热力学基本概念

1、 潍坊职业学院教案案首模块二热力学第一定律单元名称 11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2015318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

2、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，潍坊职业学院教案【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

3、）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

4、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

5、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

6、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；

7、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

8、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

9、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

10、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 热平衡： 系统有单一的温度； 力平衡： 系统有单一的压力； 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； 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Q 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W表示,不能用全微分dW表示。体积功 (W) 膨胀功W = 压强