物理化學(xué)上-物化 3ppt課件

1、一一.熱熱Q 0 ：系統(tǒng)從環(huán)境吸熱：系統(tǒng)從環(huán)境吸熱Q 0 ：系統(tǒng)向環(huán)境放熱：系統(tǒng)向環(huán)境放熱二二.功功W 0 ：環(huán)境對系統(tǒng)作功：環(huán)境對系統(tǒng)作功W 0 ：系統(tǒng)對環(huán)境作功：系統(tǒng)對環(huán)境作功vsu def dWpV體積功的定義式體積功的定義式(1)定容過程的體積功定容過程的體積功(2)氣體自由膨脹過程的體積功氣體自由膨脹過程的體積功(3) 對抗恒定外壓過程的體積功對抗恒定外壓過程的體積功21vsusu21d()VVWpVpVV v0W v0W v,1221()Wp VV v,2122()()Wp VVp VV 11pV2p1V2V V p22p V1p1 1pV1V2V V p22p V1ppVp V

2、2p V p1p1V2p2V22p V1 1pV21v,3dVVWp V 2p2V1p1V氣體定溫膨脹氣體定溫膨脹氣體定溫壓縮氣體定溫壓縮2p2V1p1V氣體定溫膨脹氣體定溫膨脹2p2V1p1V1p1V2p2V1p2Vv,1112()Wp VV 途徑途徑1 V p22p V1 1pV1V2V1p2p12pVvsu def dWpV1p1V2p2VpVv,2112()()p VVWp VV 途徑途徑2 21112pVVpVV外壓為 下，體積從壓縮到。外壓為 下，體積從壓縮到 。v,1112()Wp VV v,2112()()p VVWp VV 途徑途徑21 1pV1V2V V p22p V1pp

3、Vp V 2pv,1112()Wp VV V p22p V1 1pV1V2V1p2p12pVsudppp12v,3suv,3ddddVVWpVppVWp V 途徑途徑31p1V水2p2Vv,2112()()p VVWp VV 若系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的過程是由一連串無限鄰近若系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的過程是由一連串無限鄰近且無限接近于平衡的狀態(tài)構(gòu)成，則這樣的過程稱且無限接近于平衡的狀態(tài)構(gòu)成，則這樣的過程稱為準靜態(tài)過程。為準靜態(tài)過程。12v,3dVVWp V 途徑途徑3 V p1p1V2p2V22p V1 1pVv,2112()()p VVWp VV 1 1pV1V2V V p22p V1ppVp V 2pv

4、,1112()Wp VV v,2112()()p VVWp VV 12v,3dVVWp V V p22p V11pV1V2V1p2p12pV V p1p1V2p2V22p V1 1pV11pV1V2V V p22p V1ppVp V 2p定溫壓縮，無摩擦力的準定溫壓縮，無摩擦力的準靜態(tài)過程環(huán)境對系統(tǒng)作功靜態(tài)過程環(huán)境對系統(tǒng)作功最小。最小。功與變化途徑有關(guān)。功與變化途徑有關(guān)。1 1pV2p1V2V V p22p V1p1 1pV1V2V V p22p V1ppVpV 2p V p1p1V2p2V22p V1 1pV V p22p V11pV1V2V1p2p12pV V p1p1V2p2V2 2pV

5、1 1pV1 1pV1V2V V p22p V1ppVp V 2p氣體定溫壓縮氣體定溫壓縮氣體定溫膨脹氣體定溫膨脹設(shè)系統(tǒng)按照過程設(shè)系統(tǒng)按照過程L由始態(tài)由始態(tài)A變到終態(tài)變到終態(tài)B，相應(yīng)的，相應(yīng)的環(huán)境由始態(tài)環(huán)境由始態(tài)變到終態(tài)變到終態(tài)，假如能夠設(shè)想一過，假如能夠設(shè)想一過程程L使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)原來的狀態(tài)，則原過使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)原來的狀態(tài)，則原過程程L稱為可逆過程。反之，如果不可能使系統(tǒng)和稱為可逆過程。反之，如果不可能使系統(tǒng)和環(huán)境都完全復(fù)原，則原過程環(huán)境都完全復(fù)原，則原過程L稱為不可逆過程。稱為不可逆過程。定溫下無摩擦力的準靜態(tài)膨脹過程和壓縮過程定溫下無摩擦力的準靜態(tài)膨脹過程和壓縮過程都是可逆過程。

6、都是可逆過程。1.3.2 可逆過程可逆過程在整個過程中，系統(tǒng)內(nèi)部無限接近于平衡；在整個過程中，系統(tǒng)內(nèi)部無限接近于平衡；在整個過程中，系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用無限在整個過程中，系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用無限接近于平衡，因此過程的進展無限緩慢；接近于平衡，因此過程的進展無限緩慢； TsuT，psup。系統(tǒng)和環(huán)境能夠由終態(tài)，沿著原來的途徑從系統(tǒng)和環(huán)境能夠由終態(tài)，沿著原來的途徑從相反方向步步回復(fù)，直到都恢復(fù)原來的狀相反方向步步回復(fù)，直到都恢復(fù)原來的狀態(tài)。態(tài)。在定溫可逆膨脹過程中系統(tǒng)對環(huán)境做的功最在定溫可逆膨脹過程中系統(tǒng)對環(huán)境做的功最大，在定溫可逆壓縮過程中環(huán)境對系統(tǒng)做大，在定溫可逆壓縮過程中環(huán)境對系統(tǒng)做的功最小

7、。的功最小。熱力學(xué)可逆過程的特點熱力學(xué)可逆過程的特點1.3.3 可逆過程的體積功可逆過程的體積功可逆過程可逆過程2211vsuvdd,dVVVVWpVWp Vf T VV supp理想氣體的膨脹理想氣體的膨脹212v1dlnVVVVWnRTnRTVV 理想氣體定溫膨脹，理想氣體定溫膨脹，T為恒量為恒量212121vdddVVVVVVWp VnRTVVTnRVV pVnRT能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，從一個物體傳遞給另一變?yōu)榱硪环N形式，從一個物體傳遞給另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的總量保個物體，而在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的總量保持不變

8、。持不變。第一類永動機是不可能造成的。第一類永動機是不可能造成的。第一定律的文字敘述第一定律的文字敘述1.4 熱力學(xué)能、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)能、熱力學(xué)第一定律攪拌水作功攪拌水作功 電機作功電機作功壓縮氣體作功壓縮氣體作功1.4.1 熱力學(xué)能熱力學(xué)能 絕熱封閉系統(tǒng)絕熱封閉系統(tǒng)焦耳焦耳結(jié)論：無論以何種方式，無論直接或分成幾個步結(jié)論：無論以何種方式，無論直接或分成幾個步驟，使一個絕熱封閉系統(tǒng)從某一始態(tài)變到某一終驟，使一個絕熱封閉系統(tǒng)從某一始態(tài)變到某一終態(tài)，所需的功是一定的。態(tài)，所需的功是一定的。絕熱封閉系統(tǒng)絕熱封閉系統(tǒng)熱力學(xué)能熱力學(xué)能U狀態(tài)函數(shù)，單位為狀態(tài)函數(shù)，單位為J，廣度性質(zhì)），廣度性質(zhì)）21

9、def UUW封閉，絕熱 (U1) (U2) 始態(tài)始態(tài) 終態(tài)終態(tài)途徑途徑1，W途徑途徑2，W途徑途徑3，W結(jié)論：無論以何種方式，無論直接或分成幾個步結(jié)論：無論以何種方式，無論直接或分成幾個步驟，使一個絕熱封閉系統(tǒng)從某一始態(tài)變到某一終驟，使一個絕熱封閉系統(tǒng)從某一始態(tài)變到某一終態(tài)，所需的功是一定的。態(tài)，所需的功是一定的。封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)1.4.2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律封閉系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化時其熱力學(xué)能的改變量封閉系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化時其熱力學(xué)能的改變量U等等于變化過程中環(huán)境傳遞給系統(tǒng)的熱于變化過程中環(huán)境傳遞給系統(tǒng)的熱Q及功及功W 的總和。的總和。21dUUQWUQWUQW微觀上理解熱力學(xué)能微觀上

10、理解熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)所有粒子所具有的動能和勢能以及粒子內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)所有粒子所具有的動能和勢能以及粒子內(nèi)部的動能與勢能的總和。的動能與勢能的總和。21 def UUW封閉，絕熱1.5.1 定容熱定容熱在定容且在定容且W0的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸的的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境吸的熱，在量值上等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加。熱，在量值上等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加。定容且定容且W0 的過程的過程1.5 定容熱、定壓熱及焓定容熱、定壓熱及焓=0VQUW 封閉，定容，UQW定壓過程定壓過程1.5.2 定壓熱及焓定壓熱及焓 def HUpV焓=0=0dppQHQWHW 封閉，定壓，封閉，定壓，vsuWpV 體積功su2112

11、su21221 10ppWUQpVVpppUUQp VpV 若 22211 1pQUp VUpVUpV UQW在定壓且在定壓且W0的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境所吸的過程中，封閉系統(tǒng)從環(huán)境所吸的熱，在量值上等于系統(tǒng)焓的增加。的熱，在量值上等于系統(tǒng)焓的增加。焓是狀態(tài)函數(shù)，單位為焓是狀態(tài)函數(shù)，單位為J，廣度性質(zhì)，廣度性質(zhì)任何過程的焓變?nèi)魏芜^程的焓變HUpV def HUpVdppQHQH 或?qū)⑹綄⑹紿 =U +(pV)應(yīng)用于：應(yīng)用于：(1)氣體的溫度變化；氣體的溫度變化；(2)定溫、定壓下液體或固體的汽化；定溫、定壓下液體或固體的汽化；(3)定溫、定溫、定壓有氣體參加的反應(yīng)。若氣體可看作理想氣體，定壓有

12、氣體參加的反應(yīng)。若氣體可看作理想氣體，試推出式試推出式H =U +(pV)的特殊式。的特殊式。解：解：2121HUpVHUpVpVHUnRTnRTHUnR T 【例】【例】 121nTT理想氣體物質(zhì)的量為 ， ,2T pn液體 或固體氣體 物質(zhì)的量為解：解：21glgHUpVHUpVpVHUHUnRVVUVTpHp 將式將式H =U +(pV)應(yīng)用于：應(yīng)用于：(1)氣體的溫度變化；氣體的溫度變化；(2)定溫、定壓下液體或固體的汽化；定溫、定壓下液體或固體的汽化；(3)定溫、定溫、定壓有氣體參加的反應(yīng)。若氣體可看作理想氣體，定壓有氣體參加的反應(yīng)。若氣體可看作理想氣體，試推出式試推出式H =U +

13、(pV)的特殊式。的特殊式。 ,123T pnn反應(yīng)物,理想氣體生成物,理想氣體 21212B1BggHUpVHUpVpVHUpVpVHUn RTn RTHUnRTHURT 解：解：將式將式H =U +(pV)應(yīng)用于：應(yīng)用于：(1)氣體的溫度變化；氣體的溫度變化；(2)定溫、定壓下液體或固體的汽化；定溫、定壓下液體或固體的汽化；(3)定溫、定溫、定壓有氣體參加的反應(yīng)。若氣體可看作理想氣體，定壓有氣體參加的反應(yīng)。若氣體可看作理想氣體，試推出式試推出式H =U +(pV)的特殊式。的特殊式。組成不變的均相系統(tǒng)的熱力學(xué)能及焓組成不變的均相系統(tǒng)的熱力學(xué)能及焓, ddd, dddVTpTUUUf T V

14、UTVTVHHHf T pHTpTp一定量組成不變一定量組成不變( (無相變化，無化學(xué)變化無相變化，無化學(xué)變化) )的均相系的均相系統(tǒng)的任一熱力學(xué)性質(zhì)可表示成另外兩個獨立的熱力統(tǒng)的任一熱力學(xué)性質(zhì)可表示成另外兩個獨立的熱力學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。系統(tǒng)在給定條件如定壓或定容下，及系統(tǒng)在給定條件如定壓或定容下，及W0，沒有相變化，沒有化學(xué)變化時，升高單位熱力學(xué)溫沒有相變化，沒有化學(xué)變化時，升高單位熱力學(xué)溫度時所吸收的熱。以符號度時所吸收的熱。以符號C表示，單位為表示，單位為JK-1熱容熱容 def dQC TT（1 1熱容的定義熱容的定義 def dVVQCTT定壓熱容定壓熱容定容熱容定容熱容

15、def dppQCTT=VpVpUHCCTTddVpQUQH在沒有相變化和化學(xué)變化，且在沒有相變化和化學(xué)變化，且W = 0的條件下，的條件下，CV是定容下系統(tǒng)的熱力學(xué)能隨溫度的變化率，是定容下系統(tǒng)的熱力學(xué)能隨溫度的變化率，Cp是定是定壓下系統(tǒng)的焓隨溫度的變化率。壓下系統(tǒng)的焓隨溫度的變化率。CV、Cp 都是狀態(tài)函數(shù)，也都是廣度性質(zhì)。都是狀態(tài)函數(shù)，也都是廣度性質(zhì)。摩爾定壓熱容摩爾定壓熱容 ,mppCTCTn摩爾定容熱容摩爾定容熱容摩爾熱容是強度量，單位為摩爾熱容是強度量，單位為JK-1mol-1。 ,mVVCTCTn21=dVVTVTUTTCCU21=dppTpTHTTCCH摩爾熱容摩爾熱容 m

16、def C TCTnpVpVVpppVUpVHUUTTTUVUTTTCCTp定壓熱容定壓熱容Cp與定容熱容與定容熱容CV的關(guān)系的關(guān)系對同一系統(tǒng)，定壓熱容通常比定容熱容大。對同一系統(tǒng)，定壓熱容通常比定容熱容大。由由U=U (T,V)U=U (T,V)dddVTUUUTVTVpVTpUUUVTTVT 壓力恒定壓力恒定pVTppUVVVTTpCC pVTppUVVVTTpCC 理想氣體理想氣體0 TpUVVTnRp,m,m3522VpCRCR單原子分子系統(tǒng)單原子分子系統(tǒng),m,m5722VpCRCR 雙原子分子系統(tǒng)雙原子分子系統(tǒng),m,mpVpVCCnRCCR定壓熱容定壓熱容Cp與定容熱容與定容熱容CV的關(guān)系的關(guān)系pVnRTa、b、c、c、d對一定物質(zhì)均為常數(shù)。對一定物質(zhì)均為常數(shù)。摩爾熱容與溫度關(guān)系的經(jīng)驗式摩爾熱容與溫度關(guān)系的經(jīng)驗式23,m2,mppCabTcTdTCabTc TCV與與Cp都是溫度的函數(shù)。都是溫度的函數(shù)。經(jīng)驗式經(jīng)驗式理想氣體在自由膨脹中溫度不變，熱力學(xué)能不變。理想氣體在自由膨脹中溫度不變，熱力學(xué)能不變。氣體和水浴溫度均未變化氣體和水浴溫度均未變化0U系統(tǒng)沒有對外做功系統(tǒng)沒有對外做功0Q 0W UQW理想氣體的熱力學(xué)能、焓及熱容理想氣體的熱力學(xué)能、焓及熱容理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù)理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù)d( ,