1、2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院正确理解热力学基本概念，系统与环境，平衡状态，状态函数，可逆过程，反应进度；掌握热力学第一定律的叙述和数学表达式；理解热、功、热力学能、焓的定义和性质，标准摩尔反应焓，标准摩尔生成焓，标准摩尔燃烧焓的定义，能熟练计算简单状态变化，相变化，化学变化过程中的Q、W、U、H，会应用基尔霍夫公式计算不同温度下的焓02重点与难点重点与难点2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念03系统系统是所研究的那部分物质，
2、即研究对象。这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。环境环境即系统的环境，是系统以外与之相联系的那部分物质。与系统密切相关、有相互作用或影响。热力学把相互联系的物质分为系统与其环境。系统系统与环境系统与环境1、系统（system)与环境(surroundings)2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念04根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类（以体系与环境之间能否交换能量或物质为依据）（以体系与环境之间能否交换能量或物质为依据）（1）敞开体系（
3、open system） 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念05（2 2）封闭体系（）封闭体系（closed systemclosed system） 体系与环境之间体系与环境之间无物质交换无物质交换，但，但有能量交换有能量交换。2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念06（3 3）孤立体系（）孤立体系（isolated systemisolated
4、 system） 体系与环境之间体系与环境之间既无物质交换既无物质交换，又无能量交换又无能量交换，故又称为，故又称为隔隔离体系离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑系来考虑。2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念072、状态（state)与状态函数(state function)（1）状态：是静止系统的内部状态，即热力学状态。是系统所有物理、化学性质综合表现。（2）状态函数：系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处的状态
5、，而与系统的经历无关；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。如：T T，V V，U U，C CP，P P， 和 等。2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念082、状态（state)与状态函数(state function)状态函数的分类：广度性质：其数值与均匀系统中物质的量成正比，具有加和性。如：V V，U U，C CP等。强度性质：其数值与均匀系统中物质的量无关，不具有加和性。如：T T，P P， 和 等。说明：说明：广度量与广度量之比即得
6、强度量；广度量与强度量的乘积为广度量。2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念092、状态（state)与状态函数(state function)状态函数的特征：系统状态与状态函数一一单值对应，并与状态的历史无关。状态函数的增量只与系统的始末态有关与历程无关，是全微分。均相封闭系统，若各物质的量确定或不发生相变化或化学变化均可有两个独立变化性质来确定其平衡状态。dyyXdxxXdXxy2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1
7、热力学基本概念热力学基本概念102、状态（state)与状态函数(state function)（3）平衡态：是指在一定条件下，系统中各个相的宏观性质不随时间变化，且将系统与环境隔离，系统的性质仍不改变的状态。 平衡态应满足的条件：系统内部处于系统内部处于热平衡热平衡，即系统有单一的温度；，即系统有单一的温度；系统内部处于系统内部处于力平衡力平衡，即系统有单一的压力；，即系统有单一的压力；系统内部处于系统内部处于相平衡相平衡，即系统内宏观上没有任何一种物质从一，即系统内宏观上没有任何一种物质从一个相转移到另一个相；个相转移到另一个相；系统内部处于系统内部处于化学平衡化学平衡，即系统内宏观上化学
8、反应已经停止；，即系统内宏观上化学反应已经停止；2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-1 2-1 热力学基本概念热力学基本概念113、过程（state)与途径(state function)过程-系统从一个状态变化到另一个状态。途径实现从始态到终态这一过程的具体步骤，可以是一个步骤或几个步骤组成。途径与过程并不严格区分，也可将途径、步骤称为过程。 按系统内部物质变化的类型，将过程分为单纯pVT 变化，相变化和化学变化三类。特殊的过程如：恒温过程、恒压过程、恒容过程、绝热过程、循环过程等。 2022-3-25版权所有，版权所有，by
9、刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-2 2-2 热力学第一定律热力学第一定律121、功(work)系统与环境之间交换的能量有两种形式，即热和功。功的概念：功的概念：系统在广义力的作用下产生广义的位移做广义的功。功可分为体积功和非体积功功的取号：功的取号：环境对体系作功，W0；体系对环境作功，W0。（1）体积功：在一定的环境压力下系统的体积发生了变化，而与环境交换的能量。（2）非体积功：除了体积功以外的一切其它形式的功，如电功、表面功等，用符号W表示。2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-2 2-2 热力学第一定律
10、热力学第一定律131、功(work)体积功的求算：体积功的求算：dlApFdlsambWdVpamb膨胀膨胀压缩压缩F=pambAsdldVF=pambAs例如气体的膨胀例如气体的膨胀( (或压缩或压缩) )一个微小量一个微小量d dV(V(或或 -d-dV V) )宏观过程：宏观过程：21VVambambdVpdVpW由规定：系统对环境做功由规定：系统对环境做功 W0；系统放热，Q p pf f2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-11 2-11 节流膨胀与焦耳节流膨胀与焦耳- -汤姆逊效应汤姆逊效应2 2、节流膨胀的热力学特征、
11、节流膨胀的热力学特征11WpV左侧：气体在恒定压力左侧：气体在恒定压力p p1 1下下, ,体积变化为体积变化为(0-V(0-V1 1),),环境将一定环境将一定量气体压缩时所作功（即以气体为体系得到的功）为量气体压缩时所作功（即以气体为体系得到的功）为节流过程是在绝热筒中进行的，节流过程是在绝热筒中进行的，Q Q=0 =0 ，所以：所以：21UUUW 右侧；气体在恒定压力右侧；气体在恒定压力p2下，体积变化为下，体积变化为(0-V2)，通过小孔膨，通过小孔膨胀，对环境作功为胀，对环境作功为22WpV1 111 (=0)pVVVV2222 (=0)p VV VV 632022-3-25版权所有
12、，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-11 2-11 节流膨胀与焦耳节流膨胀与焦耳- -汤姆逊效应汤姆逊效应2 2、节流膨胀的热力学特征、节流膨胀的热力学特征在压缩和膨胀时气体体系净功的变化应该是两个功的代数和在压缩和膨胀时气体体系净功的变化应该是两个功的代数和121 122WWWpVp V即即211 122UUpVp V节流过程是个等焓过程。21HH移项移项22211 1Up VUpV642022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院2-11 2-11 节流膨胀与焦耳节流膨胀与焦耳- -汤姆逊效应汤姆逊效应
13、3 3、焦耳、焦耳- -汤姆逊系数汤姆逊系数 0 经节流膨胀后，气体温度降低。 T- JJ-T()HTp 称为焦称为焦- -汤系数（汤系数（Joule-Thomson Joule-Thomson coefficient),coefficient),它表示经节流过程后，气它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。体温度随压力的变化率。J-T 是体系的强度性质。因为节流过程的是体系的强度性质。因为节流过程的 , ,所以当：所以当：d0p J-TT- J0 经节流膨胀后，气体温度升高。 T- J =0 经节流膨胀后，气体温度不变。致冷效应致冷效应致热效应致热效应2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院正确理解热力学基本概念，系统与环境，平衡状态，状态函数，可逆过程，反应进度；掌握热力学第一定律的叙述和数学表达式；理解热、功、热力学能、焓的定义和性质，标准摩尔反应焓，标准摩尔生成焓，标准摩尔燃烧焓的定义，能熟练计算简单状态变化，相变化，化学变化过程中的Q、W、U、H，会应用基尔霍夫公式计算不同温度下的焓66重点与难点重点与难点2022-3-25版权所有，版权所有，by 刘海，北方民族大学化工学院刘海，北方民族大学化工学院67合合 作作 愉愉 快快
