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1、会计学1物理化学物理化学(w l hu xu)一二章一二章第一页，共94页。要求要求要求要求(yoqi)(yoqi)：遵守课堂纪律，课上理解消化知识点遵守课堂纪律，课上理解消化知识点遵守课堂纪律，课上理解消化知识点遵守课堂纪律，课上理解消化知识点完成课后作业，做好复习完成课后作业，做好复习完成课后作业，做好复习完成课后作业，做好复习考核方式：考核方式：考核方式：考核方式：期末闭卷考试（期末闭卷考试（期末闭卷考试（期末闭卷考试（70%70%）平时成绩（平时成绩（平时成绩（平时成绩（30%30%）：）：）：）：课后作业、课堂作业、不定期点名、课课后作业、课堂作业、不定期点名、课课后作业、课堂作业、
2、不定期点名、课课后作业、课堂作业、不定期点名、课堂问答等堂问答等堂问答等堂问答等第1页/共94页第二页，共94页。内内内内 容容容容n n绪论绪论绪论绪论n n第一章第一章第一章第一章 气体气体气体气体n n第二章第二章第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律n n第三章第三章第三章第三章 热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律n n第四章第四章第四章第四章 多组分系统热力学多组分系统热力学多组分系统热力学多组分系统热力学n n第五章第五章第五章第五章 化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡 n n第六章第六章第六章第六章 相平衡相平衡相平衡相平衡n
3、n第七章第七章第七章第七章 化学反应化学反应化学反应化学反应(huxu f(huxu f nyng)nyng)动力学动力学动力学动力学n n第八章第八章第八章第八章 电化学电化学电化学电化学 第九章第九章第九章第九章 表面现象表面现象表面现象表面现象n n第十章第十章第十章第十章 胶体分散系统胶体分散系统胶体分散系统胶体分散系统第2页/共94页第三页，共94页。绪绪 论论化学变化与物理变化是紧密联系着的化学变化与物理变化是紧密联系着的化学变化与物理变化是紧密联系着的化学变化与物理变化是紧密联系着的一方面，化学过程包含一方面，化学过程包含一方面，化学过程包含一方面，化学过程包含(bohn)(bo
4、hn)(bohn)(bohn)或是伴有物理过程。（体积的变或是伴有物理过程。（体积的变或是伴有物理过程。（体积的变或是伴有物理过程。（体积的变化、压力的变化、热效应、电效应和光效应等）化、压力的变化、热效应、电效应和光效应等）化、压力的变化、热效应、电效应和光效应等）化、压力的变化、热效应、电效应和光效应等）另一方面，分子中电子的运动，原子的转动、振动，分子中原子另一方面，分子中电子的运动，原子的转动、振动，分子中原子另一方面，分子中电子的运动，原子的转动、振动，分子中原子另一方面，分子中电子的运动，原子的转动、振动，分子中原子相互间的作用力等微观物理运动形态，则直接决定了物质的性质相互间的作
5、用力等微观物理运动形态，则直接决定了物质的性质相互间的作用力等微观物理运动形态，则直接决定了物质的性质相互间的作用力等微观物理运动形态，则直接决定了物质的性质及化学反应能力。及化学反应能力。及化学反应能力。及化学反应能力。物理化学（物理化学（物理化学（物理化学（Physical ChemistryPhysical ChemistryPhysical ChemistryPhysical Chemistry）是运用物理学的原理与实验方法，从物质的物理现象和化学是运用物理学的原理与实验方法，从物质的物理现象和化学是运用物理学的原理与实验方法，从物质的物理现象和化学是运用物理学的原理与实验方法，从物质
6、的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化基本规律的一门学科。现象的联系入手来探求化学变化基本规律的一门学科。现象的联系入手来探求化学变化基本规律的一门学科。现象的联系入手来探求化学变化基本规律的一门学科。是化学学科的一个重要分支是化学学科的一个重要分支是化学学科的一个重要分支是化学学科的一个重要分支研究的是化学变化的共性研究的是化学变化的共性研究的是化学变化的共性研究的是化学变化的共性第3页/共94页第四页，共94页。化学化学(huxu)学学科科分析化学分析化学19世纪初世纪初光性质光性质电性质的电性质的现代仪器分析现代仪器分析无机化学无机化学1870年前后年前后周期律及周期律及周期表为标
7、志周期表为标志有机化学有机化学19世纪下半叶世纪下半叶碳氢化合物碳氢化合物及其衍生物及其衍生物高分子化学高分子化学物理化学物理化学1887年年化学反应的化学反应的方向、限度方向、限度速率、机理速率、机理第4页/共94页第五页，共94页。物理化学物理化学物理化学物理化学(w l(w l hu xu)hu xu)的发展的发展的发展的发展n n1752年，俄国的化学家和物理学家罗蒙诺索夫第一个提出了物理化学这一词，到19世纪的中下期，大规模的工业生产推动着自然科学的各个学科迅猛发展，同时，原子-分子学说、气体分子运动论和元素周期律已经确立，化学中积累的大量经验材料还需要进一步总结归纳，这时，物理化学
8、开始形成。n n1887年，“物理化学之父”、德国著名化学家W.Ostwald和荷兰化学家Vant Hoff共同创办了德文的物理化学杂志，标志着物理化学真正形成为一门独立的学科。在物理化学的创刊号上，同时还摘要发表了瑞典化学家S.A.Arrhenius 的“电离学说”，这三人都是物理化学的重要奠基人，由于他们对物理化学的卓越贡献和研究工作中的亲密合作关系，被称为“物理化学三剑客”。n n物理化学在20世纪发展很快，取得了许多(xdu)重大成果，根据统计，20世纪诺贝尔化学奖获得者中，约60%是从事物理化学领域研究的科学家，在中国科学院化学学部的院士中，近1/3是研究物理化学或者是物理化学某一个
9、领域的科学家，作为极富生命力的化学基础学科，物理化学又是新的交叉学科形成和发展的重要基础。第5页/共94页第六页，共94页。n n物理化学的主要任务物理化学的主要任务(即研即研究的内容究的内容)n n(1)化学变化的方向和限度化学变化的方向和限度 化学热力学化学热力学n n(2)化学反应的速率和机理化学反应的速率和机理 化学动力学化学动力学n n(3)物质结构与能量和性能物质结构与能量和性能的关系的关系(gun x)n n 量子化学与结量子化学与结构化学构化学n n(4)化学能与电能的转换化学能与电能的转换 电化学电化学n n 分支学科还有如分支学科还有如:界面化界面化学、胶体化学等学、胶体化
10、学等n n以上问题往往是相互关联，以上问题往往是相互关联，相互制约的相互制约的第6页/共94页第七页，共94页。物理化学的研究物理化学的研究物理化学的研究物理化学的研究(ynji)(ynji)方法方法方法方法1.1.归纳演绎法归纳演绎法归纳演绎法归纳演绎法:自然科学研究方法的一般原则自然科学研究方法的一般原则自然科学研究方法的一般原则自然科学研究方法的一般原则(1)(1)归纳归纳归纳归纳:从个别到一般，由一系列的实验事实上升到理论。从个别到一般，由一系列的实验事实上升到理论。从个别到一般，由一系列的实验事实上升到理论。从个别到一般，由一系列的实验事实上升到理论。(2)(2)演绎演绎演绎演绎:从
11、一般到个别，由理论指导实践并接受实践的检从一般到个别，由理论指导实践并接受实践的检从一般到个别，由理论指导实践并接受实践的检从一般到个别，由理论指导实践并接受实践的检验。验。验。验。(3)“(3)“实践、认识、再实践、再认识实践、认识、再实践、再认识实践、认识、再实践、再认识实践、认识、再实践、再认识”2.2.具体的物理学研究方法具体的物理学研究方法具体的物理学研究方法具体的物理学研究方法理论研究方法理论研究方法理论研究方法理论研究方法(1)(1)热力学热力学热力学热力学:以大量质点所构成的体系为研究对象，以经验以大量质点所构成的体系为研究对象，以经验以大量质点所构成的体系为研究对象，以经验以
12、大量质点所构成的体系为研究对象，以经验概括的两个定律（第一、二定律）为基础概括的两个定律（第一、二定律）为基础概括的两个定律（第一、二定律）为基础概括的两个定律（第一、二定律）为基础(jch)(jch)，经过，经过，经过，经过严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用以判别变严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用以判别变严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用以判别变严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用以判别变化的方向和平衡的条件。化的方向和平衡的条件。化的方向和平衡的条件。化的方向和平衡的条件。(2)(2)动力学动力学动力学动力学:从宏观和微观两个角度分别研究过程变化的速从宏观和微观两个
13、角度分别研究过程变化的速从宏观和微观两个角度分别研究过程变化的速从宏观和微观两个角度分别研究过程变化的速率和历程（机理）率和历程（机理）率和历程（机理）率和历程（机理）(3)(3)量子力学：以能量有一个很小的基本单位和物质具有波量子力学：以能量有一个很小的基本单位和物质具有波量子力学：以能量有一个很小的基本单位和物质具有波量子力学：以能量有一个很小的基本单位和物质具有波粒二重性为基础粒二重性为基础粒二重性为基础粒二重性为基础(jch)(jch)，用薛定鄂（，用薛定鄂（，用薛定鄂（，用薛定鄂（E.SchrodingerE.Schrodinger）方）方）方）方程求解组成体系的微观粒子之间的相互作
14、用及其规律，程求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，程求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，程求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指示物性、能量与结构之间的关系。从而指示物性、能量与结构之间的关系。从而指示物性、能量与结构之间的关系。从而指示物性、能量与结构之间的关系。(4)(4)统计力学：从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒统计力学：从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒统计力学：从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒统计力学：从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒子所组成的体系的规律；能根据分子的微观性质计算体子所组成的体系的规律；能根据分子的微观性质计算体
15、子所组成的体系的规律；能根据分子的微观性质计算体子所组成的体系的规律；能根据分子的微观性质计算体系的宏观热力学性质。系的宏观热力学性质。系的宏观热力学性质。系的宏观热力学性质。3.3.实验方法实验方法实验方法实验方法 第7页/共94页第八页，共94页。物理化学物理化学物理化学物理化学(w l(w l hu xu)hu xu)的学习方法的学习方法的学习方法的学习方法(1).善于总结，抓住重点 本课程概念和公式众多，逻辑性强，必须了解每一章的主要内容、关键问题和解决办法。(2).掌握重要公式，熟记使用条件，了解推导过程 注意定义公式和导出公式的区别，学会一般推导方法。(3).注意章节之间的联系 把
16、新学(xnxu)到的知识与已掌握的知识联系起来，以期达到融会贯通的目的。(4).课前预习，作好课堂笔记 要使学习变得主动而又轻松，课前预习是最明智的选择。在预习过程中，可以初步发现难点，听课时就有重点。而作好课堂笔记，则有利于集中注意力，将重要的问题用自己的语言简明扼要地记录下来，有利于今后总结复习。(5).重视习题 学习的目的在于应用。做习题是理论联系实际的第一步，是培养独立思考和解决问题的重要环节。通过解题，可检查对课堂学习内容的理解和掌握程度。第8页/共94页第九页，共94页。10 物理量的表示物理量的表示(biosh)及运算及运算 1)物理量X包括(boku)数值和单位 例：T 298
17、 K p 101.325 kPa 同量纲的可用，运算 物理量数值物理量数值 单位单位1.物理量的表示物理量的表示(数值为没有单位的纯数字数值为没有单位的纯数字)2)作图列表时应用纯数作图列表时应用纯数例：以例：以 lnp 1/T 作图作图ln(p/kPa)K/T第9页/共94页第十页，共94页。11计算时先写出量方程式，再代入数值和单位计算计算时先写出量方程式，再代入数值和单位计算 例：例：lnx，ex 中的中的 x 是物理量除以单位后的纯数是物理量除以单位后的纯数 x x/x 如：如：lnp ln(p/kPa)为简便起见，公式为简便起见，公式(gngsh)中有时将单位省中有时将单位省略略2.
18、对数对数(du sh)中的物理量中的物理量3.量值计算量值计算(j sun)第10页/共94页第十一页，共94页。物质常见物质常见(chn jin)聚集状态聚集状态(按复杂程度上升排列按复杂程度上升排列)：气、固、：气、固、液液气体性质中，气体性质中，p,V,T,n最基本，均可直接测定最基本，均可直接测定 （混合气体应包括组成）（混合气体应包括组成）压力压力 p:分子热运动分子热运动(yndng)碰撞器壁碰撞器壁 作用力作用力 单位面积单位面积 受力（压强）受力（压强）p，大量分子的宏观表现。，大量分子的宏观表现。单位：帕斯卡单位：帕斯卡 Pa，1Pa=1 N m-2 (1 atm=10132
19、5 Pa)体积体积 V :气体所占空间气体所占空间(kngjin)大小，单位大小，单位:立方米立方米 m3 温度温度 T:热力学温度，单位热力学温度，单位:开尔文开尔文 与摄氏温度的关系与摄氏温度的关系:T/K=t/C+273.15第一章第一章 气气 体体第11页/共94页第十二页，共94页。1.理想气体理想气体(l xin q t)状态状态方程方程三个经验三个经验(jngyn)定律：定律：波义尔（波义尔（Boyle）定律）定律(dngl)：pV=常数（常数（T,n 不变）不变）理想气体及其状态方程理想气体及其状态方程第12页/共94页第十三页，共94页。盖盖吕萨克（吕萨克（Charles-G
20、ay-Lussac）定律）定律(dngl)：V/T=常数常数(chngsh)（p,n 不变）不变）第13页/共94页第十四页，共94页。阿伏加德罗（阿伏加德罗（Avogadro）定律）定律(dngl)：V/n=常数（常数（p,T 不变）不变）由此可得：由此可得：pV=nRT 即理想气体即理想气体(qt)状态方程式。状态方程式。式中：式中：p 气体气体(qt)压力，单位压力，单位 Pa V 气体气体(qt)体积，单位体积，单位 m3 T 气体气体(qt)温度，单位温度，单位 K n 物质的量，单位物质的量，单位 mol R 摩尔气体摩尔气体(qt)常数，常数，8.314 J mol-1 K-1第
21、14页/共94页第十五页，共94页。实验实验(shyn)证明，气体压力越低，越符合上述方程式。证明，气体压力越低，越符合上述方程式。理想气体理想气体:在任何在任何(rnh)T,p 下都能符合理想气体状态方程式的气体。下都能符合理想气体状态方程式的气体。理想气体只是实际气体在理想气体只是实际气体在 p 0 时的极限时的极限(jxin)情况，反映了情况，反映了各种气体在低压下的共性。各种气体在低压下的共性。另有另有:pVm=RT,Vm 摩尔体积，单位摩尔体积，单位 m3 mol 1 m 气体质量，气体质量，M 气体摩尔质量气体摩尔质量和和第15页/共94页第十六页，共94页。1.3 理想气体理想气
22、体(l xin q t)混合物混合物1.混合物的组成混合物的组成(z chn)x 表示表示(biosh)液相液相组成组成y 表示气相组成表示气相组成(1)摩尔分数摩尔分数(2)质量分数质量分数2.道尔顿道尔顿Dalton定律（分压定律）定律（分压定律）气体混合物的总压力是各组分气体分压之和。气体混合物的总压力是各组分气体分压之和。第16页/共94页第十七页，共94页。对于对于(duy)理想气体混合物，理想气体混合物，某组分的分压等于同温下该气体单独存在于容器中之压某组分的分压等于同温下该气体单独存在于容器中之压力，此即分压定律（仅适用力，此即分压定律（仅适用(shyng)于理想气体于理想气体,
23、为什么？）为什么？）分压的物理分压的物理(wl)意义：意义：物质的量为物质的量为 nB 的气体的气体 B 在在 T,V 时的压力，时的压力，理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的T、V 时产生的压力总和。时产生的压力总和。道尔顿分压定律道尔顿分压定律第17页/共94页第十八页，共94页。理想气体混合物的总体积理想气体混合物的总体积(tj)V 为各组分分体积为各组分分体积(tj)VB*之和：之和：V=VB*由由可有：可有：即：理想气体混合物的总体积即：理想气体混合物的总体积V 等于各组分等于各组分B在相同温度在相同温度T及总压及总压p条件
24、条件下占有下占有(zhnyu)的分体积的分体积VB*之和。之和。阿马格定律阿马格定律3.阿马阿马(m)加加Amagat定律定律第18页/共94页第十九页，共94页。20 阿马加定律表明理想气体混合物的体积具有加和性，在相同温度(wnd)、压力下，混合后的总体积等于混合前各组分的体积之和。二定律结合可有：二定律结合可有：道尔顿定律和阿马格定律严格讲只适用道尔顿定律和阿马格定律严格讲只适用(shyng)(shyng)于理想气体混合物，不于理想气体混合物，不过对于低压下的真实气体混合物也可近似适用过对于低压下的真实气体混合物也可近似适用(shyng)(shyng)。压力较高时，分子。压力较高时，分子
25、间的相互作用不可忽略，且混合前后气体的体积大多会发生变化，同时混合间的相互作用不可忽略，且混合前后气体的体积大多会发生变化，同时混合气体中分子间的相互作用不同于同种分子，情况会更复杂，这时道尔顿定律气体中分子间的相互作用不同于同种分子，情况会更复杂，这时道尔顿定律和阿马加定律均不再适用和阿马加定律均不再适用(shyng)(shyng)，需引入偏摩尔量的概念。，需引入偏摩尔量的概念。第19页/共94页第二十页，共94页。真实气体与理想气体真实气体与理想气体(l xin q t)的偏差的偏差1.5 真实气体状态方程真实气体状态方程真实气体分子真实气体分子(fnz)有一有一定体积定体积真实气体分子真
26、实气体分子(fnz)间有作用力间有作用力:排斥力；排斥力；吸引力；吸引力；范德华范德华方程（方程（1873）对理想气体模型，作两方面修正：对理想气体模型，作两方面修正：考虑考虑分子体积分子体积 b，从，从Vm中扣除后，即为分子自由运动空间，中扣除后，即为分子自由运动空间，（Vm b）为理想气体体积。为理想气体体积。p（Vmb）RT第20页/共94页第二十一页，共94页。再考虑再考虑(kol)分子间作用力：分子间作用力：分子分子(fnz)间吸引力间吸引力 p （设减小（设减小pi）（p pi）为理想气体）为理想气体(l xin q t)压力。压力。代入理想气体状态方程，代入理想气体状态方程，对于
27、对于 n mol 气体，有：气体，有：a，b 为范德华常数，需具体测定。为范德华常数，需具体测定。pi 与气体分子数与气体分子数 N1、碰撞器壁分子数、碰撞器壁分子数 N2 成正比，即：成正比，即：pi N1 和和 N2，而，而N1 和和 N2 都正比于气体密度都正比于气体密度 ，所以，所以pi 2 与与Vm 成反比，成反比，第21页/共94页第二十二页，共94页。热力学第零定律热力学第零定律(dngl)热力学第零定律即是热平衡原理 热平衡原理的表述为:体系与环境达热平衡时,两者温度相等。若两个(lin)热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，此三个系统也必互相处于热平衡。第22页/共94页第
28、二十三页，共94页。第二章第二章第二章第二章 热力学第一热力学第一热力学第一热力学第一(dy)(dy)(dy)(dy)定律定律定律定律2.1 2.1 热力学概论及基本概念热力学概论及基本概念热力学概论及基本概念热力学概论及基本概念2.1.1 2.1.1 热力学总论热力学总论热力学总论热力学总论热力学：是研究宏观系统在能量相互转化过程中所遵循热力学：是研究宏观系统在能量相互转化过程中所遵循热力学：是研究宏观系统在能量相互转化过程中所遵循热力学：是研究宏观系统在能量相互转化过程中所遵循的规律的学科的规律的学科的规律的学科的规律的学科化学热力学：用热力学的基本原理来研究化学反应及物化学热力学：用热力
29、学的基本原理来研究化学反应及物化学热力学：用热力学的基本原理来研究化学反应及物化学热力学：用热力学的基本原理来研究化学反应及物理变化的现象理变化的现象理变化的现象理变化的现象研究对象：大量集合体；只能对现象之间的联系做宏观研究对象：大量集合体；只能对现象之间的联系做宏观研究对象：大量集合体；只能对现象之间的联系做宏观研究对象：大量集合体；只能对现象之间的联系做宏观的描述，不能做出微观的说明。的描述，不能做出微观的说明。的描述，不能做出微观的说明。的描述，不能做出微观的说明。以人类长期实践所总结的两个基本定律为基础：以人类长期实践所总结的两个基本定律为基础：以人类长期实践所总结的两个基本定律为基
30、础：以人类长期实践所总结的两个基本定律为基础：热力学第一定律：指出了各过程能量转换的准则；热力学第一定律：指出了各过程能量转换的准则；热力学第一定律：指出了各过程能量转换的准则；热力学第一定律：指出了各过程能量转换的准则；热力学第二定律：指出一定条件热力学第二定律：指出一定条件热力学第二定律：指出一定条件热力学第二定律：指出一定条件(tiojin)(tiojin)下自发变化的下自发变化的下自发变化的下自发变化的方向和限度。方向和限度。方向和限度。方向和限度。第23页/共94页第二十四页，共94页。2.2 一些一些(yxi)热力学的热力学的基本概念基本概念一、系统与环境一、系统与环境一、系统与环
31、境一、系统与环境系统：（系统：（系统：（系统：（systemsystem）又称物系或体系，作为某热力学问又称物系或体系，作为某热力学问又称物系或体系，作为某热力学问又称物系或体系，作为某热力学问题研究题研究题研究题研究(ynji)(ynji)对象的部分对象的部分对象的部分对象的部分环境：（环境：（环境：（环境：（environmentenvironment）系统以外与之相联系的物质或空间系统以外与之相联系的物质或空间系统以外与之相联系的物质或空间系统以外与之相联系的物质或空间 系统的划分并不是绝对的系统的划分并不是绝对的系统的划分并不是绝对的系统的划分并不是绝对的furnacecrucible
32、melts第24页/共94页第二十五页，共94页。按系统与环境按系统与环境按系统与环境按系统与环境(hunjng)(hunjng)交换内容可将其分为：交换内容可将其分为：交换内容可将其分为：交换内容可将其分为：敞开系统：与环境敞开系统：与环境敞开系统：与环境敞开系统：与环境(hunjng)(hunjng)既有能量交换又有物质交换既有能量交换又有物质交换既有能量交换又有物质交换既有能量交换又有物质交换封闭系统：与环境封闭系统：与环境封闭系统：与环境封闭系统：与环境(hunjng)(hunjng)有能量交换而无物质交换有能量交换而无物质交换有能量交换而无物质交换有能量交换而无物质交换隔离系统：与环
33、境隔离系统：与环境隔离系统：与环境隔离系统：与环境(hunjng)(hunjng)既无能量交换也无物质交换；既无能量交换也无物质交换；既无能量交换也无物质交换；既无能量交换也无物质交换；又称孤立系统又称孤立系统又称孤立系统又称孤立系统furnacecruciblemeltsgas tube第25页/共94页第二十六页，共94页。二、强度性质和广延性质二、强度性质和广延性质二、强度性质和广延性质二、强度性质和广延性质热力学系统的宏观性质，如热力学系统的宏观性质，如热力学系统的宏观性质，如热力学系统的宏观性质，如T T、p p、V V、mm、n n、C C、等，等，等，等，简称简称简称简称(ji(
34、ji nchng)nchng)性质。性质。性质。性质。强度性质强度性质强度性质强度性质 表现出系统质的特征，与系统中物质的数量无关。表现出系统质的特征，与系统中物质的数量无关。表现出系统质的特征，与系统中物质的数量无关。表现出系统质的特征，与系统中物质的数量无关。不具有加和性。不具有加和性。不具有加和性。不具有加和性。广延性质广延性质广延性质广延性质 表现出系统量的特征，与物质的量成正比。表现出系统量的特征，与物质的量成正比。表现出系统量的特征，与物质的量成正比。表现出系统量的特征，与物质的量成正比。具有加和性。具有加和性。具有加和性。具有加和性。四个最基本的可直接测量的热力学性质：四个最基本
35、的可直接测量的热力学性质：四个最基本的可直接测量的热力学性质：四个最基本的可直接测量的热力学性质：T T、p p、V V、n n第26页/共94页第二十七页，共94页。三、状态三、状态(zhungti)和和状态状态(zhungti)函数函数状态：系统一切性质的总和状态：系统一切性质的总和状态：系统一切性质的总和状态：系统一切性质的总和当系统的状态一定当系统的状态一定当系统的状态一定当系统的状态一定(ydng)(ydng)，系统的所有性质都一定，系统的所有性质都一定，系统的所有性质都一定，系统的所有性质都一定(ydng)(ydng)任何一个性质发生了变化，状态就随之发生变化任何一个性质发生了变化
36、，状态就随之发生变化任何一个性质发生了变化，状态就随之发生变化任何一个性质发生了变化，状态就随之发生变化状态函数所具有的特点：状态函数所具有的特点：1）取决于系统所处的平衡态（定态）取决于系统所处的平衡态（定态）2）从一个状态变至另一个状态，其变化值只取决于初末态。）从一个状态变至另一个状态，其变化值只取决于初末态。3）系统只要回到原来状态，则状态函数也恢复）系统只要回到原来状态，则状态函数也恢复(huf)原值。原值。4）状态函数（）状态函数（F）的微分是全微分）的微分是全微分描述系统的各热力学性质的量均是状态的函数，因此也称其为描述系统的各热力学性质的量均是状态的函数，因此也称其为状态函数状
37、态函数。AB第27页/共94页第二十八页，共94页。体现状态函数之间的定量关系式体现状态函数之间的定量关系式称为称为(chn wi)状态方程状态方程对于一定量的单组分均匀体系，对于一定量的单组分均匀体系，状态函数状态函数T，p，V 之间有一定之间有一定的联系。经验证，只有两个是的联系。经验证，只有两个是独立的，它们的函数关系可表独立的，它们的函数关系可表示为：示为：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想气体(l xin q t)的状态方程可表示为：pV=nRT第28页/共94页第二十九页，共94页。热力学平衡态是针对一定的环热力学平衡态是针对一定的环境而言，它包括以下四个方
38、面境而言，它包括以下四个方面(fngmin)的内容：的内容：热平衡热平衡 系统各处温度相同；非绝热系系统各处温度相同；非绝热系统时与环境也同温。统时与环境也同温。力平衡力平衡 系统各处压力同，系统与环境系统各处压力同，系统与环境边界无相对位移。边界无相对位移。相平衡相平衡 多相系统的相组成及数量不随多相系统的相组成及数量不随时间改变。时间改变。化学平衡化学平衡 系统的化学组成及数量不随时系统的化学组成及数量不随时间改变。间改变。四、热力学平衡状态四、热力学平衡状态如果处在一定环境条件下的系统，其所有的性质均不随如果处在一定环境条件下的系统，其所有的性质均不随时间而变化；而且当此系统与环境隔离后
39、时间而变化；而且当此系统与环境隔离后,也不会引起系也不会引起系统任何统任何(rnh)性质的变化性质的变化,则称该系统处于热力学平衡则称该系统处于热力学平衡状态。状态。系统中所有物理及化学性质均有确定值系统中所有物理及化学性质均有确定值热力学平衡热力学平衡态态第29页/共94页第三十页，共94页。n n过程：过程：过程：过程：n n 一定条件下系统一定条件下系统一定条件下系统一定条件下系统(xtng)(xtng)由一状态变由一状态变由一状态变由一状态变化到另一状态的经过化到另一状态的经过化到另一状态的经过化到另一状态的经过n n途径：途径：途径：途径：n n 实现一个过程的具体步骤叫作途径实现一
40、个过程的具体步骤叫作途径实现一个过程的具体步骤叫作途径实现一个过程的具体步骤叫作途径n n热力学中常见的过程：热力学中常见的过程：热力学中常见的过程：热力学中常见的过程：n n1 1）等温过程：）等温过程：）等温过程：）等温过程：T T T T环常数环常数环常数环常数n n2 2）等压过程：）等压过程：）等压过程：）等压过程：p p p p环环环环 常数常数常数常数n n3 3）定容过程：）定容过程：）定容过程：）定容过程：V V 常数常数常数常数n n4 4）绝热过程：）绝热过程：）绝热过程：）绝热过程：QQ0(0(系统系统系统系统(xtng)(xtng)与外界与外界与外界与外界无热交换）无
41、热交换）无热交换）无热交换）n n5 5）循环过程：始态与终态相同）循环过程：始态与终态相同）循环过程：始态与终态相同）循环过程：始态与终态相同五、过程五、过程(guchng)与途径与途径第30页/共94页第三十一页，共94页。2.3.12 2.3.12 热与功热与功热与功热与功功和热是能量的两种传递形式功和热是能量的两种传递形式功和热是能量的两种传递形式功和热是能量的两种传递形式不是系统本身的能量不是系统本身的能量不是系统本身的能量不是系统本身的能量只有当系统经历一个过程时才有功和热只有当系统经历一个过程时才有功和热只有当系统经历一个过程时才有功和热只有当系统经历一个过程时才有功和热 1.1
42、.热热热热:系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q Q 表表表表示示示示(biosh)(biosh)热的本质是分子无规则运动强度的一种体现热的本质是分子无规则运动强度的一种体现热的本质是分子无规则运动强度的一种体现热的本质是分子无规则运动强度的一种体现系统吸热：系统吸热：Q 0系统放热：系统放热：Q 0系统对环境做功：系统对环境做功：W0W0Q0对环境(hunjng)作功对系统作功环境 U=Q+WU 0U 0第41页/共94页第四十二页，共94页。
43、隔离系统：系统与环境之间无能量隔离系统：系统与环境之间无能量(nngling)交换，故交换，故Q=0，W=0，必有必有 U=0。因此，隔离系统的热力学能恒定不变。因此，隔离系统的热力学能恒定不变。敞开系统：系统与环境之间存在物质和能量敞开系统：系统与环境之间存在物质和能量(nngling)交换，式交换，式（2.3）和（）和（2.4）不能适用。）不能适用。理想气体的单纯理想气体的单纯pVT变化（没有相变和化学变化）时，理想气体的热变化（没有相变和化学变化）时，理想气体的热力学能只是温度的函数：力学能只是温度的函数：U=f(T)状态状态状态状态1 1状态状态状态状态2 2QQ1 1 WW1 1QQ
44、2 2 WW2 2QQ3 3 WW3 3QQ1 1 Q Q2 2 Q Q3 3，WW1 1 W W2 2 W W3 3QQ1 1 WW1 1=Q=Q2 2 WW2 2=Q=Q3 3 WW3 3第42页/共94页第四十三页，共94页。2.3.5 2.3.5 可逆过程和最大功可逆过程和最大功可逆过程和最大功可逆过程和最大功n n可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程(reversible process):(reversible process):n n 定义：在热力学中，若系统定义：在热力学中，若系统定义：在热力学中，若系统定义：在热力学中，若系统(xt(xt ng)ng)的每一步状态变化都可的每一步
45、状态变化都可的每一步状态变化都可的每一步状态变化都可以向相反的方向进行，并使系统以向相反的方向进行，并使系统以向相反的方向进行，并使系统以向相反的方向进行，并使系统(xt(xt ng)ng)和环境都恢复原状和环境都恢复原状和环境都恢复原状和环境都恢复原状而不留下其他痕迹，或者说在无限接近平衡时所进行的过程，而不留下其他痕迹，或者说在无限接近平衡时所进行的过程，而不留下其他痕迹，或者说在无限接近平衡时所进行的过程，而不留下其他痕迹，或者说在无限接近平衡时所进行的过程，称为可逆过程。称为可逆过程。称为可逆过程。称为可逆过程。恒温热源恒温热源 298K大气压力101.325kPa1mol air第4
46、3页/共94页第四十四页，共94页。可逆过程的特点：可逆过程的特点：可逆过程的特点：可逆过程的特点：（1 1）状态变化时推动力与阻力相差无限）状态变化时推动力与阻力相差无限）状态变化时推动力与阻力相差无限）状态变化时推动力与阻力相差无限(wxin)(wxin)小，小，小，小，系统与环境始终无限系统与环境始终无限系统与环境始终无限系统与环境始终无限(wxin)(wxin)接接接接 近于平衡态；近于平衡态；近于平衡态；近于平衡态；（2 2）过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方）过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方）过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方）过程中的任何一个中间态都可以
47、从正、逆两个方向到达；向到达；向到达；向到达；（3 3）系统变化一个循环后，系统和环境均恢复原态，）系统变化一个循环后，系统和环境均恢复原态，）系统变化一个循环后，系统和环境均恢复原态，）系统变化一个循环后，系统和环境均恢复原态，变化过程中无任何耗散效应；变化过程中无任何耗散效应；变化过程中无任何耗散效应；变化过程中无任何耗散效应；（4 4）等温可逆过程中，系统对环境做最大功，环境对）等温可逆过程中，系统对环境做最大功，环境对）等温可逆过程中，系统对环境做最大功，环境对）等温可逆过程中，系统对环境做最大功，环境对系统做最小功。系统做最小功。系统做最小功。系统做最小功。第44页/共94页第四十五
48、页，共94页。最大功最大功最大功最大功由于功是一个与过程（途径）有关的物理量，这样就存在某由于功是一个与过程（途径）有关的物理量，这样就存在某由于功是一个与过程（途径）有关的物理量，这样就存在某由于功是一个与过程（途径）有关的物理量，这样就存在某种途径使环境种途径使环境种途径使环境种途径使环境(hunjng)(hunjng)从系统得到最大功或环境从系统得到最大功或环境从系统得到最大功或环境从系统得到最大功或环境(hunjng)(hunjng)对系统做的功最小。对系统做的功最小。对系统做的功最小。对系统做的功最小。以一定量理想气体在气缸内恒温(hngwn)膨胀和恒温(hngwn)压缩过程为例讨论
49、可逆过程的特点：1mol理想气体在恒理想气体在恒T 下由始下由始态态末态末态 第45页/共94页第四十六页，共94页。沿沿3 3条途径条途径(tjng)(tjng)实现：实现：(a)将两堆细砂将两堆细砂(x sh)一次拿掉：一次拿掉：(b)将两堆细砂将两堆细砂(x sh)分两次拿掉：分两次拿掉：(c)每次拿掉一无限小的细砂，直至将细沙每次拿掉一无限小的细砂，直至将细沙全部拿完全部拿完第46页/共94页第四十七页，共94页。恒温膨胀恒温膨胀(png zhng)中可逆过程中系统对环境做功最大，或说恒中可逆过程中系统对环境做功最大，或说恒温可逆膨胀温可逆膨胀(png zhng)时，系统对环境作最大功
50、。时，系统对环境作最大功。过程过程(guchng)c可逆可逆过程过程(guchng)a、b不可逆不可逆为了理解为了理解(lji)“可逆可逆”的含义，现将系统由末态再压缩回去至始态，三种途的含义，现将系统由末态再压缩回去至始态，三种途径体积功如何？径体积功如何？第47页/共94页第四十八页，共94页。系统经可逆膨胀及沿原途径的可逆压缩这一循环过程后，总的结果是：系统经可逆膨胀及沿原途径的可逆压缩这一循环过程后，总的结果是：系统与环境既没有得功，也没有失功；既没有吸热，也没有放热。系统系统与环境既没有得功，也没有失功；既没有吸热，也没有放热。系统与环境完全复原，没有留下与环境完全复原，没有留下(l