热力学第一定律PPT课件
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热学课件 第2章 热力学第一定律
C Q
dT
常用的热容量是
① 定容热容量 Cv和定压热容量 Cp
Cv
Q
dT
v
Cp
Q
dT
p
②比热容 c：单位质量的热容量 . 单位: J mg1K 1
③摩尔热容 Cm ：1 mol物质的热容. 单位: J mol1K 1
由此，系统在某一变化（n）过程中其传递热量则为
Qn
Tf Ti
CndT
由 PV RT
微分得：
p p1 １
p2 0Ｖ
1
PdV VdP RdT (1)
２
ＶＶ
2
对理想气体准静态绝热过程，根据笫一定律，有
Q dU - W CV ,mdT pdV 0 (2)
(1), (2)联立, 消去dT
绝热指数:
(CV ,m R) dV dp 0
CV ,m
V
p
C p,m CV ,m R
)T
V
( dp dV
)Q
p V
p p T
Q
0
>1, 绝热线比等温线陡.（为什么？）
A
等温线
绝热线
C
B
V
VV
1
2
归纳：多方过程的一般表示
对于一摩尔理想气体所进行的任一微小过程 , 有
dU CV ,mdT
Q CmdT 和 W pdV 代入热力学第一定律 Q dU pdV
得 (Cm Cv,m )dT pdV
U U (T ) --焦耳定律
实际上，焦耳实验及其得出焦耳定律对理想气体来说，作为 理想气体的定义条件是严格成立的。但对于实际气体，它的成 立不仅道理上无法接受，而且实验本身也是存在问题的。
热力学第一定律1完整ppt课件
南京大学精品课程 物理化学→ 网络课程→辅导答疑→第几章→
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3
物理化学电子教案—第二章
ΔU=Q+W
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4
第二章热力学第一定律
2.1基本概念及术语 2.2热力学第一定律 2.3恒容热、恒压热及焓 2.4摩尔热容 2.5相变焓 2.7.化学反应焓 2.8标准摩尔反应焓的计算 2.10可逆过程与可逆体积功 2.11节流膨胀与焦耳-汤姆逊实验
物理化学
主讲： 化学学院 周建敏
祝大家学习愉快，天天进步！
联系电话:
短号：69779 办电：2923571 宅电：2981088
电子邮箱: mmczjm@
QQ: 530018104
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1
热力学第一定律
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2
物理化学
/jingpin/wlhx/index.htm
（ⅲ）定容过程 V1=V2 （iv ）绝热过程 Q＝0
气体 真空
（v）循环过程 所有状态函数改变量为零
(vi) 对抗恒定外压过程 pamb＝常数。
(vii)自由膨胀过程(向真空膨胀过程)。Pamb=0
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17
§2.1- 4功和热
功由于系统与环境间除热外而引起的能量传递形式。 用符号W 表示。单位：J KJ
环境对系统作功 W ＞0；系统对环境作功W ＜0
注意： W与变化的过程有关， W是途径函数,不能以全微
分表示,微小变化过程的功,不能用dW，用δW 表示
体积功 系统因体积变化时与环境传递的功；
功 非体积功
体积功以外的其它功, 以W' 表示 ,如,
电功,表面功等。
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3
物理化学电子教案—第二章
ΔU=Q+W
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4
第二章热力学第一定律
2.1基本概念及术语 2.2热力学第一定律 2.3恒容热、恒压热及焓 2.4摩尔热容 2.5相变焓 2.7.化学反应焓 2.8标准摩尔反应焓的计算 2.10可逆过程与可逆体积功 2.11节流膨胀与焦耳-汤姆逊实验
物理化学
主讲： 化学学院 周建敏
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热力学第一定律
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2
物理化学
/jingpin/wlhx/index.htm
（ⅲ）定容过程 V1=V2 （iv ）绝热过程 Q＝0
气体 真空
（v）循环过程 所有状态函数改变量为零
(vi) 对抗恒定外压过程 pamb＝常数。
(vii)自由膨胀过程(向真空膨胀过程)。Pamb=0
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§2.1- 4功和热
功由于系统与环境间除热外而引起的能量传递形式。 用符号W 表示。单位：J KJ
环境对系统作功 W ＞0；系统对环境作功W ＜0
注意： W与变化的过程有关， W是途径函数,不能以全微
分表示,微小变化过程的功,不能用dW，用δW 表示
体积功 系统因体积变化时与环境传递的功；
功 非体积功
体积功以外的其它功, 以W' 表示 ,如,
电功,表面功等。
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(精品)工程热力学课件：热力学第一定律
恒定流量
流过系统任何断面的质量相等
m1 m2 m
恒定参数
进入的能量与离开的能量相等
dEcv 0
开口系统稳态稳流能量方程
dEcv
Q
(h1
1 2
c12
gz1) m1
(h2
1 2
c22
gz2 ) m2
Ws
稳态稳流 m1 m2 m
dEcv 0
Q
(h2
1 2
c22
gz2
)
m
(h1
( Q W ) ( Q W ) 0
1b 2
2 c1
( Q W ) ( Q W )
1a 2
1b 2
p1
b
a c
2
V
与路径无关
用dU表示
是某状态函数的全微分
热力学能的物理意义
dU = Q - W
Q
W
dU 代表某微元过程中系统通过边界交换 的微热量与微功量两者之差值，也即系统内 部能量的变化。
气轮机 1.5MPa 320℃
0.6m3
例题
大储气罐蒸汽状态稳定，管道
气轮机
内的蒸汽量可忽略。 绝热，忽略动、位能，没有质
1.5MPa 320℃
0.6m3
量流出。
dEcv
Q
(h1
1 2
c12
gz1) m1
(h2
1 2
c22
gz2 ) m2
Ws
2
2
2
1 dEcv 1 h1 m1 1 Ws
Q
2
可逆过程的技术功
w ( pv) wt
w d ( pv) wt
可逆过程 pdv d ( pv) wt
热力学第一定律ppt
热力学第一定律ppt引言热力学第一定律是热力学中的基本定律之一。
它表明了能量的守恒原理，也被称为能量守恒定律。
热力学第一定律对于理解能量转化和能量守恒的过程至关重要，应用广泛。
热力学第一定律的表述热力学第一定律可以用如下方式表述：在孤立系统中，能量的增量等于对外界做功和系统热量的和。
这个表述可以用以下数学公式表示：ΔE = Q - W其中，ΔE表示能量的增量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
能量转化示意图为了更好地理解热力学第一定律，我们可以通过一个能量转化示意图来说明。
能量转化示意图能量转化示意图在这个示意图中，输入的能量被系统吸收，一部分能量被转化为系统内能的增加（热量），一部分能量被系统用于对外做功。
根据热力学第一定律，系统吸收的热量和对外做的功加起来等于能量的增量。
热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程和科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些具体的应用：热力学循环分析热力学第一定律用于分析各种热力学循环，如卡诺循环和热力学循环。
通过应用热力学第一定律，我们可以确定循环中的能量转化效率、功率输出等参数。
能量守恒分析热力学第一定律可以应用于能量守恒的分析，例如分析能源系统中的能量损失和能量转化过程。
通过分析系统的能量转化过程，我们可以找出能量损失的原因，并采取措施来提高能源利用效率。
温度变化分析热力学第一定律可以用来分析物质的温度变化。
根据热力学第一定律，物质的内能增加会导致温度升高，而内能减少则会导致温度降低。
因此，可以通过热力学第一定律来研究物质的显热效应和隐热效应。
结论热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，它表明了能量的守恒原理。
通过应用热力学第一定律，我们可以分析能量的转化过程，研究能源系统的能量损失和能量转化效率，并进一步提高能源利用效率。
热力学第一定律在工程和科学研究中有着广泛的应用，对于理解能量转化和能量守恒的过程起到了重要的作用。
化工热力学第四章热力学第一定律及其应用课件
400
2.0
23.80J mol 1K 1
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
熵变为正值。对于绝热过程，环境没有熵变，因而孤立体系 熵变也为正值，这表明节流过程是不可逆的。此例说明，第三章 的普遍化关联法也可以应用于节流过程的计算。
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
例 4—3 300℃、4.5 MPa乙烯气流在透平机中绝热膨胀到 0.2MPa。试求绝热、可逆膨胀（即等熵膨胀）过程产出的轴功。 （a）用理想气体方程；（b）用普遍化关联法，计算乙烯的热
即：
能入 能出 能存
封闭体系非流动过程的热力学第一定律：
U Q W
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用 第一节
§4-2 开系流动过程的能量平衡
开系的特点： ① 体系与环境有物质的交换。 ② 除有热功交换外，还包括物流输入和 输出携带能量。
开系的划分： ➢ 可以是化工生产中的一台或几台设备。 ➢ 可以是一个过程或几个过程。 ➢ 可以是一个化工厂。
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
例 4—2 丙烷气体在2MPa、400K时稳流经过某节流装置后 减压至0.1MPa。试求丙烷节流后的温度与节流过程的熵变。
[解] 对于等焓过程，式（3—48）可写成
H
CP T2 T1
H
R 2
H1R
0
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
已知终压为0.1MPa，假定此状态下丙烷为理想气体，
S
C* pms
ln T2 T1
R ln
P2 P1
S1R
因为温度变化很小 ，可以用
C* pms
C* pmh
92.734J
mol 1
热力学第一定律 能量守恒定律 课件 (共22张PPT)
规律方法——应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
ppt热力学第一定律
dH d(U pV ) dU pdV Vdp
系统由始态到末态旳焓变
H U ( pV )4. Q来自 U ，Qp H 两关系式旳意义
特定条件下，不同途径旳热已经分别与过 程旳热力学能变、焓变相等，故不同途径旳恒 容热相等，不同途径旳恒压热相等，而不再与 途径有关。
把特殊过程旳过程量和状态量联络起来。
状态函数旳特征可描述为：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旳性质。
（2） 广度量和强度量 用宏观可测性质来描述系统旳热力学状态，
故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：
广度性质（extensive properties）又称为容量性 质，它旳数值与系统旳物质旳量成正比，如体积、 质量、熵等。这种性质有加和性。
系统始态为a压力为pa；末态为z压力为pz，
pz＝1/5pa 。
可逆过程系统对环境做最大功（相反过 程环境对系统作最小功）。
3.理想气体恒温可逆过程
可逆过程,外压和内压相差无穷小
δWr
pdV ,Wr
V2 V1
pdV
理想气体恒温膨胀,则
Wr
nRT
V2 V1
dV V
nRTlnV2 V1
物理化学
第二章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
学习要求：
了解热力学基本概念、热力学能和焓旳定 义；掌握热力学第一定律旳文字表述及数 学表述。 了解热与功旳概念并掌握其正、负号旳要 求；掌握体积功计算，同步了解可逆过程 旳意义特点。 要点掌握利用热力学数据计算在单纯pVT 变化、相变化、化学变化过程中系统旳热 力学能变、焓变以及过程热和体积功。
( H p
热力学第一定律PPT课件
解：
取杜瓦瓶及其中的物
质为系统，Q 0
例：绝热容器中盛有水，另有电源对浸于水中的电 热丝通电，见图。选取（1）水为系统；（2）水与 电热丝一起为系统，问 Q 0,Q 0,Q 0 ； W 0,W 0,W 0 解：
（1）取水为系统，则 系统边界是绝热壁及水 与电热丝交界处
Q 0, W 0
Qp ΔH
def
H U pV
dH dU d pV
dQp dH
不做非体积功时，恒压热等于系统焓的变化， 它只决定于系统的初终态
恒压过程的几点说明：
1 恒压过程只要求外压维持恒定，并且体系的初末 态压强等于外压，即可得到不做非体积功时，恒压 热等于焓变。
2 dQp dH 指的是一个微小恒压过程，并不是指 一个恒压过程中间的一个微元，因为实际过程的中
◆ 恒压(isobaric)过程——p1=p2 =p外 且p外维 持恒定
封闭系统 不做非体积功 恒压过程
Qp DU W DU p外(V2 V1 ) U2 U1 ( p2V2 p1V1 ) (U2 p2V2 ) (U1 p1V1 )
定义：焓 (enthalpy)H
DH DU D pV
（2）取水与电热丝一起为系统，则 Q 0, W 0
2.热力学第一定律(the first law of
thermodynamics)
W Q △U
U1
U2
△U = Q + W
以传热和做功的形式传递的能量，必定等于 系统热力学能的变化
△U = Q + W
◆ 一个过程的热和功 的代数和等于系统状态 函数U的变化，与途径 选择无关；
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
取杜瓦瓶及其中的物
质为系统，Q 0
例：绝热容器中盛有水，另有电源对浸于水中的电 热丝通电，见图。选取（1）水为系统；（2）水与 电热丝一起为系统，问 Q 0,Q 0,Q 0 ； W 0,W 0,W 0 解：
（1）取水为系统，则 系统边界是绝热壁及水 与电热丝交界处
Q 0, W 0
Qp ΔH
def
H U pV
dH dU d pV
dQp dH
不做非体积功时，恒压热等于系统焓的变化， 它只决定于系统的初终态
恒压过程的几点说明：
1 恒压过程只要求外压维持恒定，并且体系的初末 态压强等于外压，即可得到不做非体积功时，恒压 热等于焓变。
2 dQp dH 指的是一个微小恒压过程，并不是指 一个恒压过程中间的一个微元，因为实际过程的中
◆ 恒压(isobaric)过程——p1=p2 =p外 且p外维 持恒定
封闭系统 不做非体积功 恒压过程
Qp DU W DU p外(V2 V1 ) U2 U1 ( p2V2 p1V1 ) (U2 p2V2 ) (U1 p1V1 )
定义：焓 (enthalpy)H
DH DU D pV
（2）取水与电热丝一起为系统，则 Q 0, W 0
2.热力学第一定律(the first law of
thermodynamics)
W Q △U
U1
U2
△U = Q + W
以传热和做功的形式传递的能量，必定等于 系统热力学能的变化
△U = Q + W
◆ 一个过程的热和功 的代数和等于系统状态 函数U的变化，与途径 选择无关；
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
热力学第一定律ppt课件
变式训练
【例题】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2 ×105J。问： ①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？ ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过 程做功情况怎样？
解：①根据ΔU = W + Q 得 W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。 ②同理可得：W＇=ΔU＇－ Q＇=1.6 ×105J － 2.6×105J= － 1.0×105J W为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
汽缸内有一定质量的气体，压缩气 体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的 变化会比单一方式（做功或传热）更明显。 这是为什么呢？
压缩气体，内能增大，给气体加热内能也 是增大。两者叠加所以就更明显。
一方面表明，以不同的方式对系统做功时，
只要系统始末两个状态是确定的，做功的数量就
是确定的；
单纯地对系统做功做功： ΔU=W 焦
分析： ①确定研究对象：汽缸中的气体。
②明确气体状态变化过程。
③正确选取W与Q的正负。
解析：
（2）气体膨胀过程中气体（系统）对外界所做功，W是负值：
W2= F2L2=-9×10²×0.1 J =-900 J
系统向外放热：Q=-30J
气体内能的变化量：ΔU2= W2＋Q2=-900 J - 30J =-930 J
【例题】如图，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m， 这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同 距离所做的功（图甲）。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传 递给汽缸的热量为25J。 ⑵燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1m，其做的功相当于9×103N的 恒力使活塞移动相同距离所做的功（图乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J， 求此做功过程气体内能的变化量。
热力学第一定律 ppt课件
有用功(此即著名的卡诺定理),且该热机效率与工作物
热力学第一定律
9
质无关,仅与热源温度有关,从而为热机的研究工作确定了
3.2.1热机
热机是指把持续将热转化为功的机械装置,热机中应用 最为广泛的是蒸汽机。一个热机至少应包含以下三个组成 部分:循环工作物质;两个或两个以上的温度不同的热源,使 工作物质从高温热源吸热,向低温热源放热;对外做功的机 置。热机的简化工作原理图如图1所示。
人们一直在为提高热机的效率而努力,在摸索中对蒸汽 机等热机的结构不断进行各种尝试和改进,尽量减少漏气、 散热和摩擦等因素的影响,但热机效率的提高依旧很微弱。 这就不由得让人们产生疑问:提高热机效率的关键是什么? 热机效率的提高有没有一个限度?
1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方 案和基本结构,根据热机的基本工作过程,研究了一种理想 热机的效率,这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限 度地用来对外做
热力学第一定律
5
2.2数学表达式 2.2.1内能定理
将能量守恒与转换定律应用于热效应就是热力学 第一定律，但是能量守恒与转化定律仅是一种思想， 它的发展应借助于数学。马克思讲过，一门科学只 有达到了能成功地运用数学时，才算真正发展了。 另外，数学还可给人以公理化方法，即选用少数概 念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点，层 层推论，建成一个严密的体系。热力学也理应这样 的发展起来。所以下一步应该建立热力学第一定律 的数学表达式。第一定律描述功与热量之间的相互 转化，功和热量都不是系统状态的函数，我们应该 找到一个量纲也是能量的，与系统状态有关的函数 热（力学第即一定律态函数），把它与功和6 热量联系起来，由此说
热力学第同一定律数量上不同比例的配合,与我3 国的五行说十分相似。但是人
热力学第一定律PPT课件
• ②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？ 变化了多少？
• 如果外界既没有对物体做功，物体也没 有对外界做功，那么物体吸收了多少热 量，它的内能就增加多少，物体放出了 多少热量，它的内能就减少多少.
.
8
3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传 递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及 做的功Ｗ之间又有什么关系呢？
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变， 但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情 况怎样？
解：①根据ΔU = W + Q 得
W解=：Δ②U 同－理Q可=得4.2：×W10＇5=JΔ－U ＇－2.6Q×1＇=051J=.61×.61×051J0－5J
W2.为6×正10值= －外界1.0对×气10体5J做W功为，负做值了，1.6说×明10气5J 体的对功外。
对外
（物体对外 界做功）
吸热
（物体从外 界吸热）
放热
（物体对外 界放热）
内能增加 内能减少 内能增加
.
内能减少
6
既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么，功、 热量跟内能的改变之间一定有某种联系，我们就来研究 这个问题.
• 1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热 量，那么：
• ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？ 变化了多少？
分子力作功,所以分子有势能.
• 分子的势能与物体的体积变化有关.
• 内能 物体中所有分子动能和势能的总和叫物体的内能
• 由于分子的动能跟温度有关,分子的势能跟体积有关,因此, 物体的内能跟温度和体积都有关.
• 温度高内能大,体积变化内能变化.
.
5
四.热力学第一定律
改变内能的两种方式
做功
• 如果外界既没有对物体做功，物体也没 有对外界做功，那么物体吸收了多少热 量，它的内能就增加多少，物体放出了 多少热量，它的内能就减少多少.
.
8
3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传 递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及 做的功Ｗ之间又有什么关系呢？
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变， 但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情 况怎样？
解：①根据ΔU = W + Q 得
W解=：Δ②U 同－理Q可=得4.2：×W10＇5=JΔ－U ＇－2.6Q×1＇=051J=.61×.61×051J0－5J
W2.为6×正10值= －外界1.0对×气10体5J做W功为，负做值了，1.6说×明10气5J 体的对功外。
对外
（物体对外 界做功）
吸热
（物体从外 界吸热）
放热
（物体对外 界放热）
内能增加 内能减少 内能增加
.
内能减少
6
既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么，功、 热量跟内能的改变之间一定有某种联系，我们就来研究 这个问题.
• 1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热 量，那么：
• ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？ 变化了多少？
分子力作功,所以分子有势能.
• 分子的势能与物体的体积变化有关.
• 内能 物体中所有分子动能和势能的总和叫物体的内能
• 由于分子的动能跟温度有关,分子的势能跟体积有关,因此, 物体的内能跟温度和体积都有关.
• 温度高内能大,体积变化内能变化.
.
5
四.热力学第一定律
改变内能的两种方式
做功
第五章 热力学第一定律与热化学.ppt
标准状态： 标准状态： 固体的标准状态：指定温度下， 压力为P （1）固体的标准状态：指定温度下， 压力为P θ 的纯固体 液体的标准状态：指定温度下，压力为P （2）液体的标准状态：指定温度下，压力为P θ的纯液体 对于水合离子：指定温度下，压力为P 水合离子（ （3）对于水合离子：指定温度下，压力为P θ时，水合离子（溶 液中溶质）的浓度为1mol/L 液中溶质）的浓度为1mol/L （3）气体的标准状态：指定温度下，各气态物质的分压均为P θ 气体的标准状态：指定温度下，各气态物质的分压均为P P θ=100kPa
∆r H
m ,1
= a∆r H
D M+N 2D
m ,1
m ,2
+ b∆r H
m ,3
例：A+B A+B 2M+2N
（1） （2） （3）
m ,2
因为：（1）=（2）+ 1/2（3） 故：
∆r H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
= ∆r H
+1/ 2∆r H
m ,3
例：p154 5.9
5.5 反应焓变的计算 5.5.1 标准状态
formation mol
在标准状态下，由最稳定的纯态单质生 标准状态下 最稳定的纯态单质生 1mol某物质的焓变称为该物质的标准摩尔 成1mol某物质的焓变称为该物质的标准摩尔 生成焓，单位:kJ.mol 生成焓，单位:kJ.mol-1 。 <0，放热； >0，吸热。 Δf Hmθ<0，放热； Δf Hmθ>0，吸热。
体积功可以用力与 力作用下产生的位 移的乘积来计算。 移的乘积来计算。
= − p ⋅ A⋅ l = − p(V2 −V ) 1 = − p ⋅ ∆V
∆r H
m ,1
= a∆r H
D M+N 2D
m ,1
m ,2
+ b∆r H
m ,3
例：A+B A+B 2M+2N
（1） （2） （3）
m ,2
因为：（1）=（2）+ 1/2（3） 故：
∆r H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
= ∆r H
+1/ 2∆r H
m ,3
例：p154 5.9
5.5 反应焓变的计算 5.5.1 标准状态
formation mol
在标准状态下，由最稳定的纯态单质生 标准状态下 最稳定的纯态单质生 1mol某物质的焓变称为该物质的标准摩尔 成1mol某物质的焓变称为该物质的标准摩尔 生成焓，单位:kJ.mol 生成焓，单位:kJ.mol-1 。 <0，放热； >0，吸热。 Δf Hmθ<0，放热； Δf Hmθ>0，吸热。
体积功可以用力与 力作用下产生的位 移的乘积来计算。 移的乘积来计算。
= − p ⋅ A⋅ l = − p(V2 −V ) 1 = − p ⋅ ∆V
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始态
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3 T2 = 273.15 K
终态
常见的热力学过程：教材P. 8 等温、等压、等容、绝热、循环过程
循环过程：始、终态相同，系统状态函数变化为零。
Δp = 0 ΔV = 0 ΔT = 0
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
状态函数：由系统状态所确定的各种热力学性质 （p、V、T、d、m、U）。
状态函数的特性：教材P. 7
练习题
1、判断下列说法是否正确？ ① 状态固定后状态函数都固定，反之亦然。 ② 状态改变后，状态函数一定都改变。
2、什么是状态函数？它有哪些基本特性？
热 力
p V
学
T
H = U + pV
状
U
F = U – TS
热：系统与环境之间由于存在温度差而传递的 能量。
热具有能量的量纲，单位：J，符号：Q 规定：系统吸热，Q > 0；系统放热，Q < 0
注意：热不是状态函数，热与过程变化的途径有 关（称作途径函数）。微小量的热以δQ表 示（不表示为dQ ）。
功：系统与环境间除热外，以其它形式传递的能量。 功的单位：J，符号：W 规定：环境对系统作功，W > 0；系统对环境作功，
pedV
0
2、恒定外压（pe = 常数）膨胀或压缩： (1) 一次膨胀或压缩
一、体积功
因系统的体积变化而引起的系统与 环境之间交换的功。
δW Fdl pe Adl pedV
W
V2 V1
pedV
注意：不论系统膨胀或压缩，体积功
都用-pedV表示。 教材P. 10 例1-1
二、功与过程
1、自由膨胀（向真空膨胀，pe = 0）：
W
V2 V1
四、状态函数与状态方程
（state function and state equations）
状态：系统各种性质的综合表现。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
状态1
状态2
W<0
注意：功是过程量，与变化的途径有关（不是状态 函数）。微小量的功用δW表示。
功的分类：体积功（W）、非体积功（W΄）。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
——能量守恒与转化定律 1、自然界的一切物质都具有能量，能量有各种 不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式， 在转化中，能量的总数不变。
态
H
函
S
G = H - TS
数
பைடு நூலகம்
F
G
状态方程： 状态函数之间的定量关系式。
理想气体状态方程： pV = nRT
范德华方程（实际气体）： (p + n2a/V2)(V - nb) = nRT
五、过程与途径（process and path）
过程：系统状态发生的变化称为过程。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3 T1 = 273.15 K
2、第一类永动机是造不成的。
二、热力学能（thermodynamic energy）
热力学能（内能），是系统中物质的所有能量的总和。 符号：U，单位：J（kJ）。 U = ε分子平动能 + ε转动能 + ε振动能 + ε势能 + ε原子 + …
U是状态函数，是系统的广度性质。 对于封闭系统：U = f(T, V)
dU U dT U dV
T V
V T
三、热力学第一定律的数学表达式
ΔU = U2 - U1 = Q + W 微小表化：dU = δQ + δW 封闭系统的循环过程：ΔU = 0，Q = -W 孤立系统：ΔU = 0，Q = -W = 0
第四节 可逆过程与体积功
系统：人为划定的研究对象。 环境：与体系密切相关的部分。
空气、水蒸气
杯子 水
加热器
系统分类： ① 敞开系统（或开放系统） ② 封闭系统 ③孤立系统（或隔离系统）
Zn(s) + 2HCl(aq) = ZnCl2(aq) + H2(g)
二、系统的性质（properties）
描述系统状态的物理量（体积、压力、温度等）。
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
p3 = 50662.5Pa V3 = 22.4 dm3
T3 = 136.58 K
其它过程：可逆、自发、相变、化学变化过程。
H2O(l,373 K, p ) H2O(g,373 K, p ) aA dD gG hH
研究化学变化、物理变化的热效应、方向和限度。
应用：药物合成，产率确定，药物有效成分的提取、 分离。
三、热力学的方法和局限性
① 优点：解决问题方便，只需知道体系的始、末态 及外界条件。
② 局限性：无法解释微观（原子、分子）体系的行 为，无法预测过程进行的速率和机理。
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境（system and surroundings）
热力学第一定律
第一节 热力学概论
一、热力学研究的基本内容
——研究宏观物质间的关系。讨论物理、化学、 生物等各种过程中不同形式间的能量转换，以及 过程进行的方向和限度。
① 热力学第一定律：能量转化是守恒的。 ② 热力学第二定律：判断发生过程的方向和限度。 ③ 热力学第三定律：熵的绝对值定律。
二、化学热力学研究的内容
途径：完成一个过程的具体步骤。
途径1
理想气体 273 K, 10p
p外= 5p
途径2
途径3 理想气体 273 K, 5p
理想气体 273 K, p
p外= p
途径1：等温、可逆膨胀（p外= p – dp） 途径2：等温、恒外压膨胀（p外= p） 途径3：两步等温、恒外压膨胀
六、热和功（heat and work）
① 广度性质：与系统物质的量有关，具有加和性。 （质量、体积、内能）
② 强度性质：取决于自身特性，与系统物质的量无 关，不具有加和性。（温度、压力、密度）
广度性质 广度性质
强度性质
V n
Vm
三、热力学平衡态（equilibrium state）
系统性质不随时间改变。 1. 热平衡：系统各部分的温度相等。 2. 力平衡：系统各部分之间的力相等。 3. 化学平衡：系统组成不随时间改变。 4. 相平衡：系统中各相组成和数量不随时间改变。
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3 T2 = 273.15 K
终态
常见的热力学过程：教材P. 8 等温、等压、等容、绝热、循环过程
循环过程：始、终态相同，系统状态函数变化为零。
Δp = 0 ΔV = 0 ΔT = 0
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
状态函数：由系统状态所确定的各种热力学性质 （p、V、T、d、m、U）。
状态函数的特性：教材P. 7
练习题
1、判断下列说法是否正确？ ① 状态固定后状态函数都固定，反之亦然。 ② 状态改变后，状态函数一定都改变。
2、什么是状态函数？它有哪些基本特性？
热 力
p V
学
T
H = U + pV
状
U
F = U – TS
热：系统与环境之间由于存在温度差而传递的 能量。
热具有能量的量纲，单位：J，符号：Q 规定：系统吸热，Q > 0；系统放热，Q < 0
注意：热不是状态函数，热与过程变化的途径有 关（称作途径函数）。微小量的热以δQ表 示（不表示为dQ ）。
功：系统与环境间除热外，以其它形式传递的能量。 功的单位：J，符号：W 规定：环境对系统作功，W > 0；系统对环境作功，
pedV
0
2、恒定外压（pe = 常数）膨胀或压缩： (1) 一次膨胀或压缩
一、体积功
因系统的体积变化而引起的系统与 环境之间交换的功。
δW Fdl pe Adl pedV
W
V2 V1
pedV
注意：不论系统膨胀或压缩，体积功
都用-pedV表示。 教材P. 10 例1-1
二、功与过程
1、自由膨胀（向真空膨胀，pe = 0）：
W
V2 V1
四、状态函数与状态方程
（state function and state equations）
状态：系统各种性质的综合表现。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
状态1
状态2
W<0
注意：功是过程量，与变化的途径有关（不是状态 函数）。微小量的功用δW表示。
功的分类：体积功（W）、非体积功（W΄）。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律
——能量守恒与转化定律 1、自然界的一切物质都具有能量，能量有各种 不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式， 在转化中，能量的总数不变。
态
H
函
S
G = H - TS
数
பைடு நூலகம்
F
G
状态方程： 状态函数之间的定量关系式。
理想气体状态方程： pV = nRT
范德华方程（实际气体）： (p + n2a/V2)(V - nb) = nRT
五、过程与途径（process and path）
过程：系统状态发生的变化称为过程。
p1 = 101325 Pa V1 = 22.4 dm3 T1 = 273.15 K
2、第一类永动机是造不成的。
二、热力学能（thermodynamic energy）
热力学能（内能），是系统中物质的所有能量的总和。 符号：U，单位：J（kJ）。 U = ε分子平动能 + ε转动能 + ε振动能 + ε势能 + ε原子 + …
U是状态函数，是系统的广度性质。 对于封闭系统：U = f(T, V)
dU U dT U dV
T V
V T
三、热力学第一定律的数学表达式
ΔU = U2 - U1 = Q + W 微小表化：dU = δQ + δW 封闭系统的循环过程：ΔU = 0，Q = -W 孤立系统：ΔU = 0，Q = -W = 0
第四节 可逆过程与体积功
系统：人为划定的研究对象。 环境：与体系密切相关的部分。
空气、水蒸气
杯子 水
加热器
系统分类： ① 敞开系统（或开放系统） ② 封闭系统 ③孤立系统（或隔离系统）
Zn(s) + 2HCl(aq) = ZnCl2(aq) + H2(g)
二、系统的性质（properties）
描述系统状态的物理量（体积、压力、温度等）。
T1 = 273.15 K
p2 = 50662.5Pa V2 = 44.8 dm3
T2 = 273.15 K
p3 = 50662.5Pa V3 = 22.4 dm3
T3 = 136.58 K
其它过程：可逆、自发、相变、化学变化过程。
H2O(l,373 K, p ) H2O(g,373 K, p ) aA dD gG hH
研究化学变化、物理变化的热效应、方向和限度。
应用：药物合成，产率确定，药物有效成分的提取、 分离。
三、热力学的方法和局限性
① 优点：解决问题方便，只需知道体系的始、末态 及外界条件。
② 局限性：无法解释微观（原子、分子）体系的行 为，无法预测过程进行的速率和机理。
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境（system and surroundings）
热力学第一定律
第一节 热力学概论
一、热力学研究的基本内容
——研究宏观物质间的关系。讨论物理、化学、 生物等各种过程中不同形式间的能量转换，以及 过程进行的方向和限度。
① 热力学第一定律：能量转化是守恒的。 ② 热力学第二定律：判断发生过程的方向和限度。 ③ 热力学第三定律：熵的绝对值定律。
二、化学热力学研究的内容
途径：完成一个过程的具体步骤。
途径1
理想气体 273 K, 10p
p外= 5p
途径2
途径3 理想气体 273 K, 5p
理想气体 273 K, p
p外= p
途径1：等温、可逆膨胀（p外= p – dp） 途径2：等温、恒外压膨胀（p外= p） 途径3：两步等温、恒外压膨胀
六、热和功（heat and work）
① 广度性质：与系统物质的量有关，具有加和性。 （质量、体积、内能）
② 强度性质：取决于自身特性，与系统物质的量无 关，不具有加和性。（温度、压力、密度）
广度性质 广度性质
强度性质
V n
Vm
三、热力学平衡态（equilibrium state）
系统性质不随时间改变。 1. 热平衡：系统各部分的温度相等。 2. 力平衡：系统各部分之间的力相等。 3. 化学平衡：系统组成不随时间改变。 4. 相平衡：系统中各相组成和数量不随时间改变。