热力学第一定律、第二定律习题课说课讲解.ppt

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1、热力学第一定律、第二定律习题课热力学第二定律的意义，自发变化的共同性质；热力学函数S、F、G的定义和物理意义；dS、dF、dG判别变化的方向及其使用条件；熟练的运用吉布斯–亥姆霍兹公式；偏摩尔量和化学势的意义以及它们之间的区别；熟练的计算一些简单过程中的ΔS、ΔF、ΔG；热力学第三定律的意义。什么叫体系？什么叫环境?选择体系的原则是什么?功和热都是能量的传递形式,两者区别何在？什么是内能？什么是状态函数？Q和W不是体系的性质,而与过程有关,所以热力学过程中Q–W也由具体过程所决定？焓的物理意义是什么？是否只有等压过程才有Δ

2、H？熵变的定义和熵的热力学性质是什么？热温商就是过程的熵变吗？用熵变来判断过程的性质，条件是什么？熵既然是状态函数，它的变化与过程无关，为什么熵变值又能够作为过程性质的判别？吉布斯自由能意义、性质和吉布斯自由能变化的物理意义？用吉布斯自由能来判断过程的性质，条件是什么？熵变的定义来自可逆过程，又如何能推广到不可逆过程熵变的计算上？是否一切熵增过程都是自发的？可逆过程体系的熵变必等于零？宏观热力学第二定律热力学第一定律膨胀功、焓、热容热化学等压过程等温过程等容过程绝热过程典型热力学过程赫斯定律基尔霍夫定律赫氏、吉氏自由能基本

3、过程熵变的计算等压过程等温可逆过程等容过程麦克斯韦关系式化学势吉–亥方程式偏摩尔量焓H:体系所作的膨胀功:或热容C:理想气体焦耳-汤姆逊系数不管化学反应是一步或几步完成的，这个过程的热效应总是相同的。亥姆霍兹自由能F：吉布斯自由能G：热力学第三定律能斯特定理规定焓规定熵规定吉氏自由能基本公式过程WHUQ自由膨胀p外=0等容过程dV=0等压过程dp=0等温过程可逆恒外压绝热过程可逆不可逆相变dp=0,dT=0化学过程只作膨胀功(dp=0)有电功nRTlnV1/V2=nRTlnp2/p1p外(V1–V2)W=-∫p外dV=

4、00000000000∫CVdT=CVTCVT=QVCpT-pVp外=pCpTCVTCpTQ=-WQ=-WCV(T2-T1)=(p2V2-p1V1)/(-1)CVTCVTCpTCpT-p(Vg-Vl)=-nRTQ=nLnL－nRTnL-ngasRT-pV+W电Qp=HU-W总U=Q+WU=Q+WH=QpQ-W电例1.填下列表格(体系为理想气体)例2.计算下列四个过程中，1mol理想气体所做的膨胀功，已知气体的始态体积为25dm3，终态体积为100dm3，始态和终态温度均为100℃。(1

5、)恒温可逆膨胀；(2)向真空膨胀；(3)在外压恒定为终态气体压力下膨胀；(4)开始膨胀时，在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3后，再在外压减到体积等于100dm3时气体的平衡压力下膨胀。试比较这四种过程的功，它们说明什么问题。1)2)3)4)例3.如图是一个绝热壁的气缸，其活塞水平方向移动时，可视为无摩擦效应，活塞的两边装有理想气体，其两边的空间体积为20dm3，温度为25℃，压强为1个大气压，将气缸的左侧加热直至它对活塞右边的气体加压到2个大气压。假设CV=5卡/度·摩，γ=1.4。计

6、算1)对右侧气体所做的压缩功；2)压缩后气体的终态温度；3)活塞左边气体的终态温度；4)过程中对体系供热多少？1)2)3)4)例4.对一种单原子分子理想气体沿某一可逆途径加热使其热容C=R,求此路径的性质?解:设有1摩尔理想气体，CV=3/2RQ=dU+W=CVdT+pdV=CVdT+RT/VdVQ/dT=CV+(RT/V)dV/dT∵Q/dT=C=R(题给条件)∴CV+RT/V(dV/dT)=R=3/2R+RT/V(dV/dT)–1/2R=RT/V(dV/dT)–1/2=TdlnV/dT–1/2dT/T=–1/2

7、dlnT=dlnVlnV=–1/2lnT+K´∫dlnV=–1/2∫dlnTlnV+lnT1/2=K´ln(VT1/2)=K´VT1/2=K当气体沿VT1/2=常数的路径加热时，此路径的热容C=R。例5.绝热恒容箱中有一绝热隔板，用销钉固定位置。隔板两边均有1摩尔N2。去掉隔板并达平衡后，求平衡压力，以及过程的W，Q，U和H?N21mol298K10atmN21mol298K1atmABN21mol298-T1pN21mol298+T2pABN2可视为理想气体。去掉销钉左边气体膨胀，右边气体被压缩，A向B做功，A室

8、温度降低；B室温度升高。∵隔板–绝热，此过程可视为绝热过程，故有：U1=Q+W1=W1U2=Q+W2=W2∵U=U1+U2=0　∴U1=–U2W1=–W2U1=CV,1T1U2=CV,2T2∵n1=n2=1.0　mol；CV,1=CV,2∴

9、T1

10、=

11、T2

12、体系达平衡后：p1=