物理化学教案1资料

物理化学电子教案—第一章
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2020/10/7
第一章 热力学第一定律及其应用
1.1 热力学研究的对象、方法及局限性 1.2 热力学基本概念 1.3 热和功 1.4 功的计算、可逆过程 1.5 热力学第一定律和热力学能 1.6 等容过程热、等压过程热、焓
1.7 热容 1.8 焓和温度的关系、相对焓变*
广延性质（extensive properties）（又称为容量性质） 它的数值大小与系统的物质的量成正比，这种性质具有加和性，
如体积、质量、内能、焓、熵、吉布斯函数等。
强度性质（intensive properties） 它的数值取决于系统自身的特点，与系统的物质的量无关，
不具有加和性，如温度、压力、密度等。注意：两个广延性质的 物理量之比为一个强度性质的物理量。
1、热力学研究的对象
研究对象是大量粒子所组成的宏观系统，它 所涉及的系统的性质（如温度、压力等）都是大 量微观粒子集体的平均表现，而不涉及个别粒子 的行为。它只考虑系统从一个状态转变成另一个 状态而不涉及过程的机理和所需时间。
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2、热力学方法
热力学研究方法是一种宏观方法，它依据从宏观
3、状态函数的特点
（1）状态一经固定，状态函数就有确定的数值。换言之，状态函 数是状态的单值函数。
对于一个定量，组成不变的均相系统，体系的任意宏观性 质是另外两个独立宏观性质的函数。可以表示为：
z=f (x , y)
即两个宏观性质 x,y 值确定了，系统的状态就确定了，则其 任一宏观性质 Z （即状态函数） 均有确定的值。
化是否可能发生以及变化进行到什么程度，至于变化在
什麽时候发生，又以怎样的速度来进行等问题都不能确
定。只讲可能性，不讲现实性。
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4、举例说明 （1）如合成氨的工业生产，单纯从热力学的角度分析，
在常温常压下是完全可能的，但实际上却不然； （2）类似的例子还有金刚石到石墨的转变，由于其转
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4、系统的另一种分类 (按物种数和相数）
若以系统中存在的物质种类数或相数为依据分类， 热力学系统可分为：
（1）单组分系统或多组分系统 （2）单相系统或复相系统 系统中只含一个均匀的物质部分称为单相系统，含有 两个或两个以上均匀物质部分的系统称复相系统。
与体系密切相关、影响所 能及的那部分物质或空间称为 环境。
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3、分类 根据系统与环境之间是否物质或能量交换为依 据把系统分为三类：敞开系统、封闭系统、孤立系统。
（1）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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现象归纳得到的定律，以物理学的原理和实验方法为
基础，再用数学方法推论演绎导出许多有用的规律。
（只从系统的始、终态来研究系统的各种变化过程）
3、局限性 （1）热力学只研究宏观世界，诸如物质的微观结构和 变化的机理就不能说明。
（2）热力学只讨论不随时间变化的平衡态，在它所用的 变数中没有时间变数，它只能回答在给定的条件下，变
热力学所研究的宏观物理量中,有些是可测量的,如温度、压 力等，而另一些是不可测量的，如内能、焓、熵等但是可计算的
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二、状态和状态函数
1、状态 热力学用系统的性质来描述它的状态，当系统
所有性质确定后，状态就完全确定。热力学系统的
状态就是其物理性质与化学性质的综合表现。 2、状态函数
变速度慢到难以检测，因此我们不必担心金刚石在一 夜之间变成石墨。
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1.2 热力学的基本概念
一、系统和环境
1、系统（system） 系统即研究的对象。也就是
为了研究问题的方便，我们常 常用一个真实或想象的界面把 一部分物质或空间与其余分开 ，这种被划定的研究对象称为 系统，亦称为体系或物系。 2、环境（surroundings）
例如：一定量的纯理想气体 V =f (T , p)，其具体的关系为
V=n RT/p
即 n 一定时，V 是 p,T 的函数，当 p,T 值确定了，V 就有确 定值，则该理想气体的状态也就确定了，其他任何热力学函数
的值（如 U、H、S、G……等）也必有确定值。
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系统中的有些物理量，其数值取决于系统所处 的状态，与状态单值对应关系；它的变化值仅取决 于系统的始态和终态，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）。 比如：P、V、T、U、H、S、G、A等均是状态函数。
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（2）当系统的状态发生变化时，状态函数 Z 的改变量 ΔZ 只决定于系统始态函数值 Z1和终态函数值 Z2，而 与变化的途径过程无关。即等于始终态函数的差值
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（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。
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（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。注意：有时把封闭体系及其环境一起 作为整体当作孤立体系考虑。
思考：1.何谓均匀的物质部分？空气是单相或复相系统？ 2.以上两类系统可组合成几种不同系统？ 3.在水面上漂浮着大小不同的若干冰块，系统中有几相?
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5、系统的性质
用来描述系统热力学状态的宏观物理量（比如：温度、压力、 体积、质量及内能等都属于系统的热力学性质（简称系统的性 质）。系统这些性质可以分为下列两类：
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第一章 热力学第一定律
1.9 热力学第一定律对理想气体的应用 1.10 热力学第一定律对相变过程的应用 1.11 热化学 1.12 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律
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1.1 热力学研究的对象、方法及局限性