热力学第一定律习题.doc

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1、热力学第一定律小结一基本概念1.体系（孤立、封闭、敞开）2.环境3.性质（广度、强度）4.过程（可逆、不可逆；等温、等压、等容、等外压、绝热、真空膨胀、节流膨胀）5.热（Q，吸热为+，放热为-）6.功（W，W=We+Wf，体系对环境做功为+，环境对体系做功为-）7.平衡状态8.状态函数（p、V、T、U、H）9.过程函数（Q、W、热容C）10.状态方程（单组分均匀封闭体系由两个变量确定）二三个定律1.热力学第一定律：DU=Q-W；dU=dQ-dW（孤立体系中不同形式的能量可以相互转化但总能不变；第一类永动机不可能造成）2.赫斯定律：等压、等容

2、过程的热效应与过程无关（Wf=0封闭体系）3.基尔霍夫定律：，三公式1．内能U=U(T,V)，dU=CVdT，2．焓H=U+pV，DH=DU+D(pV)，dH=dU+pdV+VdpH=H(T,p)，3．热容，，i.g.：，(单原子)，(双原子)4．J-T系数5．绝热可逆过程方程单原子i.g.：g=5/3≈1.7，双原子i.g.：g=1.46．体积功真空膨胀W=0等外压W=peDV等压可逆W=pDVi.g.等温可逆i.g.绝热可逆7．热机效率8．制冷系数9．反应进度，（mol）10．摩尔焓变四几个热效应1.最稳定的单质，1atm，1mol2.

3、完全燃烧，1atm，1mol3.键焓、相变热、溶解热、稀释热4.5.Qp-QV=DnRT五两个实验1.盖·吕萨克¾焦耳真空膨胀实验（i.g.）：Q=0，W=0，DT=0，DU=0，DV>0，Dp<0；U=U(T)；H=H(T)；Cp=Cp(T)；CV=CV(T)2.焦耳¾汤姆逊节流膨胀实验（r.g.）：Q=0，DH=0，Dp<0热力学第一定律习题讨论★例题1一些基本过程的Q、W、DU、DH计算过程WQDUDHi.g.自由膨胀0000i.g.等温可逆nRTln(V2/V1)W00等压理想气体可逆任意物质pDV=Qp-DUpDV=Qp-DUQp

4、-W等容理想气体可逆任意物质00DU+VDpi.g.绝热可逆-DU=0i.g.多方可逆DU+W可逆相变(等温等压)peDVQpQp-WQp化学反应(等温等压)peDVQpQp-W=Qp=例题2　气体由温度T1变至T2，吸收热量Q，不做其他功，试分别考虑下列六项热力学关系在甲、乙、丙、丁四种情况下是否成立？(甲)i.g.等压过程(乙)i.g.等容过程(丙)r.g.等压过程(丁)r.g.等容过程DU=CVDT√√´√DH=CpDT√√√´DU=QV´√´√DH=QP√´√´DU=Q-W√√√√DH=D(U+pV)√√√√i.g.=0，dU=CV

5、dTr.g.dV=0，dU=CVdT例题31moli.g.从0℃分别经等容和等压加热到100℃，两过程的终态是否相同？DU、DH、W、Q是否相等？（目的：说明i.g.的U和H仅是温度的函数，Q和W与过程有关）解：T1=0℃,T2=100℃等容过程1：dV=0W1=0Q1=DU1=CV(T2-T1)DH1=Cp(T2-T1)等压过程2：dp=0Q2=DH2=Cp(T2-T1)DU2=CV(T2-T1)W2=Q2-DU2=Cp(T2-T1)-CV(T2-T1)=R(T2-T1)=p2V2-p1V1=D(pV)因此，两过程的终态不同。Q,W不同，

6、DU和DH相同（终态温度相等）例题4体系的状态一定时，状态函数是否一定？反过来，体系的状态变化了，状态函数是否改变？是否所有的状态函数都必须改变？状态函数变化了，状态是否变化？（目的：加深对状态和状态函数之间联系的了解）解：(1)体系状态一定，状态函数一定(2)体系的状态变了，状态函数也会改变，但不一定所有的状态函数都必须发生变化。例如：水(状态I：1atm,25℃,V1,U1,H1)®水(状态II：1atm,50℃,V2,U2,H2)，两状态的压力相等，没有变化。(3)只要某一状态函数发生了变化，状态就发生变化。例题5在循环过程中，DU、

7、DH、Q、W是否都等于0？为什么？解：不是。U和H是体系的性质、状态函数，DU和DH等于0；Q和W不是体系的性质，不一定等于0例题6在1atm和100℃时，1mol水等温、等压可逆蒸发为蒸汽（设为i.g.），则(1)此过程中因为温度不变，∴DU=0,DH=0(2)∵是等温、等压过程，∴Q=DH==0(3)∵是理想气体可逆膨胀，∴W=nRTln(4)若仅考虑水蒸气，其体积逐渐增加至最后达V2全部为气，则W=nRTln以上这些结论对吗？为什么？（目的：清楚了解相变过程的特点）解：等温等压可逆蒸发1mol水(1atm,100℃)®1mol水气(1

8、atm,100℃)(1)不对。　虽然DT＝0，但由于发生相变，∴DU¹0,DH¹0(2)不对。　∵发生相变，DH=不适用，∴Qp=DH为相变热(3)不对。不是理想气体可逆膨胀，而