华东理工 物理化学 第一章.ppt

华东理工大学 East China University of Science And Technology 1-2 系统的状态和状态函数 1.系统和环境 系统 —— 所研究的对象(包括物质和空间) 环境 —— 系统以外的物质和空间 分界面—— 系统与环境由实际的或想象的 分界面隔开 (1) 封闭系统——有能量得失，无物质进出 (2) 敞开系统——有能量得失，有物质进出 (3) 孤立系统——无能量得失，无物质进出 系统与环境通过分界面可有物质进出和能量得失，将系统分为三种类型： 封闭系统 W Q 气体 敞开系统 进料 出料 W+Q 孤立系统 杜瓦瓶（绝热装置） 杜瓦瓶加入NaOH溶液和含HCl的玻璃球，当打破玻璃球时，将发生中和反应。 2. 状态和状态函数 状态——系统一切性质的总和 平衡态和非平衡态 如非特别指明，状态即指平衡态 平衡态的条件： (1) 热平衡 (2) 力平衡 (3) 相平衡 (4) 化学平衡 热平衡－系统内各部分以及环境具有相同的温度。 T=T环 力平衡－系统内各部分以及环境的各种作用力达到平衡。 p=p外 相平衡－相变化达到平衡，系统中各相之间没有物质的传递，每一相的组成与物质数量不随时间而变。 化学平衡－化学反应达到平衡，没有由于化学反应而产生的系统组成随时间的变化。 恒温 T=T环=常数 恒压 p=p外=常数 状态函数——由平衡态单值决定的那些 性质，统称为状态函数。 状态函数的基本特征： 状态一定,状态函数的量值也一定； 如果状态发生变化,则状态函数量值的变化仅决定于系统的初态和终态,与所经历的具体过程无关。 状态函数的数学特征： 设X 是状态函数，应用全微分的概念。 因积分与路径无关，故可通过设计过程 求状态函数的变化。 （1）状态函数 X 的无限小变化是全微分 dX 。 当系统从初态到终态，状态函数的变化 , 表达为: （2） Z=f(x,y) ，dZ 是全微分 二阶混合偏导数与求导次序无关 设 Z 是状态函数，应用全微分的概念。 ◆如果有一个变量，只决定于系统的初终状态，而与所经历的具体过程无关，那么它一定对应着一个状态函数的变化。 ◆如能证明某函数的无限小变化是全微分，则它必定是一个状态函数。 引申： 关于状态函数和过程变量的区别： 状态函数仅由系统的状态决定，其变化仅与初终状态有关，与具体过程无关，可以用全微分表示(dX)。 过程变量既与系统的初终状态有关，还与具体过程有关，不能用全微分表示(dQ)。 3. 可以直接观察或测量的四个基本的状态函数 ◆ 压力 p ——作用于单位面积上的法向力。 单位：Pa 1atm=101325Pa ◆ 体积 V ——物质所占据空间的大小。 单位：m3 ◆ 温度 T ——物质冷热程度的度量。 热力学温标 单位：K（开尔文，简称开） ◆ 物质的量 n —— 物质中指定的基本单元的数目除以阿伏加德罗常数。 单位：mol 必须首先指明物质的基本单元 4. 强度性质和广延性质 ◆ 强度性质——与物质的数量无关 表现系统“质”的特征 如 p, T ◆ 广延性质——容量性质 与所含物质的数量成正比 表现系统“量”的特征，如 V, n ◆ 摩尔性质——广延性质除以物质的量 强度性质 如摩尔体积 Vm=V/n，单位物质的量的体积 思考题： 下列函数中， 是广延性质的状态函数， 是强度性质的状态函数。 A B C D 解：C B 有关状态函数的基本假定（状态公理）： 对于一个均相系统，如果不考虑除压力以外的其他广义力，为了确定平衡态，除了系统中每一种物质的数量外，还需确定两个独立的状态函数。 5. 状态方程 状态方程——联系各状态函数的数学方程，但习惯上只将联系 p、V、T、n 的方程称为状态方程。 纯物质系统： 理想气体状态方程 pV=nRT 范德华方程 华东理工大学 East China University of Science And Technology