物理化学 第二章 1 第二章 热力学第一定律 一 热力学概论 从人类懂得生火取暖开始，人们就学会了把各种形式的能量转化为热，但一直到人类发明蒸气机，人们才学会了把热转化为功。而当蒸气机运用于实际生产生活中时，随之产生了一个新的问题：如何把燃料燃烧放出的热量尽可能多地转化为功，也就是如何提高热机效率的问题。人们在研究解决这个问题的过程中，逐渐发展形成了热力学。热力学是从实践中总结而来的，所以具有普适性和可靠性。爱因斯坦曾经说过，所有的科学结论的前提条件越简单，结论越简单，给人的印象就越深刻，而热力学的三大定律就是给爱因斯坦留下深刻印象的科学结论之一。 热力学能帮助我们判断化学反应进行的方向和限度，对实际生产有很重要的指导意义。比如人们在炼铁的过程中，通过检测从高炉的不同高度引出来的气体，发现在这些气体中，炼铁的原料气体 CO 的量虽然随着高度的增加而不断减少，但一直有剩余。有没有可能通过增加高炉的高度提高原料的转化率，使原料 CO完全反应？热力学通过研究发现，CO 还原铁矿石的反应不能完全进行，所以人们就不需要无限制地加高高炉的高度来使 CO 完全反应，这样做只会增加生产成本，而转化率得不到明显提高；正确的做法是在高炉高度和转化率之间寻找一个最佳平衡点。 但是热力学也有其研究的局限性，因为它不涉及到反应速率和分子模型，所以它虽然能告诉我们一个反应进行到什么程度就可以达到平衡，但却不能告诉我们反应进行会有多快，也不能从微观的角度解释为什么不同物质的性质会不同。这些问题的解决要依赖化学动力学和结构化学，这些内容我们以后会慢慢接触到，现在我们先来学习一些热力学的基本术语。 1 . 系统(体系)和环境 系统就是物理学中常说的研究对象，而环境则是在系统之外但受系统影响的部分。根据系统和环境的关系，我们把系统分为三类： 能量交换 物质交换 敞开系统 有 有 封闭系统 有 无 孤立系统 无 无 大家学物理的时候，老师经常告诉你们要根据具体情况选择研究对象和参照系，因为这会影响到解决问题的难易程度。在化学热力学里也一样，选取的系统不同，系统的性质不同，同样会影响到解决问题的难易程度。 比如，有一个加了塞子的热水瓶，瓶的下部装了水，上部是水蒸气和空气。如果热水瓶是绝对保温并且不漏气的话，有不同的选择系统的方法： 若选取整个热水瓶作为系统，则系统与环境既不存在能量交换，也不能存在物质交换，属于孤立...
