热力学第一定律部分笔记

热力学第一定律部分笔记(总7页)

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第 一 章: 热力学第一定律

第一节 热力学概论

什么是热力学

热力学是研究热现象和其它形式能量之间相互转化及其规律的一门学科。

因为在研究热和其它形式能量之间的转换关系时，必涉及到体系状态的变化，状态的变化会引起宏观性质的变化；反之，当宏观性质发生变化时，也将引起体系状态的变化。 广义地说：热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系的学科。

内容包括平衡态体系性质和非平衡态体系性质两大部分，本科基础可主要讨论平衡态的物理化学性质。

热力学的主要理论是热力学的三大定律：第一、第二、第三定律。以此为基础，来阐述物质系统变化中所观察到的各种能量之间的种种关系，是根据极广泛的实验事实，通过归纳而总结出来的。

1. 化学热力学的基本内容

什么是化学热力学

把热力学的基本原理，来研究化学现象及和化学有关的物理化学现象，称为化学热力学(Chemical Thermodynamics)。

任务：用热力学规律，来处理化学过程中的热化学、相平衡、化学平衡问题。 化学热力学的主要内容有三个：

(1)研究化学过程及相变过程中的能量转换关系(利用第一定律) 如：化学反应 2SO2 + O2 = 2SO3 在指定的条件下进行时，是放热还是吸热若是放热反应，那么1mol SO3生成时放出多少热量

又如：要使1000kg 25℃的水变成水蒸气，理论上应供给多少能量 (2)研究化学反应及相变的方向和限度(利用第二定律) 所谓方向是指向平衡态变化的趋势，限度就是达到平衡态。

如：19世纪末，人们进行了从石墨制造金刚石的实验，所有的实验均失

败，通过热力学计算知道：只有压力超过×109Pa时，石墨才能变成金刚石。现在我国已能获得几百万个大气压，可以人工合成金刚石。

又如：100多年前，人们开始研究炼铁，Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2

发现从炉里出来的气体中还有大量的CO，利用不完全，人们推想可能是由于CO与矿石接触的时间不够，为此将炼铁炉越建越高(高炉)，但CO含量并没有减少。后来，经过热力学计算知：上述反应是不能完全转化的，最终达到化学平衡，含有CO是不可避免的。 (3)熵的数值---规定熵(第三定律) 关于低温现象的定律，阐明了规定熵的数值。 (4)热力学第零定律

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热平衡的互通性，建立了温度的科学定义。

2.热力学的方法和局限性

热力学方法是一种演绎的方法，它结合经验所得的几个基本定律，讨论具体对象的宏观性质。

特点：①只研究体系的宏观性质，不涉及物质的微观结构和微观运动。

研究对象是大量分子的集合体，因此所得到的结论具有统计意义，只反映了它的平均行为，而不适用于个别分子或粒子的个体行为。

②只考虑体系变化的始终态，不追究过程进行的细节(机理)和速率。 这两个特点既反映了热力学的优点，也包含着它的局限性。 优点：研究方法简便，但是很严谨的。

因为一、二定律都是大量实验事实的结论，不需要知道物质的微观结构的知识，就能对化学过程和

相变过程的方向、限度及能量转换关系作出可靠的结论。

①研究方法简便(处理问题方法简单、快速、明确)；

②可靠性、普遍性。

局限性：经典热力学不考虑时间因素，不能说明过程发生的本质、原因和具体细节，这无疑只能是知其然，而不知其所以然。

如热力学肯定回答：在常温、×109Pa下，石墨可转变成金刚石；1mol H2与 O2反应生成1mol H2O，并放出的热。但不能说明这些变化的反应机理及原因。

虽然热力学的方法有这些局限性，但它仍是研究化学反应极有用的理论工具。因为热力学的三大定律是大量实验事实的总结，有着牢固的实验基础，具有高度的普遍性和可靠性。根据三大定律得到的结论，也具有高度的普遍性和可靠性。

化学热力学的知识是很有用的，它可以从理论上指出：所设计或研究的反应能否进行如果不能进行就不要去进行实验了；如果能进行，再考虑反应速率和机理问题(怎样)以及为什么进行

第二节 热平衡和热力学第零定律-----温度的概念

温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。

将A和B用绝热壁隔开，而让A和B 分别与C达成热平衡。

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