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热力学第一定律

无机化学
01
热和功
02
目录
CONTENTS
03
热力学能
热力学第一定律
热和功
01
热和功
1、热和功
体系和环境之间的两种能量传递形式。单位：kJ或J。
a. 定义
热：在物理或化学变化的过程中，体系与环境之间因温差而传递的能量。
功：在物理或化学变化的过程中，体系与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。
b. 符号
热的符号为Q，体系吸热为“+” ，体系放热为“–”；
功的符号为W，体系对环境做功为“–” ，环境对体系做功为“+”。
热和功
功(work)：在热力学中，除热以外，其他各种被传递的能量都称为功，用符号W表示。
功可分为：
体积功：系统因体积变化反抗外力作用而对环境做的功称体积功；
非体积功：除体积功之外其他形式的功均为非体积功，如电功、表面功、机械功、声功等。化学反应中，系统一般只做体积功。
热力学上规定：当系统的体积改变△V＞0时，系统对环境做功，W为负值；当体积改变△V＜0时，环境对系统做功，W为正值。二者均可表示为
W =－p△V
热和功是能量传递的两种形式，它们与变化的途径有关，都不是状态函数。
02
热力学能
热力学能
2．热力学能
系统中一切形式能量的总和称为热力学能(thermodynamic energy)，又称内能，以符号U表示，具有能量单位。
热力学能是状态函数。当系统从一种状态变化到另一种状态时，热力学能的增量△U只与系统的始态和终态有关而与变化的途径无关。
热力学能
系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动、微粒间相互作用的势能以及电子运动和核运动。
热力学能的大小与系统的温度、体积、压力以及物质的量有关。
内能的特征：
状态函数
广度性质
无绝对数值
思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的热力学能相同吗？
答: 相同。
03
热力学第一定律
热力学第一定律
能量守恒定律（热力学第一定律）：
“自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化成另一种形式，或从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递的过程中总能量不变。”
热力学第一定律的实质是：
能量守恒定律在热力学中的的应用。
热力学第一定律
一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热Q ，得功w，变到状态2，热力学能U2，则有：
Q > 0
w > 0
ΔU = Q +w
热力学第一定律数学表达式
热力学第一定律
含义：封闭体系热力学能的改变量ΔU等于体系吸收的热与体系从环境所得的功之和，即体系与环境之间能量的净转移。
如：某体系吸热40 kJ mol –1 ，对环境做功20 kJ mol –1 ，求体系和环境内能的改变量？
ΔU体= Q+W = 40+（–20 ）= 20 kJ mol –1 ；
ΔU环= Q+W = –40+20= –20 kJ mol –1
热力学第一定律
热力学第一定律
“在任何过程中，能量是不会自生自灭的，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总值不变。”这个规律称为热力学第一定律（the first law of thermodynamics）。
热力学第一定律可以简述为：系统热力学能的变化（△U）等于环境以热的形式供给系统的能量加上环境对系统所做的功。
热力学第一定律的数学表达式为：
△U = U2－U1 = Q＋W
课程小结
本节重点
热和功
热力学第一定律

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