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2011化工工程师考试：无机化学 学习方案汇总

一、热力学第一定律

(一)热和功

热是由于体系与环境之间存在着温差，而在体系与环境之间进行交换和传递的能量，以符号Q表示。

功除热以外的其它能量交换形式统称为功，如电功、膨胀功、表面功等。以符号W表示，在化学反应体系中如果有气体物质参与，体系常反抗外压做膨胀功(体积功)，W = P?ΔV。除膨胀功以外的所有其它形式的功都叫有用功。

热和功的单位常用J或kJ。由于热和功是体系在变化过程中的一种能量交换形式，因而它们不是体系的性质，也就不是体系的状态函数。例如我们不能说体系含多少热量而只能说体系在某一过程中放出或吸收多少热量。

以热和功的方式交换和传递的能量不仅有大小，还有方向问题。在热力学中热和功的能量传递方向用正、负号表示。规定：如果体系从环境吸收热量Q为正值;体系向环境放出热量Q为负值。如果体系对环境做功W为正值，环境对体系做功W为负值。

因为正、负号在热和功的描述中具有特殊的物理意义，所以在进行热和功的书写和计算时不能省略。

(二)热力学第一定律

热力学第一定律就是能量守恒定律。即自然界的一切物质都有能量，能量具有不同的形式，能量可以从一种形式转化成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，但在能量的转化和传递过程中，能量的总值保持不变。

因为体系与环境之间进行的能量交换或传递只有热和功两种形式。当一个封闭体系由内能U1的始态经过一个变化过程到内能为U2的终态时，体系的内能的变化值

ΔU = U2 - U1

设在此过程中，体系从环境吸收了热量为Q，同时体系对环境做的功为W，根据热力学第一定律，体系的内能变化值为

ΔU = Q – W

该式是热力学第一定律的数学表达式。其物理意义是：封闭体系从一个状态变化到另一个状态时，其内能的变化值等于体系从环境吸收的热量减去体系对环境所做的功。

[例2-1] 已知体系在一变化过程中吸收了60OJ热量，同时体系对环境做了45OJ的功，求体系的内能变化。

解： Q = +600J, W = +450J

ΔU = Q – W

=(+600)– (+450)= +150 (J)

答：体系的内能的变化值是+150J。

即体系在变化过程中，从环境获得能量使体系的内能增加。

在体系内能发生变化的同时，环境的能量也发生了相应的变化。体系吸收了热量，意味着环境失去同等的热量，当体系作功时，环境相当于作了负功。因此体系的内能变化等于环境的内能变化，但符号相反。

ΔU体系= ΔU环境

ΔU体系 + ΔU环境= 0

所以，热力学第一定律即在宇宙中的总能量是恒定不变的。

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