热力学基本概念..doc

(完整word)热力学基本概念.
模块二
热力学第一定律
单元名称
1．1化学热力学基本概念；
授课学时
2
授课班级
14级工业分析与检验班
授课日期
2015．3．18
授课地点
教室
教学内容
化学热力学基本概念.
教学目标
知识目标
1。了解化学热力学基本概念；可逆过程的特征
2.明确状态函数的特性
3。理解热力学平衡态
4.掌握体积功的计算

能力目标
1.熟练的计算体积功；
2.分析对比相近概念的能力

重点与
难点
重点
1.状态函数的特性;
2。体积功的计算
难点
可逆过程的特征
解决措施
老师采用多媒体授课，采用典型案例教学法使学生.明确可逆过程的特征；

能力训练任务
分析案例，培养学生认知、探索新生事物意识
教学方法与手段
案例教学法；启发教学法;小组讨论法；多媒体
教学准备
教材、教案、多媒体课件、典型案例等。
课后作业
P58 3-1，

【回顾】物化在化学基础中的地位？
【任务提出】物化是干什么的我们为什么要学习?
教学单元过程设计
教学
环节
教学内容与过程
学生
活动
时间分配
教学内容
组织形式
教学方法与手段
复习
回顾

物理化学的内容

启发,案例
提问法
思考
回答
3min
任务
提出

由化学热力学的任务
提出化学热力学基本概念
PPT
板书：标题
化学热力学基本概念
问题引导法
案例分析法
思考
写笔记
3 min
资讯1

列举生活中常见现象着手,如冰的融化等，引入热力学相关概念

分析热力学过程，包括恒温过程、恒压过程、恒容过程、绝热过程、可逆过程

PPT
板书： 1、体系与环境
体系分类
（1）敞开体系
(2）封闭体系
（3）孤立体系
2.状态函数
状态函数的定义
状态函数的特性状态函数性质
3.过程与途径
常见的变化过程
可逆过程
4.热力学基本概念——热力学平衡
5.热和功

典型实例展开分析比较
听、记
思考
回答
45min
温顾资讯
总结本节课主要知识点,包括几个常见热力学过程
口述
提问、归纳
思考
回答
4min
资讯2
分解知识点
分析W的计算

PPT
板书：
体积功的计算
问题引导法
小组讨论法
举例分析

听、记
思考
回答
20min
资讯3
分解知识点,公式使用条件
PPT
板书：体积功的计算公式

小组讨论法
听、记
思考
回答
5min

分解知识点
PPT
板书:例3—1
问题引导法
提问、归纳

5 min
项目准备实施
1.网络中心；
2。电脑、音响等

分解教学法
问题引导法
小组讨论法

课下完成
项目
检查
检查情况
巡视、检查
小组讨论法

3min
评估与讨论
1。评估总结任务实施过程；
2.分析任务完成结果
语言总结
问题引导法

2min
课后作业
P58 3—1,
化学热力学基本概念
化学热力学的任务
• 一定条件下,过程（反应)能否自动进行;
• 一定条件下,过程(反应)的限度及最大产量;
• 过程（反应）的能量（热、功）转换及其规律。
热力学(Thermodynamics）内容
• 热力学第一定律：
第一类永动机不可能，对过程能量转换进行计算.
• 热力学第二定律：
第二类永动机不可能，判断过程进行方向、限度（化学平衡、相平衡）。
• 热力学第三定律：
解决化学平衡有关计算（规则）问题。
1、体系与环境
体系(System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开,这种分离可以是实际的,也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。
环境（surroundings） 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。

体系分类
根据体系与环境之间能量和物质交换的特点，把体系分为三类:
（1）敞开体系(open system）
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。

（2)封闭体系（closed system）
体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。

3）孤立体系（isolated system)
体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，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：

可见，体系与环境的划分并不是绝对的，实际上带有一定的人为性。原则上说,对于同一问题，不论选哪个部分作为体系都可将问题解决，只是在处理上有简便与复杂之分。因此，要尽量选便于处理的部分作为体系.一般情况下，选择哪一部分作为体系是明显的，但是在某些特殊场合下,选择方便问题处理的体系并非一目了然。
2 、状态函数
体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它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。具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原.
状态函数在数学上具有全微分的性质。
体系的性质-状态函数性质
用宏观可测性质来描述体系的热力学状态,故这些性质又称为热力学变量.可分为两类:
广延性质（extensive properties）
又称为容量性质,它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学上是一次齐函数。
强度性质（intensive properties）
它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等.它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质,如摩尔热容。

3.过程与途径
（1）体系状态的任何变化称过程(process).

始态————-——————-————→ 终态
过程（具体可通过不同的途径来实现)

（2) 实现状态变化的具体步骤称为途径（path）.
根据过程有无相变及化学反应分：
简单状态变化过程:T，p，V变化
化学变化过程
相变过程
常见的变化过程

◆恒温过程： T始=T终=T外=常数

◆恒压过程： p始=p终=p外=常数

◆恒容过程: 在变化过程中容积始终不变
◆绝热过程: 在变化过程中，体系与环境不发生热的传递
◆循环过程: 体系从始态出发,经过 一系列变化后又回到了始态的变化过程.在这个过程中，所有状态函数的变量等于零.

可逆过程（reversible process）
体系经过某一过程从状态(1）变到状态（2）之后,如果能使体系和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。否则为不可逆过程.

在热力学中，我们将这种由一系列无限接近于平衡的状态所组成的，中间每一步都可以向相反方向进行而不在环境中留下任何痕迹的过程称为可逆过程.简单的说，就是某一过程发生之后，若能找到一种过程使体系和环境都恢复原状，则原过程就称为 .
可逆过程的特点
（1)过程无限缓慢,整个过程是由一连串无限接近 于平衡的状态所构成。(准静态过程）
（2)没有任何耗散，过程沿着原途径反向进行 时,体系与环境都可以恢复原状，即实现“双复原"。
（Qr= - Q逆 ； Wr = — W逆)
（3）若做功则最大；若耗功则最小。
（4）一种理想过程 温差无限小的传热过程； 压力差无限小的体积变化过程；相变点进行的相变。
4.热力学基本概念——热力学平衡 （equilibrium state)
热力学平衡态：在一定条件下,系统性质不随时间变化，且将系统与环境隔离，系统的性质仍不改变的状态。
系统处于平衡态所满足的条件：系统内部处于
① 热平衡： 系统有单一的温度;
② 力平衡： 系统有单一的压力;
③ 相平衡: 宏观上（处于动态平衡，微观上不满足）没有任何一种物质从一个相转移到另一个相；
④ 化学平衡：宏观上系统内的化学反应停止。
5.热和功
体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。 Q的取号：体系吸热，Q>0；体系放热，Q<0 .
功（work）
体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。
功可分为体积功和非体积功两大类。W的取号：环境对体系作功,W〉0；体系对环境作功,W〈0 。
Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
• Q 不是状态函数, 微小变化过程的热, 用δQ 表示，不能用全微分dQ 表示.
• W不是状态函数, 微小变化过程的功,用δW表示，不能用全微分dW表示。
体积功 （W) 膨胀功W = 压强 ´ 体积变化
注 意：1）热和功不是状态函数，而是过程的属性,是过程的产物，其数值与途径有关.因此，如果体系处于指定的状态时，说“体系有多少热"或者“体系有多少功"都是错误的。
2）体系反抗的外压越大,体系所做的功也越大.
3)功(热）大小的比较，只看绝对值的大小。
4）W总=∑wi ; Q总=∑Qi

6.体积功的计算

常见过程的功计算