热力学第一定律在状态变化过程中的应用

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1、1.3热力学第一定律在状态变化过程的应用1.3.1简单状态变化（物理变化）(1)凝聚态体系特点是：△V≈0，体积功W≈0，且Cp≈CV恒压变温有：•恒温变压有：（2）气体体系①自由膨胀：特点是p外=0，则W=0速度快Q≈0，则△U=0对理想气体：△T=0，则△H=0对非理想气体：△H=△U+△(pV)=p2V2－p1V1②恒容过程特点是△V=0，则W=0△H=△U+V△p对理想气体△U=nCV,m△T，△H=nCp,m△T③恒压过程特点是p体=p外=p，故W=－p△V△U=△H－p△V对理想气体:△U=nCV,m△T

2、，△H=nCp,m△TW=－p△V=nR△T7④恒温过程（只讨论理想气体的恒温过程）特点是△T=0，对理想气体有△U=△H=0▲恒温可逆过程▲恒温不可逆过程：计算要依过程特点而定⑤绝热过程特点是Q=0，则△U=W，△H=△U+△(pV)对理想气体：△U=nCV,m△T，△H=nCp,m△T▲绝热可逆过程可以导出：理想气体绝热可逆过程方程：=常数▲绝热不可逆过程：绝热可逆过程方程不能用！！！由热力学第一定律导出结果1.3.22.相态变化（1）可逆相变在正常相变点处进行的相变过程可视为恒温恒压可逆过程，则Qp=△H，称为

3、相变热，如蒸发热(△vapH)，升华热(△subH)，熔化热(△fusH)等，或△vapHm，△subHm，△fusHm，等等。通过相变过程的量热或者热分析获得相变热W=－p△V△U=Q+W=△trsH－p△V注意计算过程中的近似处理：※考虑融化时：△V1≈0，则△U1≈△H1※考虑蒸发时：V气＞＞V液，则△V=V气－V液≈V气，W=－p△V≈－pV气=－nRT7（2）不可逆相变非正常相变过程，设计同始末态相同的可逆过程与简单状态变化的组合进行计算。状态函数法计算状态函数的变化值。例1设在273.2K和1013.25

4、kPa时，有10.00的理想气体，用下列几种不同过程膨胀至压力为101.325kPa的状态：（1）恒温可逆膨胀；（2）绝热可逆膨胀；（3）反抗恒外压101.325kP绝热不可逆膨胀。计算气体最后的体积和所做的功。设。解（1）恒温可逆膨胀（2）绝热可逆膨胀因7所以所以用公式=常数可求得。（3）反抗恒外压101.325kPa不可逆绝热膨胀。对于不可逆绝热膨胀，不能使用可逆绝热膨胀的过程方程求，只能使用理想体状态程求。所以但上式右边有一个未知数，因此必须先求。方法如下：7因此于是10039.8163.98100(108.8

5、K)(174.8K)(273.16K)例22mol.理想气体，在101.325kPa下,从300K加热到400K，已知=31.40+13.4×()，求此加热过程中的、、及。解也可用公式计算。7例310mol温度为273.15K的冰在101.325kPa的压力下熔化为水，并在此压力下升温至373.15K，然后蒸发为同温同压的蒸气。试求该过程的、、及。已知273.15K时冰的比容为1.0917，冰的熔化热为334.72；273.15K及373.15K时水的比容分别为1.001及1.043，273.15K至373.15K水

6、的比热为4.184，373.15K时水的蒸发热为2259；373.15K时水蒸气的比容为1677。冰，273.15K1.0917水，273.15K1.001水，373.15K1.043汽，373.15K1677（1）（2）（3）334.724.1842259解（1）（2）（3）如果忽略液体水的体积，即把上式括号中的1.043去掉,由此造成的误差仅为0.062℅.7所以7