《物理化学》电子教案(上册) 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 10:33:13星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

《物理化学》教案(上册)

环境 系统

【讲 解】封闭系统是我们最常遇到的系统,是研究的重点。 【引 言】下面介绍另外两个概念 【板 书】二、状态和状态函数

1. 状态:是指系统的物理性质和化学性质的综合表现。 2. 状态性质:是指系统状态的性质,也叫状态函数。

【讲 解】如质量、体积、温度、压力、浓度等以及内能、焓、熵等,以后还会学到热力学

能、焓、熵、自由能等。当所有的状态性质都不随时间而发生变化时,则称系统处于一定的状态。这些性质中只要有任意一个发生了变化,就说系统的热力学状态发生了变化。

【板 书】按性质的数值是否与物质的数量有关,可将其分为两类:

(1)广度量(容量性质):性质与物质的数量称正比的,有加和性;如质量、体

积、热力学能等;

(2)强度量(强度性质):性质与物质的数量无关的,无加和性;如温度、压力、

密度等。

注意:广度量与广度量之比为强度量,广度量与强度量之积为广度量。 【引 言】上面所讨论的状态,指的是平衡状态,简称平衡态。所谓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。只有当系统处于平衡态时,每个相的各种性质才有确定不变的值。

那么,系统处于平衡态应满足哪些条件呢?

9

《物理化学》教案(上册)

【板 书】3. 系统处于平衡态应满足的条件:

(1)系统内部处于热平衡,即系统有单一的温度; (2)系统内部处于力平衡,即系统有单一的压力;

(3)系统内部处于相平衡,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;

(4)系统内部处于化学平衡,即宏观上系统内的化学反应已经停止。

总之,当系统的温度、压力及各个相中各个组分的物质的量均不随时间变化

时的状态,即为平衡态。

【讲 解】几点说明:①系统的热力学性质只说明系统当时所处的状态,而不能说明系统以

前或以后的状态;

②系统的状态性质之间不是互相独立的,而是互相关联的; ③定量定组成的封闭系统,两个状态函数就可以确定体系的状态。 【引 言】系统的性质决定于系统的状态。系统的状态发生变化时,其一系列性质也随之变

化。各性质的改变值只取决于系统的变化前、变化后的状态(即始态、终态),与变化时系统所经历的途径无关。那么什么是途径呢?它与过程有何区别呢?下面就来介绍一下途径和过程这两个概念。

【板 书】三、过程和途径

① 过程:是系统状态所发生的一切变化。

② 途径:是系统由同一始态到同一终态的不同方式,或完成某一过程的具体步骤,

也称为途径,或实现某一过程的具体步骤。

【讲 解】 如果系统的状态是在温度一定的条件下发生了变化,可称为定温过程;同理还有

定压过程、定容过程以及循环过程等。

【板 书】4. 根据过程发生时的条件,可将过程分为:

① 等温过程:T1=T2 =Te 且PV=K,注意:不要理解为过程中温度保持不变,而

是始态和终态的温度相同。

② 等压过程:P1=P2=Pe 且V/T=K,若Pe=K称为恒外压过程(注意区别于恒压

过程)。

③ 等容过程:V1=V2 且P/V=K 即始态和终态体积相同。

④ 绝热过程:系统和环境之间不存在热量传递即Q=0;若过程进行极迅速或瞬间

10

《物理化学》教案(上册)

完成均可视为绝热过程。

⑤ 循环过程:系统从某一状态出发,经过一系列的变化又回到原来的状态,其状

态函数的改变值为0。

【引 言】下面介绍状态函数和全微分性质。 【板 书】5. 状态函数和全微分性质

设Z=f(T,P)是系统的状态函数,则Z的值只决定于体系的状态,体系由A 态改变到B态,Z值的改变为ΔZ=ZB-ZA=∫dZ,若在循环过程中的变化为∮dZ=0。 ① Z的全微分形式:dZ=(?Z/?T)PdT+(?Z/?P)TdP; ② 状态函数的二阶偏导数与求导的次序无关,即

〔?/?P(?Z/?T)P〕T =〔?/?T(?Z/?P)T〕P;

③ 状态函数偏导数的倒数关系:(?P/?T)V=1/(?T/?P)V; ④ 状态函数偏导数的循环关系:

(?P/?T)V(?T/?V)P(?V/?P)T=-1;

⑤ 已知dZ=(?Z/?T)PdT+(?Z/?P)TdP,两端除以dT,V不变的条件下,得:

(?Z/?T)V =(?Z/?T)P +(?Z/?P)T(?P/?T)V 。

§2-2 热力学第一定律

【本节重点】热力学第一定律的本质的理解 【本节难点】热力学第一定律的表达式及其应用

【引 言】热力学第一定律的本质是能量守恒定律。能量不能无中生有,也不能

无形消灭。它只能从一种形式转换为另一种形式,而且不同形式的能量在相互转化时有着严格的当量关系,这就是著名的热功当量。

11

《物理化学》教案(上册)

【板 书】一、功(W)

系统与环境之间交换的能量有两种形式:功和热。 1. 功的符号为W,单位为J或kJ;

2. W>0时,是环境对系统作功;W<0时,时系统对环境作功; 3. 功分为体积功(膨胀功)W和非体积功W′(如电功、表面功等); 4. 功不是状态函数,不具有全微分性质,微量功记作δW而不是dW。 【板 书】二、热(Q)

由于系统与环境之间温度的不同,导致两者之间交换的能量称为热。 1. 热的符号为Q,单位为J或kJ;

2. Q>0时,表示系统吸热;Q<0时,表示系统放热;

3. 热不是状态函数,不具有全微分性质,微量热记作δQ而不是dQ。 三、热力学能(U)

也叫内能,符号为U,单位是J或kJ,是系统内部的一切能量,是状态函数,

广度量。

绝热条件下,系统始态热力学能为U1,终态的热力学能为U2,则有

ΔU=U2-U1=W(Q=0)。

【板 书】四、热力学第一定律 1. 本质:能量守恒

2. 表达式:ΔU=Q+W (孤立系统ΔU=0) 3. 文字表述:第一类永动机是不可能造成的 【提 问】五、功和热的联系与区别

12