热力学第一定律-习题课20130912.ppt

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1、热力学第一定律主要讨论封闭的热力学系统在状态变化时热力学能、热和功之间相互转化所遵循的规律。介绍了热力学的基本概念，如系统、状态、状态函数、过程、可逆过程等；通过系统在状态一定和状态变化时所涉及的能量因素，得出了热力学第一定律的文字表述和数学表达式；讨论了不同过程中热和功的计算方法；介绍了热力学第一定律对理想气体和实际气体的具体应用。一、基本思路热力学第一定律小结注意：热和功是封闭系统在状态变化时与环境传递能量的两种方式，都与过程有关，故称过程量；热力学能是状态函数，是系统内部所具有的能量。热和功与热力学能虽然性质不同，但它们均是不同的能量形式，通过热力学第一定律△U=Q+W，将

2、封闭系统变化过程中热、功和热力学能改变联系了起来。焓是由系统的热力学能、体积和压力组合得到的一个状态函数，在一定条件下，系统的焓变与过程的热相联系，焓及其有关公式可以看成是热力学第一定律的扩展。通过盖·吕萨克一焦耳实验，说明理想气体的热力学能和焓只是温度的函数；通过焦耳一汤姆逊实验讨论了第一定律对实际气体的应用，定义了焦耳一汤姆逊系数；热化学是第一定律对于化学反应系统的应用，据此可以计算反应的热效应。通常利用热化学数据及赫斯定律可直接求得298.15K下反应的热效应；应用基尔霍夫定律可计算不同温度下反应的热效应。二、重要公式1.△U和△H的计算(1)简单状态变化过程(a)理想气体

3、对封闭系统的任何过程(b)实际气体范德华气体等温过程(2)相变过程等温等压可逆相变过程对不可逆相变过程，可以设计一可逆相变过程计算△U和△H。(3)无其它功的化学变化过程等温等压凝聚相反应绝热等容反应绝热等压反应等温等压反应等温等压理想气体反应2.体积功W的计算等温等压1→g相变过程(设蒸气为理想气体)理想气体绝热过程等温等压化学变化理想气体多方可逆过程3.Q的计算(1)简单状态变化过程(2)等温等压相变过程热力学基本原理第二定律第一定律第三定律热Q功W热力学能U焓H应用定义计算热容简单变温过程相变过程化学变化等容热容等压热容体积功其他功定义计算简单状态变化相变化学变化不可逆可逆

4、ΔU定义、性质定义、性质ΔH理想气体简单状态变化相变化学变化气体化学反应热效应赫斯定律生成焓燃烧焓基尔霍夫定律理想气体盖-焦实验实际气体焦-汤实验理想气体简单状态变化相变化学变化框架图例3从同一始态A出发，经历三种不同途径到达不同的终态：①经等温可逆过程从A→B；②经绝热可逆过程从A→C；③经绝热不可逆过程从A→D。试问：（a）若使终态的体积相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么？（b）若使终态的压力相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么，参见图解：可知绝热可逆膨胀的功大于不可逆过程。绝热过程中，W=CV(T1-T2)，由于是膨胀过程，所以W<0。又因

5、WR

6、>

7、WIR

8、

9、，所以T2IR>T2R。又根据理想气体状态方程pV=nRT，当V2相同时p2IR>p2R。当p2相同时，V2IR>V2R。绝热膨胀在实际过程中是一个降温过程，与等温可逆相比，T2IRp2IR；当p2相同时，V2等>V2IR。22.在298K时，有一定量的单原子理想气体(CV,m=1.5R),从始态20×101.325kPa及20dm3经下列不同过程，膨胀到终态压力为101.325kPa，求各过程的ΔU，ΔH，Q及W。(1)等温可逆膨胀；(2)绝热可逆膨胀；(3)以δ=1.3的多方程可逆膨胀。试在p-V图上画出三种膨胀功的示意图，并比较三种功的

10、大小。解：(1)等温可逆过程，则ΔU=0，ΔH=0(2)绝热可逆过程：Q=0(3)多方可逆过程：联立上两式得：上述三种不同过程的膨胀功示于图始态p1=20×p(p=101325Pa)，V1=0.02m3终态p2=p(1)等温可逆过程：(2)绝热可逆过程：(3)多方可逆过程：曲线下的面积就是功值，由此见功的大小次序与计算值相同：

11、W(1)

12、>

13、W(3)

14、>

15、W(2)

16、典型例题例1(1)1mol水在373K、101325Pa恒压下蒸发为同温同压下的蒸汽(假设为理想气体)吸热40.67kJ·mol–1，求此过程的Q、W、△U和△H值各为多少？(2)始态同上，当外界压力恒为50kPa时，

17、将水定温蒸发，然后将此1mol，373K，50kPa的水蒸气恒温可逆加压变为终态(373K、101325Pa)的水蒸气，求此过程总的Q、W、△U和△H。(3)如果将1mol水(373K，101325Pa)突然移到恒温373K的真空箱中，水蒸气充满整个真空箱，测其压力为101325Pa，求过程的Q、W、△U和△H。比较这三种结果，说明什么问题。解：(1)过程为可逆相变化Qp=△H=1mol×40.67kJ·mol–1=40.67kJW=－p(Vg－Vl)≈－pVg=－nRT=－1m