物理化学简明教程(印永嘉)-热力学第一定律习题课ppt课件.pptx

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1、第一章热力学第一定律习题课基本概念与公式例1例4例7例2例5例8例3例6例9一、基本概念和公式1、系统分类：密闭；开放；孤立系统2、状态函数性质：①只决定于始终态，而与途径无关(通过设计)如：U=Q+W任何纯物质单相密闭系统：U=f(T,V),H=f(T,p)若是理想气体：U=f(T),H=f(T)②状态函数的微小改变量是个全微分P外=常数P外=pdpp抗恒外压膨胀:W=-p外V；相变:W=-pV=-p(Vg–Vl,s)-pVg=nRT；理想气体绝热膨胀:W=U=CV(T2T1)P外=0,自由膨胀:W=0；W=U=CV(T2T1)

2、3功：W=-∫p外dV理想气体等温可逆膨胀pV=常数Q=-W=-∫pdV=-nRTln(V2/V1)理想气体绝热可逆膨胀pV=常数过程特点理想气体实际气体等温膨胀绝热自由膨胀绝热节流膨胀H=0U=0T=0即U>0即T<0即T<0(除H2,He)4、热Q：无相变无化学变化，只做体积功的任意物质：定容：(dU)V=QV=CVdT，U=QV定压：(dH)p=Qp=CpdT，H=Qp5、摩尔反应热（焓）只做体积功，()T,VrU=QV()T,prH=QprHm–rUm=RTn(g)rHm=ifHm,irHm=–

3、icHm,i基尔霍夫方程：反应热随温度的变化：二、例题例1判断下列各过程的Q,W,U,H是>0,=0,<0，还是不能确定？（1）理想气体等温可逆膨胀：（2）理想气体绝热节流膨胀：（3）理想气体定压膨胀：（4）理想气体自由膨胀：（5）实际气体绝热自由膨胀：（6）实际气体定温自由膨胀：U=0,H=0,Q>0,W<0Q=0,H=0,U=0,W=0W<0,U>0,H>0,Q>0W=0,U=0,H=0,Q=0W=0,Q=0,U=0,H=W=0,U>0,Q>0,H=(7)常温下氢气节流膨胀：(8)0℃，p冰熔化成水：(9)水

4、蒸气通过蒸汽机做功后恢复原状：(10)在充满O2的绝热定容容器中，石墨剧烈燃烧，以反应器和其中所有物质为系统：Q=0,H=0,U>0,W>0Q>0,H>0,U>0,W>0U=0,H=0,Q>0,W<0W=0,Q=0,U=0,H>0例2在100℃，p下，1mol水定温蒸发为蒸气，假设蒸气为理想气体，因为这一过程中的温度不变，所以，U=0,Qp=∫CpdT=0这一结论对否？为什么？答：错。因1）定温过程U=0，只适用于理想气体的简单状态变化。这是相变过程，不适用；2）Qp=∫CpdT=0，只适用于无相变，无化学变化的单纯变温过程，相变

5、过程中：Qp=vapHm(气化热)例3某理想气体从始态1经下列三个途径到达终态2，求Q,W,U的表达式。已知CV,Cp为常数1(p1,V1,T1)C(Tc)AB（1）1→A→22(p2,V2,T2)（3）1→C→2（2）1→B→2pV()T,r()S解：所有的过程始终态都相同，故U=nCV,m(T2–T1)(1)定容+定压：W=-p2(V2–V1)Q=U-W=nCV,m(T2–T1)+p2(V2–V1)(2)定温可逆+定容：W=-nRT1ln(V2/V1)Q=U-W=nCV,m(T2–T1)+nRT1ln(V2/V1)(3)绝热可逆+定容：W

6、=nCV,m(TC–T1)或Q=nCV,m(T2–TC)例4在100℃，p下，1mol水(1)可逆蒸发，(2)向真空蒸发为蒸气，已知vapHm=40.7kJmol-1,假设蒸气为理想气体，液体水的体积可忽略不计，求Q,W,U,H。解：(1)H=Qp=40.7kJW=-pV-pVg=-RT=-3.1kJU=Q+W=(40.7-3.1)kJ=37.6kJ(2)始终态同(1)故H=40.7kJU=37.6kJ向真空蒸发W=0Q=U=37.6kJ