《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？

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【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

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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。

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【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

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