热力学第一定律 化学热力学基础.pdf

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1、热力学•研究热、功和其他形式能量之间的相互化学热力学基础转换及其转换过程中所遵循的规律；•研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；•研究化学变化的方向和限度。热力学热力学热力学第一定律热力学第一定律经典热力学热力学第二定律——焦耳（JamesPrescottJoule）热力学第二定律热力学第三定律——开尔文（LordKelvin）和克劳修斯（RudolfClausius）只限于讨论孤立或封闭的系统中，并处热力学第三定律于平衡状态下系统的行为热力学热力学生命过程倒易关系经典热力学达尔文的进化论非平

2、衡态美国化学家Onsager，1968年获Nobel化学奖孤立系统自发消除生物进化是从单细胞到热力学差别，趋向均匀，多细胞，从简单到复杂，从有序趋向于无序从无序到有序的方向进开放系统下，处耗散结构理论的方向进行行于不平衡状态下比利时化学家Prigogine，系统的变化方向1977年获Nobel化学奖达尔文和克劳修斯的矛盾问题1化学热力学化学热力学将热力学的基本原理应用于化学现象及与化学现热力学第一定律象有关的物理现象的研究，称为化学热力学。计算变化中的热效应21世纪化学热力学的热点研究领域有生物热力热力学

3、第二定律学和热化学研究变化的方向和限度问题相平衡和化学平衡∑细胞生长过程的热化学研究热力学第三定律∑蛋白质的定点切割反应热力学研究熵变的计算，为反应方向、限度的∑生物膜分子的热力学研究等判断提供数据热力学的方法及其局限性热力学第一定律研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。1基本概念及术语只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。体系与环境能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不体系体系被划定的研究对象考虑变化所需要的时间。环境环境在体系以外与体系密切相关局限性不

4、知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。体系+环境热力学第一定律没有物质或没有物质的有物质和能1基本概念及术语交换，可以能量的交换量的交换发生能量的体系与环境交换孤立体系开放体系体系的性质（isolated（opensystem）封闭体系system）（closedsystem）2用宏观可测物理量来描述体系的热力学状态，这些物理量称为体系的性质或热力学变量。可热力学第一定律分为两类：广度性质1基本概念及术语又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种体系与环境性

5、质有加和性，在数学上是一次齐函数。体系的性质强度性质它的数值取决于体系自身的特点，与体系状态和状态函数的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程。状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,种特性的热力学变量称为状态函数V之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立

6、的，它们的函数关系可表示为：状态函数T=f(p,V)p=f(T,V)V=f(p,T)∑体系状态的单值函数例如，理想气体的状态方程可表示为：∑与变化的途径无关pV=nRT∑体系由始态出发回到始态，其状态函数值复原多组分均相体系T=f(p,V,n,n,…)∑状态函数的集合(和、差、积、商)也是状态函12数。当体系的各种宏观性质有确定值且不随时间变化，热力学第一定律体系则处于热力学平衡态1基本概念及术语热力学平衡态应同时包括了下列几个平衡：热平衡温度相同体系与环境体系的性质力平衡压力相等状态和状态函数相平衡各相

7、的组成和数量不随时间而改变平衡和过程化学平衡体系统的组成不随时间而改变3体系的状态发生变化时，状态变化的经过称为过程。简单状态变化过程(无相变、化学反应发生)相变过程简单状态变化过程(无相变、化学反应发生)化学变化过程恒温过程：T始=T终=T环体系由同一始态到达同一终态的不同方式叫恒压过程：P始=P终=P环途径恒容过程：V始=V终状态函数的改变值不随途径不同而异绝热过程：Q=0热（heat））和功（和功（work）热力学第一定律热热功功1基本概念及术语由于温度不同，在体除热以外其他各种能量的系与环境间交换

8、或传递形式传递的能量，由体系与环境交换形的能量，与大量分子的大量分子的定向运动式体系的性质无规则运动相联系引起符号QW状态和状态函数代数值体系从环境吸热Q＞0体系对外做功W＞0平衡和过程符号体系放热Q＜0环境对体系做功W＜0热和功量纲J或kJJ或kJ在谈热和功时一定是在系统的变化过程中才存在，体积功是在外压作用下体系的体积膨胀Q、W其本身就是变化量，△Q、△W的写法是错误或压缩等情况下传递的能量。的。如图所示，截面积A；环境压