福建农林大学教案

编号：1 课时安排：2学时 教学课型：理论课□ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 其它□ 题目（教学章、节或主题）： 0 绪论 1.1 热力学的研究对象和基本概念 1.2 热力学第一定律 1.3热与过程（1.3.1-1.3.3) 教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 理解与热力学第一定律有关的几个基本概念，掌握状态函数与功、热之间的区别和联系． 教学内容（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 绪论 1. 热力学第一定律及其应用 1.1 热力学研究对象和基本概念 1.1.1 体系和环境 1.1.2 状态和状态函数* 1.2 热力学第一定律 1.2.1 热和功 1.2.2 热力学能* 1.2.3 热力学第一定律* 1.3 热与过程 1.3.1 恒容热*# 1.3.2 恒压热*# 1.3.3 相变焓(相变热) 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授法与举证法 媒介：多媒体教学 板书设计： 绪论 1. Definition（定义） of physical chemistry 2. Contents of physical chemistry 3. Advice of studying physical chemistry 1. 热力学第一定律及其应用 1.1 热力学研究对象和基本概念 1.1.1 体系和环境 1.概念 体系:被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。 环境:与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。 2.体系分类 1 根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： 1）敞开体系:敞开体系与环境之间既有能量交换，又有物质交换。 2）封闭体系:封闭体系与环境之间有能量交换，但无物质交换。 3）孤立体系:孤立体系与环境之间既无物质交换，又量交换，故又称为隔离体系。 有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。 注意:体系的划分是人为的,我们可以根据不同的需求划分不同的体系。 1.1.2 状态和状态函数 1. 状态 2. 状态函数 1)概念:描述体系状态的性质 T、p、V及U、H、S、F、G等均为状态函数 2)注意: a. 状态函数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。 b. 状态函数在数学上具有全微分的性质。 全微分 zz()y()x xy zz dz()ydx()xdyxy 状态函数Z的改变量ΔZ可表示为： Z 2 ZdZZ2Z1Z1 当体系恢复原来状态时 dZ0 3. 状态方程 zf(x,y) 2

例如,对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T，p，V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是的，它们的函数关系可表示为： T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T） 理想气体的状态方程：pV=nRT 4. 状态函数的分类 按其与物质的量之间的关系可分为两类：广度性质和强度性质 1）广度性质(容量性质) 广度性质的数值与体系的物质的量成正比，这种性质具有加和性，又称为容量性质，如体积、质量、熵等。 2）强度性质 强度性质与体系的物质的量无关，不具有加和性，如温度、压力等。 注意:若指定了物质的量, 容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。 Vm=V/n 1.2 热力学第一定律 1.2.1 热和功 1.热 概念:体系与环境之间因温差而被传递的能量称为热，用符号Q 表示。 热的符号 体系吸热为正 Q>0 体系放热为负 Q<0 注意：1）Q不是状态函数； 2）热交换时，体系温度发生变化，则称为显热；若体系温度不变，如发生相变、化学变化，则称为潜热 2.功 概念: 体系与环境之间除热以外的其它被传递的能量都称为功，用符号W表示。 功的符号 环境对体系作功: W > 0 体系对环境作功: W < 0 功可分为体积功和非体积功两大类。 所有的功均可表示为广义的力（强度性质）×广义的位移（广度性质的变化量）。 体系与环境交换的总功 Wp外dV(fdlEdQdA.......)W体W' W体p外dV——体积功(推导) dV>0，体系体积膨胀，体系对环境做功，W<0； dV<0，体系体积缩小，环境对体系做功，W>0； 'W(fdlEdQdA.......)非体积功 ——注意： 热和功都是被传递的能量，它们总是与体系所发生的具体过程相联系的，因此，Q 和 W 都不是状态函数，微小变化过程中的热和功应分别用 Q 和 W 表示。 1.2.2 热力学能 体系总能量E是体系整体运动的动能T、体系在外力场中的位能V和体系的热力学能U（也称为内

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能）三部分的总和。 热力学能是指体系内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。 UUtUrUvUeUnU分子分子...... 注意： 1）热力学能是状态函数。 2）热力学能与体系的物质量成正比，是容量性质。 3）它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值 U。 4) 对于一个单组分均相封闭体系，热力学能可表示为下列函数形式： U=f（T，V） 或 U=f（T，p） 热力学能的全微分则可分别表示为 UUdU()VdT()TdVU=f（T，V） TV UUdU()pdT()TdpU=f（T，p） Tp 1.2.3 热力学第一定律 文字表述(两种) 1.孤立体系中能量的形式可以相互转化(在热力学能、热和功之间相互转化) ，但能量的总量不变。——能量守恒与转化定律 2.第一类永动机是不可能实现的。 热力学第一定律的数学表达式 UQW 对微小变化 dUQW 热力学能是状态函数，在数学上具有全微分性质，微小变化可用 dU 表示；Q 和 W 不是状态函数，微小变化则用  表示，以示区别。 1.3 热与过程 1.3.1 恒容热 若封闭体系进行一恒容、只有体积功的过程，  U  Q V （ dV=0；W’=0; 封闭体系） QV —— 恒容热效应 注意： QV 只是在数值上与状态函数 U 的改变量相等，但 QV 不是状态函数。 1.3.2 恒压热 若保持封闭体系的压力恒定dp=0，[p外=p1=p2=常数（p1，p2分别QpUW为始、终态压力），且只做体积功， V2 (U2U1)p外dV（ dp=0；W’=0; 封闭体系） V1(U2U1)(p2V2p1V1) (U2p2V2)(U1p1V1) 4 定义: （ H—焓） HUpV则 QP＝△H （ dp=0；W’=0; 封闭体系） 注意： （1）H是状态函数，是广度性质。 （2）HU+pV 中的p为体系的压力。 （3）H具有能量的量纲，但焓不是能量，且绝对值无法测定。 （4）Qp为恒压热效应，是封闭体系、只做体积功的恒压过程热。 Qp只是在数值上与状态函数H的改变量相等，但Qp不是状态函数。 1.3.3 相变焓(相变热) 体系中的物质从一个相转移至另一个相的过程称为相变化过程。 常见的相变化过程有蒸发、冷凝、熔化、凝固等。 在恒温和该温度的平衡压力下且W’=0时，相变过程所伴随的热效应为相变焓或相变热。以符号Δ相变H（T）表示。 讨论、思考题、作业： 热力学第一定律要解决的问题、文字表述及数学表达式是什么？ 参考书目： 1. 《物理化学与胶体化学》 叶非 主编，中国农业出版社. 2. 《简明物理化学》杜凤沛、高丕英 主编，高等教育出版社. 3. 《物理化学》上、下册，傅献彩等，高教出版社 4. 《物理化学》，薛家骅主编，全国高等农业院教统编教材，农业出版社 5. Chemistry-The Central Science. Eighth Edition by Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Jr., Bruce E. Bursten. China Machine Press(机械工业出版社). 2003 6. General Chemistry，张英珊编，化学工业出版社. 2003 7. 《物理化学简明双语教程》 何美，周华锋主编，中国石化出版社. 8. 《物理化学双语基础》 侯纯明主编，中国石化出版社. 教师姓名： 谢勇平 职称：讲师 年 月 日

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