第一章冶金热力学 1.1引言 冶金热力学的性质和研究内容 将热力学基本原理用于研究冶金过程、化学变化及相关的物理现象即为冶金热力 热力学实用于宏观体系,它的基础主要是热力学第一定律和热力学第二定律。其 中第一定律用于研究这些变化中的能量传化问题,第二定律用于上述变化过程的方 向、限度以及化学平衡和相平衡的理论。 概括起来,热力学研究的内容为:方向和限度问题。 、局限性: 热力学不涉及过程的速率和机理。这一特点决定了它的局限性,即只指出某一变化 在一定条件下能否发生,若能发生,其方向和限度如何,而无法解释其发生的道理 也不可能预测实际产量。只预测反应发生的可能性,而不问其现实性;只指出反应 的方向、变化前后的状态,而不能得出变化的速率
1．1 引言 一、冶金热力学的性质和研究内容： • 将热力学基本原理用于研究冶金过程、化学变化及相关的物理现象即为冶金热力 学。 • 热力学实用于宏观体系，它的基础主要是热力学第一定律和热力学第二定律。其 中第一定律用于研究这些变化中的能量传化问题，第二定律用于上述变化过程的方 向、限度以及化学平衡和相平衡的理论。 •概括起来，热力学研究的内容为：方向和限度问题。 二、局限性： 热力学不涉及过程的速率和机理。这一特点决定了它的局限性，即只指出某一变化 在一定条件下能否发生，若能发生，其方向和限度如何，而无法解释其发生的道理， 也不可能预测实际产量。只预测反应发生的可能性，而不问其现实性；只指出反应 的方向、变化前后的状态，而不能得出变化的速率。 第一章 冶金热力学
第一章冶金热力学 2热力学基本概念 、系统与环境 、体系的性质、状态、状态函数 体系表现出来的宏观性质称为体系的热力学性质,也称热力学变量。如质量、温度、 体积、压力、密度、表面张力、电导率等。体系的各性质之间有一定关系,在一定状态下 可以采用数学函数表示这种关系,即称为状态函数 体系状态和状态函数是单值对应的, 三、过程和途径 等温过程;等压过程;等容过程;绝热过程;可逆过程; 对复杂的冶金过程,一般无法用单一过程描述,但可以结合状态函数的特点,将复杂 过程分解成若干个上述的单一过程的组合
1．2 热力学基本概念 一、系统与环境 二、体系的性质、状态、状态函数 体系表现出来的宏观性质称为体系的热力学性质，也称热力学变量。如质量、温度、 体积、压力、密度、表面张力、电导率等。体系的各性质之间有一定关系，在一定状态下， 可以采用数学函数表示这种关系，即称为状态函数。 体系状态和状态函数是单值对应的， 三、过程和途径 等温过程；等压过程；等容过程；绝热过程；可逆过程； 对复杂的冶金过程，一般无法用单一过程描述，但可以结合状态函数的特点，将复杂 过程分解成若干个上述的单一过程的组合。 第一章 冶金热力学
第一章冶金热力学 四、热和功 热和功是体系发生变化时与环境交换能量的两种形式。它们都不是体系的性质。热和 功都用能量单位,常用焦尔(J,千焦尔(kJ)表示 体系与环境之间由于温度的不同而传递的能量为热,以Q表示。 体系与环境之间传递的其它形式的能量统称为功,以W表示 五、内能 内能是体系内部储存的总能量,常用U表示,单位为KJ或J。 内能绝对值的不可知性。当体系状态改变后,内能的变化常以功、能的形式表现出来 而这一部分能量是可测的,所以,常用到内能的变化值△U 内能是体系的性质,是状态函数
四、热和功 热和功是体系发生变化时与环境交换能量的两种形式。它们都不是体系的性质。热和 功都用能量单位，常用焦尔（J），千焦尔（kJ）表示。 体系与环境之间由于温度的不同而传递的能量为热，以 Q 表示。 体系 与环境之间传递的其它形式的能量统称为功，以 W 表示。 五、内能 内能是体系内部储存的总能量，常用 U 表示，单位为 KJ 或 J。 内能绝对值的不可知性。当体系状态改变后，内能的变化常以功、能的形式表现出来， 而这一部分能量是可测的，所以，常用到内能的变化值ΔU。 内能是体系的性质，是状态函数， 第一章 冶金热力学
第一章冶金热力学 1.3能量守恒-热力学第一定律 热力学第一定律 1、学第一定律的数学表述 △U=Q+W du=8Q+8w (1-1) 符号:Q表示热能,W表示体系状态变化所做的功d表示微分,8表示微小变化 变量δQ和δW取决于经过的路径,而dU仅取决于始末态 2、它几点说明 (1)对一个孤立的体系,热力学第一定律实际即为能量守恒定律; (2)功W可以是机械功或者是某种其他形式的功(而是化学的等等),机械功 般是由压力引起的,并可表示为-PdV,如果以W表示非机械功,则有 J=8Q-PdV+8 W (1-3) (3)各参量的正负号问题,在(1-1)中,吸热时Q为正,环境对体系做功时W 为正
1．3 能量守恒----热力学第一定律 一、 热力学第一定律 1、 学第一定律的数学表述 ΔU=Q+W dU=δQ+δW （1-1） 符号：Q 表示热能，W 表示体系状态变化所做的功 d 表示微分, δ表示微小变化。 变量δQ 和δW 取决于经过的路径，而 dU 仅取决于始末态 2、 它几点说明 （1） 对一个孤立的体系，热力学第一定律实际即为能量守恒定律； （2） 功 W 可以是机械功或者是某种其他形式的功（而是化学的等等），机械功 一般是由压力引起的，并可表示为-PdV，如果以 W´表示非机械功，则有 d U=δQ-PdV+δW´ （1-3） （3） 各参量的正负号问题，在（1-1）中，吸热时 Q 为正，环境对体系做功时 W 为正。 第一章 冶金热力学
第一章冶金热力学 一、热与焓 1焓和热的关系 冶金中最常见的的恒压下,此时有 Q=△UHP△V或8Q=d+PVd(UHPV) 取HUHⅣ(焓的定义式),则有 dh 8Qp (1-8) H为状态函数,其热值只取决于体系的末态,与过程的具休途径无关。 2.几点说明 (1)由推导可知,只有在恒压状态,焓变等于过程吸放热值。 (2)焓的敏对值的柯踟性。和U-样也无法知道H的確值但可测得其变 化值。通常利用个取为标的状态为参考点,得出过程状态变的△H (3)标准街犬态:对个元素来说,标雀态是在25C(28K和玉力为大气压 下,它能稳定存在的态,此时△F0,其。如29K时为固态的元素,△H °2-0。对298K时的汽气态元素,在101325a时,△H2=0 (4)化合物的成含:标犬态下,由稳定单质生成1mle某化合物的反应 的焓变△H
一、 热与焓 1焓和热的关系 冶金中最常见的的恒压下，此时有 QP=ΔU+PΔV 或 δQP= dU + PdV =d（U+PV） （1-7） 取H=U+PV（焓的定义式），则有 dH=δQP （1-8） H为状态函数，其热值只取决于体系的始末态，与过程的具体途径无关。 2．几点说明 （1） 由推导可知，只有在恒压状态，焓变等于过程吸放热值。 （2） 焓的绝对值的不可知性。和U一样，也无法知道H的确定值，但可测得其变 化值。通常利用一个取为标准的状态为参考点，得出过程状态变化时的ΔH。 （3） 标准状态：对一个元素来说，标准状态是在25ºC（298K）和压力为一大气压 下，它能稳定存在的状态，此时ΔHº=0，其。如298K时为固态的元素，ΔH º298=0。对298K时的气态元素，在101325Pa时，ΔHº298=0。 （4） 化合物的标准生成焓：标准状态下，由稳定单质生成1mole某化合物的反应 的焓变ΔH。 第一章 冶金热力学