Q － 体系放热，即体系失去热
体系
环境
关于热和功的说明
1， 热为途径函数，微小改变量为：δQ 2， 热的单位：能量单位：J、kJ 热Q 3， 热与热量 热的多少（数量） 4， 热的形式：反应热、蒸发热、溶解热等
1， 2， 功W 3， 4， 功为 途径 函数， 微小 改变 量为： W δ 功 的单 位： 能量单 位： 、kJ J 功 体积 功的 形式 功， 电功 、表面 功等 非体积 PdV δW＝－ e 体积 功的 计算 W＝ － e ∫ PdV
绪论（ 绪论（INTRUDUCTION） ）
4. 物理化学的主要任务 • （1）研究化学反应进行的方向和限度 ）
•
化学热力学
• （2）研究化学反应进行的速率和机理 ）
•
化学动力学
• （3）研究物质的结构和性能的关系 ）
• 结构化学
碳的三种结构
1. 金刚石 结构： 结构：正四面体 性质： 性质：坚硬 2. 石墨 结构： 结构：层状结构 性质： 性质：导电 3. 球碳 C60、C70等 C60 结构：五员环12，六员环20 结构：五员环 ，六员环 性质： 性质：
碳的三种结构 c，C60
a，金刚石 b ，石墨
物理化学研究领域
• 1. 物理化学
热力学、动力学、电化学、胶体化学、 热力学、动力学、电化学、胶体化学、表面化学
• 2. 结构化学、物质结构 结构化学、 • 3. 量子化学 • 4. 电化学
电化学原理、电化学技术、 电化学原理、电化学技术、电化学测试等
下一次内容
化学热力学
• 2. 化学动力学
宏观研究方法： 宏观研究方法：研究大量粒子集合体的反应 微观研究方法： 微观研究方法：研究单个或几个粒子间的的反应
• 3. 结构化学
微观研究方法： 微观研究方法：对个别单个粒子的微观性质进行研究
第一章 化学热力学 Chemical Thermodynamics
一、化学热力学的基础－－热力学 化学热力学的基础－－热力学 －－
1. 热力学 （thermodynamics） ） 研究各种能量相互转换过程所遵循的规律 2. 热力学研究内容：热力学三定律 热力学研究内容： 热力学第一定律： 热力学第一定律：能量守恒定律 热力学第二定律： 热力学第二定律：热机效率 热力学第三定律： 热力学第三定律：热力学熵 3. 热力学方法的特点： 热力学方法的特点： （1）化学热力学研究对象：大量粒子（原子、分子等） ）化学热力学研究对象：大量粒子（原子、分子等） 构成的宏观体系 （2）统计热力学研究对象：物质的微观结构及个别质点 ）统计热力学研究对象： 的行为
EXPLANATION
关于课程： ： 学分： 分 1. 学分：5分 2. 时间：周一：5－6 （单） ，周三：1－2，周五：5－6 时间：周一： － 周三： － ，周五： － 测验： 3. 评价：平时：10~20％， 期末测验：90~80％ （闭卷） ％， 期末测验 ％ 于教学： 关于教学： （1）方式：多媒体 ）方式： （2）内容： ）内容： 物理化学的基本原理及其应 尽量多举 的例子） 物理化学的基本原理及其应用（尽量多举相关的例子） （3）改进 ） 1. 自身的提高 2. 大家的反馈 大家的反馈
化学热力学－－－ －－－基本概念和术语 第一章 化学热力学－－－基本概念和术语
2. 状态与状态函数
（1）状态（state）： 状态（state）： 体系的物理性质和化学性质的综合表现 状态函数（ function) （2）状态函数（state function)： 描述体系物理性质和化学性质的物理量 温度（ ）、压力 压力（ ）、体积 体积（ ）、物质的量 物质的量（ 温度（T）、压力（P）、体积（V）、物质的量（n）等 说明： 说明： 状态与状态函数的关系： （1）状态与状态函数的关系： 一一对应 状态函数的特点： （2）状态函数的特点： a. 状态函数的改变量只与体系的始末状态有关，与具体变化 状态函数的改变量只与体系的始末状态有关， 途径无关 b. 在数学上，状态函数的微小改变量用全微分表示，并且是 在数学上，状态函数的微小改变量用全微分表示， 可积分的
• 5. 统计热力学 • 6. 胶体化学 • 7. 表面化学
物理化学研究基础
• 1. 化学基础
无机化学、 无机化学、有机化学
• 2. 物理基础
• 物质变化过程
• 3. 数学基础
• 基本微积分、计算能力 基本微积分、
物理化学研究方法
• 1. 化学热力学
宏观研究方法： 宏观研究方法：对大量粒子集合体进行研究 微观研究方法： 微观研究方法：对个别单个粒子的性质进行研究