热力学第一二定律.
热力学第一定律和第二定律的应用
热力学第一定律和第二定律的应用热力学是一门研究物质热现象的学科。
它关注热能的产生和传递，以及在这个过程中的热量和温度变化。
在热力学中，第一定律和第二定律是最基本的定律之一，它们是热力学的核心概念。
热力学第一定律被称为能量守恒定律。
它表明，在封闭系统中，能量总是保持不变，只能从一种形式转化为另一种形式。
这个定律提示我们，我们重视能源的消耗和使用，因为不应该浪费能源。
无论是机械能还是热能，都应该正确使用。
一个显著的案例是汽车运转。
当汽车的引擎被点火时，燃料就被燃烧，化学能被转化为机械能。
显然，能源的利用率是非常重要的，因为汽车使用能源的效率越高，汽车性能就越好，所需的燃油也就越少。
这反映在现代汽车的引擎效率上，随着技术的进步，现代引擎通常比早期引擎更高效。
此外，热力学第二定律也是一个重要的定律。
它被称为热力学不可逆性定理。
它表明，在封闭系统中，随着时间的变化，热量总是从高温度向低温度传递，从而稳定达到热平衡。
根据该定律，由于热传递只能从热到冷，因此存在热流方向的限制。
这个定律提示我们，热能是非常宝贵的，必须要使用得当。
在实践中，我们可以利用热力学的知识来提高能源的使用效率。
例如，压缩空气，毫无疑问是一个至关重要的能源效率问题。
空气压缩机的效率对于许多工业进程来说是至关重要的，但许多人不知道如何使这种过程尽可能有效。
这里，热力学可以发挥作用。
通过使用合适的绕组材料或有效的制冷剂，既可以减小压缩的过程中产生的热量损失，从而提高效率。
另外，在燃烧过程中，我们可以跟踪能量的流动，以便找出如何将未使用的热量利用起来。
热力学还可以帮助解释一些自然现象，例如化学反应和地球表面温度。
通过研究这些现象和变化，我们可以得出关于这些过程的基本知识和生产实践成果。
总之，热力学第一定律和第二定律是非常基础的定律，但在现代科学技术和工程过程中扮演着至关重要的角色。
通过合理利用能源和热量，我们可以提高效率，减少浪费，并推动进一步的科学和技术进步。
浅谈热力学第一和第二定律
论热力学第一和第二定律内容提要：热力学第一和第二定律是热力学的最基本最重要的理论基础，其中热力学第一定律从数量上描述了热能与机械能相互转换时数量的关系。
热力学第二定律从质量上说明热能与机械能之间的差别，指出能量转换是时条件和方向性。
在工程上它们都有很强的指导意义。
关键字：热力学第一定律热力学第二定律统计物理学哲学热现象是人类最早接触的自然现象之一。
从钻木取火开始，人类对热的利用和认识经历了漫长的岁月，直到近三百年，人类对热的认识才逐步形成一门科学。
在十八世纪初期，由于煤矿开采工业对动力抽水机的需求，最初在英国出现了带动往复水泵的原始蒸汽机。
后来随着工业的发展，随着对动力得更高要求，人们不断改进蒸汽机，从而导致蒸汽机效率的不断提高。
特别是1763~1784年间英国人瓦特对当时的原始蒸汽机作出的重大改进，这次改进直接推动了工业革命，是人类的生产力水平得到很大提高。
随着蒸汽机的广泛应用，如何进一步提高蒸汽机效率的问题变的日益重要。
这样就促使人们人们对提高蒸汽机热效率、热功转换的规律等问题的深入研究，从而推动了热力学的发展，其中热力学第一和第二定律便在这种发展中产生。
热力学第一定律：热力学的基本定律之一。
是能的转化与守恒定律在热力学中的表现。
它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△E（=E末-E初）等于这一体系所吸收的热量Q与外界对它所做的功之和，可表示为△E＝W＋Q 。
对热力学第一定律应从广义上理解，应把系统内能的变化看作是系统所含的一切能量（如化学的、热的、电磁的、原子核的、场的能量等）的变化，而所作的功是各种形式的功，如此理解后，热力学第一定律就成了能量转换和守恒定律。
在1885年，恩格斯把这个原理改述为“能量转化与守恒定律”，从而准确而深刻地反映了这一定律的本质内容。
同时热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造的。
在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械, 这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。
热力学第一定律
1．热力学第一定律热力学第一定律的主要内容，就是能量守恒原理。
能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。
而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。
这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。
一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。
总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。
所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。
设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。
人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。
第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。
到了1840年，由焦耳和迈尔作了大量试验，测量了热和功转换过程中，消耗多少功会得到多少热，证明了热和机械功的转换具有严格的不变的当量关系。
想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。
1cal = 4.1840J热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。
至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。
把这一原理运用到宏观的热力学体系，就形成了热力学第一定律。
2．热力学第二定律能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。
它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
热力学第一定律 (2)
末态 p1＝50.663kPa V1= 44.8 dm3 T1= 273.15K
求：三个过程的体积功各为多少？
解：
W1＝－pamb(V2－V1) ＝ 0（效率为0，完全不可逆）
W2＝－pamb(V2－V1) ＝－50.663103(44.8－22.4) 10-3 J
由热力学第一定律可得:
Qp U W U (p2V2 p1V1) (U2 p2V2)(U1 p1V1) (dp = 0，W’=0)
3.焓的导出：
定义 : H = U + pV 称H为焓，H为状态函数，广延量 于是：
Qp=H2-H1=H 或 : Qp=dH (dp = 0，W′= 0)
H 的计算：基本公式： H= U+ (pV)
热和功不是状态函数，而是过程函数
1)热 Q
系统与环境由温差而引起的能量交换称为热
显热 单纯pVT变化时，系统吸收或放出的热 热 潜热 相变时，T不变，系统吸收或放出的热
反应热 化学反应时，系统吸收或放出的热
2)功
除热之外，系统与环境交换能量的另一种形式
体积功Biblioteka 功 电功电化学一章讨论 非体积功
表面功
p1，V1，T1
W =?
末态2 p2，V2，T2
V2
W W pambdV pambdV
V1
体积功的计算式
(1)恒(外)压过程(isobaric or constant pamb)
恒外压过程：W＝－pamb(V2－V1)
恒压过程(pamb=p)：W＝－p(V2－V1)
(2)自由膨胀过程(free expansion process)
第6、7章_热力学第I、第II定律原理及应用
第6、7章 热力学第I 、第II 定律原理及应用热力学第I 定律就是能量守恒定律：各种形式能量间相互转化或传递，在转化或传递的过程中，总的能量数量是守恒的。
能量的表现方式一是物质自身的蓄能，如内能、动能、位能和焓、自由能等各种热力学能等，它们都是状态函数；二是以系统和环境间传递的方式表现出来，如热和功，它们均与变化所经历的过程有关，是过程函数。
热力学第II 定律揭示了热和功之间的转化规律。
能量不仅有数量多寡，而且有质量(品位)的高低之分。
从做功能力上看，功可以全部转化为热，而热只能部分变为功，热和功是两种不同品位的能量。
运用热力学第I 定律和第II 定律，研究化工过程中的能量变化，对化工过程的能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示能量消耗的大小、原因和部位，为改进工艺过程，提高能量的利用率指出方向和方法，这是过程热力学分析的核心内容。
本章学习要求本章要求学生掌握敞开系统的热力学第I 定律(即能量衡算方程)及其工程应用；热力学第II 定律三种定性表述方式和熵衡算方程，弄清一些基本概念，如系统与环境、环境状态、可逆的热功转换装置(即Carnot 循环)、理想功与损失功、有效能与无效能等，学会应用熵衡算方程、理想功与损失功的计算及有效能衡算方法对化工单元过程进行热力学分析，对能量的使用和消耗进行评价。
重点与难点6 热力学第I 定律及其工程应用6.1 封闭系统能量衡算方程系统在过程前后的能量变化E ∆应与系统在该过程中传递的热量Q 与功W 的代数和：21E E E Q W ∆=-=+(5-1)通常规定：系统吸热为正，放热为负；系统对环境作功，得功为负，式(5-1)即是热力学第I 定律的数学表达式。
6.2 敞开系统的热力学第I 定律22Si i i i j j j j i jW 11Q dE m (h gz u )m (h gz u )22dt dt dt ''δδ++-+++-=∑∑ (5-5)式(5-5)即为敞开系统的热力学第I 定律表达式，其中：i i i h U P V =+。
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律和热力学第二定律通过我们对物理及热力学的学习发现了这样的规律：凡是牵涉到热现象的一切过程都有一定的方向性和不可逆性，例如热量总是从高温物体自发地传向低温物体，而从未看到热量自发地从低温物体传向高温物体，例如当我们拥有一杯热水可以通过等待热水向周围空气散热得到一杯凉水，可是当我们需要这杯凉水重新变成热水时，单纯等待散失到周围空气的热量重新回来却不可能。
又如机械能可以通过摩擦无条件地完全地转化为热量，但是热能无法在单一热源下自发地转换为机械能。
这种自然规律虽然有时候不能如我们所愿，但它对我们意义重大。
可以说是人类在地球上赖以生存的基础。
我们却难以设想传热方向未知状态下的混乱。
我们不知道传热的方向，从而会不知道一杯热水放在环境中会变凉还是会继续升温，何时才能变凉，我们把凉水放在炉子上加热却不知道热量是从凉水传向炉子，还是从炉子传向凉水。
我们会得到热水还是更凉的凉水。
从这个意义上说正如交通红绿灯是交通畅通无阻的保证传热方向规律是自然界热领域中的红绿灯。
热不可能自发地不付代价地从低温物体传至高温物体，这就是克劳修斯说的热力学第二定律不可能制造出从单一热源吸热使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机这就是开尔文说的热力学第二定律总结热力学第二定律的两种说法的自然过程总是使系统趋于平衡能量从高位趋于低位，存在着不平衡的自然界，无时无刻不发生着这种变化——机械运动产生热量高温物体将热量传向低温物体。
高温物体将热量传向低温物体的过程中又可能产生机械运动。
生命过程、化学过程、核反应过程都伴随着热过程的发生，自然界的运动变化中热现象担任着重要的角色。
生活常识告诉我们冬天冷玻璃杯遇开水会破裂，这些都是物质表现出来的各种热湿现象，由于地球不停地运动和变化，经过漫长的地质年代逐渐在地壳内部积累了巨大的能量。
形成了巨大的应力作用，当大地构造应力或热应力使地壳某些脆弱的地带承受不了，时发生错位或断裂以波的形式传到地面就形成了地震研究火山的学者认为；热是各种地质作用的原始驱动力，火山活动是地球内部热的不均匀性的地表，反映海底的地震和火山喷发可能引起海水中形成巨大的海浪并向外传播。
大学物理第三章热力学第一定律第四章热力学第二定律
B C AD
氮气 氦气
35
B C AD
氮气 氦气
解： 取（A+B）两部分的气体为研究系统， 在外界压缩A部分气体、作功为A的过程 中，系统与外界交换的热量 Q 0
Q E ( A) 0
36
B
氮气
C
AD
氦气
系统内能的变化为
E E A E B
5 E B RTB 2
内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状态不 变，无功、热可言。
9
五、热力学第一定律
1. 数学表式 ★ 积分形式 ★ 微分形式
Q E A
dQ dE dA
10
2. 热力学第一定律的物理意义 （1）外界对系统所传递的热量 Q , 一部分用于 系统对外作功，一部分使系统内能增加。 （2）热一律是包括热现象在内的能量转换和守恒 定律。
m i E RT M2
m i i m E RT R T末 T初） （ M2 2M
i dE RdT 2
8
注意 ：
10 作功和传热对改变系统的内能效果是一样的。 （要提高一杯水的温度，可加热，也可搅拌）
20 国际单位制中，功、热、内能单位都是焦耳（J）。 （1卡 = 4.18 焦耳) 30 功和热量都是系统内能变化的量度,但功和热本身不 是内能。
绝热线
斜 率
PV C1
dP K 绝热 dV
P V
26
K 绝热 同一点 P0，V0，T0 斜率之比 （ ） K 等温
P0 K绝热 V0 P0 K等温 V0
P
a
等温
结论：绝热线比等温线陡峭
热力学四大定律
热力学四大定律：第零定律——若A与B热平衡，B与C热平衡时，A与C也同时热平衡第一定律——能量守恒定律(包含了热能)第二定律——机械能可全部转换成热能，但是热能却不能以有限次的试验操作全部转换成功(热能不能完全转化为功)第三定律——绝对零度不可达成性热力学定律的发现及理论化学反应不是一个孤立的变化过程，温度、压力、质量及催化剂都直接影响反应的方向和速度。
1901年，范霍夫因发现化学动力学定律和渗透压，提出了化学反应热力学动态平衡原理，获第一个化学奖。
1906年能斯特提出了热力学第三定律，认为通过任何有限个步骤都不可能达到绝对零度。
这个理论在生产实践中得到广泛应用，因此获1920年化学奖。
1931年翁萨格发表论文“不可逆过程的倒数关系”，阐明了关于不可逆反应过程中电压与热量之间的关系。
对热力学理论作出了突破性贡献。
这一重要发现放置了20年，后又重新被认识。
1968年获化学奖。
1950年代，普利戈金提出了著名的耗散结构理论。
1977年，他因此获化学奖。
这一理论是当代热力学理论发展上具有重要意义的大事。
它的影响涉及化学、物理、生物学等广泛领域，为我们理解生命过程等复杂现象提供了新的启示。
热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。
这一结论称做“热力学第零定律”。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。
定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。
它为建立温度概念提供了实验基础。
这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。
而温度相等是热平衡之必要的条件。
热力学中以热平衡概念为基础对温度作出定义的定律。
通常表述为：与第三个系统处于热平衡状态的两个系统之间，必定处于热平衡状态。
第三章热力学第一定律第四章热力学第二定律
Q k NA
29
例2（4694）某理想气体在P-V图上等温线与绝热线相交于 A点，如图，已知A点的压强P1=2×105Pa，体积 V1=0.5×10-3m3，而且A点处等温线斜率与绝热线斜率之 比为0.714，现使气体从A点绝热膨胀至B点，其体积 V2=1×10-3m3 。求 （1）B点处的压强 （2）在此过程中气体对外作的功
证明: 理想气体分子平均动能的增量 k
i k ( kT ) 2
i k T 2
28
对等压过程 Q C P T
i k k T 2 m 一摩尔刚性分子 1 M
i Q k 2 CP
Q T CP
理想气体
CV i i R k 2 2 NA NA
11
1.等容过程 （1）特征： V=恒量 ，dV=0， 参量关系: P/ T = 恒量 （2）热一律表式：
P
V
dQ dE
(Q )V E
意义：
对有限变化过程
系统吸收的热量全部用来增加系统本身的 内能。
12
（3）定容摩尔热容：1摩尔气体在等容过程中， 温度升高（或降低）1K所吸收（或放出） 1 dQ 的热量。 CV ( )V dQ CV dT dT
o
（ 1）
b
37
V
解： A1 ΔE1 Q1
A2 ΔE2 Q2
P a
（ 1）
（ 2）
A绝热 ΔE绝热 0
因为气体膨胀，
A1 0 A2 0
o
Eab A绝热
b V
A绝热 0
内能增量与过程无关，只与始末两态有关。 E1 E2 E绝热 Eab 0
热力学第一第二定律复习
热力学第二定律 一、重要概念 卡诺循环，热机效率，热力学第二定律,克劳修斯不等式 熵，规定熵，标准熵，标准摩尔反应熵，亥姆霍兹函数 ，吉布斯函数 二、主要公式与定义式 1. 可逆热机效率：η = -W / Q1 =(Q1+Q2)/ Q1 = 1 - T2 / T1 (T2 , T1 分别为低温，高温热源) 2．卡诺定理：任何循环的热温熵小于或等于0
(3) 对于凝聚相，状态函数通常近似认为只与温度有关， 而与压力或体积无关，即 d U≈d H= n Cp,m d T
(5) 相变过程 可逆相变：在温度T对应的饱和蒸气压下的相变，如水 在常压下的0℃ 结冰或冰溶解，100 ℃ 时的汽化或凝结等 过程。 由温度T1下的相变焓计算另一温度下的相变焓T T2 q q D Hm (T2)= D Hm (T1)+ D C dT
三、ΔS、ΔA、ΔG的计算 1．ΔS的计算(重点) 特例：恒温过程： ΔS = nRln(V2/V1) 恒容过程： ΔS =nCV,mln(T2/T1) 恒压过程： ΔS =nCp,mln(T2/T1) (2) 相变过程：可逆相变 ΔS =Δ H/T ； 非可逆相变 需设计路径计算 (3) 标准摩尔反应熵的计算 Δ rSmθ = ∑ vB Smθ (B，T) 2．Δ G的计算 (1) 平衡相变或反应达到平衡：Δ G=0 (2) 恒温过程：ΔG=Δ H-TΔS (3) 非恒温过程：Δ G=Δ H- ΔT S =Δ H -(T 2S2-T1S1) 注：题目若要计算Δ G，一般是恒温过程；若不是恒温， 题目必然会给出绝对熵。
(1) Δ S(隔离)>0，自发(不可逆)； Δ S(隔离)=0，平衡(可逆)。 （2）恒T、恒p、W ’=0过程(最常用)： dG<0，自发(不可逆)；dG=0，平衡(可逆)。 (3) 恒T、恒V、W ’=0过程： dA<0，自发(不可逆)； dA=0，平衡(可逆)。
2-热力学第一定律
3.1化学势的表示方式
开放体系的热力学方程
dU dH dF dG TdS pdV TdS Vdp
i
i
dn i
i i
i
dn i
i
SdT pdV SdT Vdp
i i
dn i
值得注意：对于开放体 系，TdS不再是体系所 吸收的热，还包括着由 于物质交换而带入或带 出体系的熵
k i k i
i dn i
k
k
k
i dn i
k k
k
SdT pdV SdT Vdp
i
i dn i i dn i
k k
k
k i
22
3.2、偏摩尔量
偏摩尔量的定义： 一个均相体系中，若体系的任一广度量L＝L（T， p,n1,n2,……nr）是关于n1,n2,……nr的一次齐次函数， 根据齐次函数的Euler定理，则有，
热力学第一、二定律
2012年9月
1
－、热力学第一定律
就是能量转化和守恒定律： 自然界的一切物质都有能量，能量有各种不同的形 式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中， 能量的总量不变。 内能定理：任何一个物体或体系在平衡态下都有一 个态函数叫内能，当这个体系从一种平衡态经过绝热 过程到达另一个平衡态后，它的内能的增加等于在 绝热过程中外界对外所做的功。
k
k
k
k
i
k i
k
19
由于各相的体积Vk，内能，熵，物质的量都是广度 量，在忽略各相间的界面效应时，整个多相体系的体 积，内能，熵，物质的量就等于各相的相应量之和。 U U V V n n S S
热力学第一第二定律
热力学第一、第二定律 §10-2
一、 功
当气体作无摩擦的准静态膨胀或压缩时，系 V2 统对外界做功为：
功和热
W pdV
V1
气体所作的功等于p-V图上过程曲线下的面 积，气体膨胀时作正功，系统对外界做功；气体 压缩时作负功，外界对系统做功，但其数值均等 于过程曲线下的面积。 P
dW pdV
2、比热容： 单位质量的热容量称为比热容。
C 1 Q 1 dQ c lim ( ) m T 0 m T m dT
比热容与系统的质量无关，是强度量。
比热容的单位：焦耳/千克开
二、等容过程
•特点：
p
p2
p1
( p2 ,V , T2 )
( p1 ,V , T1 )
理想气体的体积保持不变 V=const
理想气体的内能仅是T的函数，与V和p无关。
六、焦耳－汤姆逊效应
1852年焦耳和汤姆逊利用节流过程发现实际气 体内能不仅是温度的函数也是体积和压强的函数。 1、节流过程
用绝热材料包着的管子中间有一个多孔塞或 节流阀，多孔塞两边维持较高压强p1和较低压强p2， 于是气体从高压一边经多孔塞缓慢地流到低压一 边，并达到稳定状态，这个过程叫节流过程。
•热容比
Cp CV
等压热容量和等容热容量的关系 以温度T和体积V为独立变量，内能的全微分为： U U dU dT dV T V V T 由热力学第一定律的微分表达式 U U Q W dU dT dV T V V T 只考虑只有体积功情况 W pdV U U Q dT dV pdV T V V T
•焓 等压过程 Q dU pdV dU d pV d U pV 定义: 状态函数 H=U+pV 为焓 有
热力学第一、二定律答案
《热力学第一、二定律》习题参考答案一、填空题1、不做非体积功的恒容过程；不做非体积功的恒压过程；理想单纯状态改变，对其它系统则需过程恒容；理想气体的单纯状态改变，对其它系统则需过程恒压；过程恒温且不做非体积功；理想气体的绝热可逆过程；恒温恒容不做非体积功的过程；恒温恒压不做非体积功的过程；不做非体积功的封闭系统。
2、CO2（g）；C(石墨)；C(石墨)；碳元素各晶型中最稳定的相态；CO2（g）；碳元素完全氧化的最终产物.3、=；=；=；>4、大，小5、1299.06J；779.44J；1299.06J；-519.63J6、-nRTln(v2/v1)；nRTln(v2/v1)；=0；=07、各产物的热容之和与各反应物的热容之和不相等；在所涉及的温度范围内各物质均无相变.8、广延；自发；增大；极大；减小9、封闭系统；隔离系统；纯物质的完美晶体10、<；<11、（1）U；（2）G；（3）S；（4）H、U12、=0；=nRln(v2/v1)13、等温；等压；封闭系统不做其它功；减少14、=0；>015、66.3J·K-1；0；23400J；23400J；-2935J；20465J；-2939J16、＜0；>0 ； = 0。
17、＞0； =0；＞0;＜0二、选择题1、不对，△H = Q p ，只说明Q p 等于状态函数的改变值。
并不意味着Q p 具有状态函数的性质，Q p 是一过程量，不是体系的状态性质，只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下Q p 的值等于体系状态函数H 的改变。
2、因为对理想气体U=f(T)内能仅是温度的函数，只要始终态温度分别相同，△U 就一定相同。
所以公式dT C U T T m v ⎰=∆21,并不受定容条件的限制。
3、不对。
只有在等压下，无其它功时，Q p =ΔH m , ΔH m >0故Q p >0，体系必定吸热。
在其他条件下，ΔH m >0，Q p 可以小于0，等于0，不一定吸热。
热力学第一二定律
化学热力学基础一、判断题1、恒温过程的Q 一定是零。
2、在绝热、密闭、钢制得的容器中发生化学反应，△U 一定为零，△H 不一定为零。
3、不可逆过程就是过程发生后，系统不能再复原的过程。
4、当热由系统传给环境时，系统的焾必减少。
5、一氧化碳的标准摩尔生成焓也是同温下石墨标准摩尔燃烧焓。
6、对于理想气体，不管是恒压过程，还是恒容过程，公式⎰=∆dT C H p 都适用。
7、尽管Q 和W 都是途径函数，但（Q+W ）的数值与途径无关。
8、恒外压过程就是恒压过程。
9、物体的温度越高，则热量越多。
10、不作体积功的恒容过程的热效应，只由体系的始态和终态决定。
11、体系的焓就是体系所含的热量。
12、能对外做最大功的膨胀过程，一定是可逆过程。
13、一个体系经绝热可逆过程由始态A 变到终态B ，然后可经绝热不可逆过程由B 态回到A 态。
14、混合气体中，i 组分的分压力为VRT n P i i =。
15、绝热过程中，体系所作的功只由体系的始态和终态决定。
16、在100℃和101325Pa 下，1mol 水变成水蒸汽。
此过程温度不变，故∆U=0。
凡是系统的温度升高时就一定要吸热，而温度不变时，则系统既不吸热也不放热。
17、所有绝热过程的Q 为零，△S 也必为零。
18、实际气体绝热可逆过程的△S 一定为零，△G 不一定为零。
19、不可逆过程一定是自发的，自发过程一定是不可逆的。
20、功可以无条件无代价的全部变成热，但热不能无条件无代价的全部转化为功。
21、熵值不可能为负值。
22、系统达平衡时熵值最大，自由能最小。
23、不可逆过程的熵不会减少。
24、在绝热系统中，发生一个从状态A→B 的不可逆过程，不论用什么方法，系统再也回不到原来状态了。
25、某一化学反应的热效应被反应温度T 除，即得此反应的S ∆。
26、在等压下用酒精灯加热某物质，该物质的△S 为⎰21T T p T dT C 。
27、因为⎰=∆BA R T Q S /δ,所以只有可逆过程才有熵变；而T Q SB A IR /∑>∆δ,所以不可逆过程只有热温商,但是没有熵变。
第一章-热力学第一、二定律试题及答案
第一章 热力学第一定律一、选择题1．下述说法中，哪一种正确（ ）(A)热容C 不是状态函数； (B)热容C 与途径无关；(C)恒压热容C p 不是状态函数；(D)恒容热容C V 不是状态函数。
2．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是（ ）(A) 体系处于一定的状态，具有一定的内能；(B) 对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值；(C) 状态发生变化，内能也一定跟着变化；(D) 对应于一个内能值，可以有多个状态。
3．某高压容器中盛有可能的气体是O 2 ,Ar, CO 2, NH 3中的一种，在298K 时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，温度降低21K ，则容器中的气体（ ）(A) O 2 (B) Ar (C) CO 2 (D) NH 34．戊烷的标准摩尔燃烧焓为-3520kJ·mol -1，CO 2(g)和H 2O(l)标准摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol -1和-286 kJ·mol -1，则戊烷的标准摩尔生成焓为（ ）(A) 2839 kJ·mol -1 (B) -2839 kJ·mol -1 (C) 171 kJ·mol -1 (D) -171 kJ·mol -15．已知反应)()(21)(222g O H g O g H =+的标准摩尔反应焓为)(T H m r θ∆，下列说法中不正确的是（ ）。
(A).)(T H m r θ∆是H 2O(g)的标准摩尔生成焓 (B). )(T H m r θ∆是H 2O(g)的标准摩尔燃烧焓 (C). )(T H m r θ∆是负值 (D). )(T H m r θ∆与反应的θm r U ∆数值相等 6．在指定的条件下与物质数量无关的一组物理量是（ ）(A) T , P, n (B) U m , C p, C V(C) ΔH, ΔU, Δξ (D) V m , ΔH f,m (B), ΔH c,m (B)7．实际气体的节流膨胀过程中，下列那一组的描述是正确的（ ）(A) Q=0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 (B) Q=0 ΔH<0 ΔP> 0 ΔT>0(C) Q>0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT<0 (D) Q<0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠08．已知反应 H 2(g) + 1/2O 2(g) →H 2O(l)的热效应为ΔH ，下面说法中不正确的是（ ）(A) ΔH 是H 2O(l)的生成热 (B) ΔH 是H 2(g)的燃烧热(C) ΔH 与反应 的ΔU 的数量不等 (D) ΔH 与ΔH θ数值相等9．为判断某气体能否液化，需考察在该条件下的（ ）(A) μJ-T > 0 (B) μJ-T < 0 (C) μJ-T = 0 (D) 不必考虑μJ-T 的数值10．某气体的状态方程为PV=RT+bP(b>0)，1mol 该气体经等温等压压缩后其内能变化为（ ）(A) ΔU>0 (B) ΔU <0 (C) ΔU =0 (D) 该过程本身不能实现11．均相纯物质在相同温度下C V > C P的情况是（）(A) (∂P/∂T)V<0 (B) (∂V/∂T)P<0(C) (∂P/∂V)T<0 (D) 不可能出现C V>C P12．理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的压力，则其终态的温度，体积和体系的焓变必定是（）(A) T可逆> T不可逆, V可逆> V不可逆, ΔH可逆>ΔH不可逆(B) T可逆< T不可逆, V可逆< V不可逆, ΔH可逆<ΔH不可逆(C) T可逆< T不可逆, V可逆> V不可逆, ΔH可逆<ΔH不可逆(D) T可逆< T不可逆, V可逆< V不可逆, ΔH可逆>ΔH不可逆13．1mol、373K、1atm下的水经下列两个不同过程达到373K、1atm下的水汽：(1)等温可逆蒸发，(2)真空蒸发。
热力学第一定律和第二定律的本质区别
热力学第一定律和第二定律的本质区别热力学第一定律和第二定律听起来很高大上，对吧？其实它们就像是热力学界的两个大哥，一个负责赚钱，一个负责花钱，关系密切，但各自有各自的本事。
第一定律，简单来说，就是能量守恒。
这就像是说，你的钱包里总是得有点钱，花了就得进来。
无论你怎么花，钱不会凭空消失，这就是第一定律的精髓。
比如说，你做饭的时候，灶台上的气能量转化成了热量，煮熟了你的饭。
好家伙，这钱没白花，饭也没白做。
而第二定律就稍微复杂一点，听起来有点拗口，但其实很简单。
这家伙说的就是能量的“跑偏”现象。
就像是你买了个新手机，结果它越来越慢，电池也越来越不给力。
能量在转化的时候，总是有一部分变成了“无用”的东西，比如热量，像是你打游戏时的发热，根本没帮你赢得什么。
这个现象叫做熵增，哎呀，熵就像是家里那堆不断增加的脏衣服，洗也洗不完，永远都在增加。
这也是为什么大自然总是趋向混乱的原因。
第一定律是个“实在”的家伙，讲的是如何把能量从一个地方转到另一个地方。
而第二定律就像是个哲学家，喜欢沉思、纠结，总是在想，能量为什么会浪费，生活为什么总是要这么麻烦。
就像你早上起床，洗漱的时候，总觉得时间不够用，匆忙中总是漏掉很多细节。
第一定律让你觉得世界是有秩序的，而第二定律则告诉你，哎，没那么简单。
第一定律关注的是量，能量总量不变，换句话说，就是你可以把能量从一杯水转到另一杯水，但总的能量就是那么多，哪儿也不会去。
而第二定律则在讲质量，强调了那种“没用”的能量如何逐渐增多。
你可以想象一下，像是在一个聚会上，大家都很嗨，气氛热烈。
但时间一长，气氛就会慢慢降温，变得冷淡。
这种“熵”的增长让人无奈，但也是生活的一部分。
你可能会问，这和我们日常生活有什么关系？嘿，真不少呢！比如说，你早上喝咖啡，等你去上班的时候，咖啡就冷了。
热量慢慢散失，这就是第二定律在作怪。
它提醒我们，生活中很多事情都是不如意的，能量的流动也好，人的情绪也好，总是朝着“无用”的方向走去。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
O V1 V2
O V1 V2
OV
三、系统内能 热力学主要研究系统能量转换规律 1.系统内能 E
广义： 系统内所有粒子各种能量总和 平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能... 不包括系统整体机械能 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 E = E(T ,V )
理想气体 E = m i RT = E(T) M2
A = ∫ pdV = 0
Q
=
m M
CV ΔT
ΔE = m i RΔT M2
吸热全部用于增加内能：
ΔE
=
Q
=
m M
CV ΔT
注意： 适用于一切过程。
3) 等体摩尔热容
由 m i RΔT =
M2
单原子分子气体
m M
CV ΔT CV
=
得
CV
=
iR 2
3 R = 12.5 J ⋅ mol -1 ⋅ K -1
即： ΔE = 0
Q=0
A
A>0
E
违反热力学第一定律
注意：
Q = (E2 − E1 ) + A dQ=dE+dA 关于功、热量的正负约定
系统吸收热量：Q>0；系统放出热量：Q<0 系统对外界作功：A>0；外界对系统作功：A<0
热力学第一定律的应用
就是把热力学第一定律应用于研究一些具体的系统和过程，把 热力学第一定律的表述式用反映具体系统性质的关系式以及表 征具体过程特征的关系式相结合，计算出待求的热力学量和待 求的热力学关系式。
二、状态参量、 热力学过程
1. 描述系统宏观性质的物理量：p、T、V、E、Mm
广延量 ∝ m, 有可加性，如 V、E
物理量 强度量 无可加性，如 p、T
状态参量不随时间变化 —— 平衡态
这些参量之间并不相互独立，它们之间存在某种 联系，这种联系通过物态方程反映出来。如：
PV = m RT M
1) 容积V —— 几何角度描述系统
2. 内能 E 是状态函数
内能变化 △E 只与初末状态有关,与所经过的过程 无关,可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。
做功 3. 内能变化方式
热传递
四、功和热量
1.准dA静=态Fv过⋅ d程lr 的= 体pS积dl功= pdV
F
dV
V2
A = ∫ pdV
V1
注意：非静态过程不适用
示功图： p - V 图上过程曲线下的面积
代价
效果
热机效率: η = A净 = Q1 − Q2 = 1 − Q2
Q吸
Q1
Q1
4. 逆循环及致冷系数
高温热源T1
Q放
致冷机
特点： Q净 = A净 < 0
A Q吸
致冷机的循环： 外界对系统做功 ——
低温热源T2
系统向外界放热
实例：电冰箱
Q1 A
Q2
能量转换：
致冷系数：
w = Q2 A
从低温热源吸热
Q = (E2 − E1) + A
A
E1
E2
Q
系统从外界吸热 = 内能增量+系统对外界做功
微小过程： dQ=dE +dA
准静态： dQ=dE+pdV
理想气体：
dQ = m i RdT + pdV M2
2. 物理意义
涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。
3.其它表述
第一类永动机是不可能制成的
第一类永动机：系统不断经历状态变化后回到初 态，不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功
V2
A = ∫ pdV
dA
V1
若 dV > 0 dA > 0
dV < 0 dA < 0 dV = 0 dA = 0
思考
p
1
2
dA
O V1
V
V2
是否 V2 > V1 则由1 → 2的任何过程 A > 0 ?
p
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
o
V
2. 热量--通过系统内外分子无规则运 动交换能量，从而改变系统的内能。
1) 过程方程
热力学第一定律 dQ = dE + dA = 0
条件
准静态：
m M
CV dT +
pdV
=0
理想气体： pV = m RT M
pdV +Vdp = m RdT M
消去dT
Cp = CV + R
γ = Cp CV
pV γ = 恒量 pγ −1T −γ = 恒量 V γ −1T = 恒量
2) 绝热线 过p-V图中某点（A) 等温线 ： pV=恒量
系统
开放系统 与外界有 m、E 交换 封闭系统 与外界有 E 交换，无 m 交换 孤立系统 与外界无 E、m 交换
例 绝 热
开放系统
封闭系统
孤立系统
热力学： 研究热力学系统的状态及状态变化规律
状态变化规律主要是指系统从一个平衡态到另一个 平衡态与哪些因素有关。平衡态热力学并不研究状态 随时间的变化率，那是属于非平衡态热学研究的课题。
二. 对理想气体的应用
dV = 0 等值过程 dp = 0
等体过程 等压过程
绝热过程
dT = 0 等温过程
dQ = 0
1. 等体过程 (dV = 0 V = C )
1) 过程方程
p1 = T1 p2 T2
查理定律
p p2 p1
O
2( p2,V,T2) 1( p1,V ,T1)
V V
2) 热力学第一定律的具体形式
V：分子活动空间
理想气体 V = 容器的容积 真实气体 V < 容器的容积 单位 1l =1dm3=103cm3
2) 压强 p —— 力学角度描述系统
大量气体分子垂直作用于器壁表 p 面单位面积的作用力
单位：帕斯卡（Pa） 1atm=1.013×105Pa=76cmHg
3) 温度T —— 热力学角度描述系统 宏观：物体的冷热程度
做功 通过非保守力做功
实现
运动
热运动
量度 A
与温差相联系，
热传递 通过分子碰撞实现 热运动 热运动 Q
效果
引起 系统 内能 变化
在系统状态变化过程中，A、Q、△E 间数量关系 包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律
热力学第一定律
§19.2 热力学第一定律及其应用
一. 热力学第一定律 1. 数学形式：
Q 2
（效）
向高温热源放热
外界对系统做功 A （代价） Q1 = Q 2 + A
注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷库吸收的热 量 —— 衡量致冷的效力
介绍：空调机的循环 — 致冷机与热泵原理的结合 压缩机作功，吸热传向高温热源
季节 作用 低温热源 高温热源
1. 定义：系统经历一系列状态变化后又回到初始状态 的整个过程叫循环过程。
准静态循环过程 ~ 相图中的闭合曲线
p 正
O
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环
V
2. 共同特征
ΔE = 0 热力学第一定律： Q净 = A净
3. 正循环及其效率
高温热源T1
Q吸
热机
A
特征： Q净 = A净 > 0
热机的循环:
从外界吸热—对外做功
V
Q=0 A=0
p
0
(V 2
)γ
=
pV γ
p
=
p0 2γ
×
ΔE = 0 ΔT = 0 T2 = T1
√ ∴ p1V1 = p2V2
p2
=
p0 2
何解对？为什么？
* 绝热方程对非静态过程不适用
§19.3 循环过程 卡诺循环
热力学： 紧密围绕热机的研究和应用——工作物质 重复进行某些过程，不断吸热做功
一、循环过程
Q放 低温热源T2
实例：蒸汽机的循环
A净 = A1 − A2
Q净 = Q1 − Q2
效率: η = A净 Q吸
= Q1 − Q2
Q1
A2
= 1 − Q2 Q1
Q1 A1
Q2
热机的能量转换: 从高温热源吸热 Q
1
向低温热源放热 Q 2
（可能不止一个）
（可能不止一个）
对外做功 A净 = Q净 = Q1 − Q2
2
双原子分子（刚性）
CV
=
5 2
R
=
20.8 J ⋅ mol -1 ⋅ K −1
2. 等压过程 ( dp = 0 p = C)
p
1) 过程方程
p
V1 = T1 盖.吕萨克定律
V2 T2
o
2) 热力学第一定律的具体形式
∫V2
A=
V1
pdV
=
p(V2
− V1 )
=
m M
RΔT
Q
=
m M
C p ΔT
V
V1
Q=0
ΔE
=
m M
CV
ΔT
A
=
−ΔE
=
−
m M
CV ΔT
=
−
m M
⋅
i 2
R(T2
− T1)
=
i 2
(
p1V1
−
p2V2 )
= p1V1 − p2V2 γ −1
C p − CV = R
CV
CV
γ −1= 2 i
4) 摩尔热容