南京大学《物理化学》考试 第一章 热力学第一定律及其应用
物理化学第一章热力学第一定律
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境（system and surroundings）
系统：人为划定的研究对象。 环境：与体系密切相关的部分。
空气、水蒸气
杯子 水
加热器
系统分类： ① 敞开系统（或开放系统） ② 封闭系统 ③孤立系统（或隔离系统）
Zn(s) + 2HCl(aq) = ZnCl2(aq) + H2(g)
二、系统的性质（properties）
描述系统状态的物理量（体积、压力、温度等）。
① 广度性质：与系统物质的量有关，具有加和性。 （质量、体积、内能）
② 强度性质：取决于自身特性，与系统物质的量无 关，不具有加和性。（温度、压力、密度）
2、化学动力学——化学反应的速率和机理问题。
3、物质结构——物质性质与其结构之间的关系。
化 学
化学热力学基础
第一章 第二章
热力学定律
热 力 学
第三章 化学热力学应用 第四章
化学平衡、 相平衡
第五章 电化学
第七章 表面现象
化学能与热能转 化规律
化学能与电能转 化规律
表面现象知识
第八章 胶体分散系统
胶体知识
物理化学
物理化学
——是研究有关物质化学变化和物理变化之间联系规律的一门学科。 ——是药学专业的基础课。掌握物理化学基本理论、实验方法、基 本技能，初步具有分析、解决与药学实践有关问题的能力，为学习 药剂学、药物分析等后续课程奠定基础。
一、物理化学的研究对象和内容
——从研究物质的物理现象和化学现象的联系入 手，探求化学变化的基本规律，又称理论化学。 1、化学热力学——能量转化及化学变化的方向和限度问题。
南京大学物理化学选择题完整版教材
第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（一）1．物质的量为n的纯理想气体，该气体在如下的哪一组物理量确定之后，其它状态函数方有定值。
( )(A) p (B) V (C) T,U (D) T, p2. 下述说法哪一个正确? ( )(A) 热是体系中微观粒子平均平动能的量度(B) 温度是体系所储存热量的量度(C) 温度是体系中微观粒子平均能量的量度(D) 温度是体系中微观粒子平均平动能的量度3. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将： ( )(A)不变 (B)升高 (C)降低 (D)无法判定4. 1 mol 373 K，标准压力下的水经下列两个不同过程变成373 K，标准压力下的水气， (1) 等温等压可逆蒸发，(2) 真空蒸发这两个过程中功和热的关系为： ( )(A) |W1|> |W2| Q1> Q2 (B)|W1|< |W2| Q1< Q2(C) |W1|= |W2| Q1= Q2 (D)|W1|> |W2| Q1< Q25. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时热力学能将：( )(A)降低 (B)增加 (C)不变 (D)增加、减少不能确定6. 在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间： ( )(A) 一定产生热交换 (B) 一定不产生热交换(C) 不一定产生热交换 (D) 温度恒定与热交换无关7. 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时,燃烧等量的燃料,则可逆热机拖动的列车运行的速度：( )(A) 较快 (B) 较慢 (C) 一样 (D) 不一定8. 始态完全相同(p1,V1,T1)的一个理想气体体系，和另一个范德华气体体系，分别进行绝热恒外压(p0)膨胀。
当膨胀相同体积之后,下述哪一种说法正确?( )(A) 范德华气体的热力学能减少量比理想气体多(B) 范德华气体的终态温度比理想气体低(C) 范德华气体所做的功比理想气体少(D) 范德华气体的焓变与理想气体的焓变相等9．ΔH =Q p , 此式适用于下列哪个过程：( )(A) 理想气体从106 Pa反抗恒外压105 Pa膨胀到105 Pa(B) 0℃ , 105 Pa 下冰融化成水(C) 电解 CuSO4水溶液(D) 气体从(298 K, 105 Pa)可逆变化到(373 K, 104 Pa) 10．在100℃和25℃之间工作的热机，其最大效率为： ( ) (A) 100 % (B) 75 % (C) 25 % (D) 20 % 11．对于封闭体系，在指定始终态间的绝热可逆途径可以有:( )(A) 一条 (B) 二条 (C) 三条 (D) 三条以上12．某理想气体的γ =C p/C v=1.40,则该气体为几原子分子气体? ( ) (A) 单原子分子气体 (B) 双原子分子气体(C) 三原子分子气体 (D) 四原子分子气体13．实际气体绝热恒外压膨胀时,其温度将： ( )(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不确定14．当以5 mol H2气与4 mol Cl2气混合，最后生成2 mol HCl气。
物化课件01章热力学一定律及其应用
2023
PART 05
热力学第三定律的应用
REPORTING
绝对熵的概念
总结词
绝对熵是热力学中一个重要的概念，表示系 统达到平衡态时的熵值。
详细描述
绝对熵的定义基于热力学第三定律，即当系 统达到绝对零度时，熵值达到最大。绝对熵 的数值反映了系统内部微观粒子的混乱程度 ，即系统无序度的量度。
熵的物理意义
热力学第三定律
热力学第三定律的概念
热力学第三定律是指系统在绝对零度时 熵为零，即系统在绝对零度时不能进行 任何自发反应。这个定律是热力学理论 体系的重要基石之一。
VS
热力学第三定律的应用
热力学第三定律在制冷技术、超导技术等 领域有广泛的应用。例如，在制冷技术中 ，人们通过不断降低温度来提高系统的性 能，而这个过程就需要遵循热力学第三定 律。
01
02
03
热能转换为机械能
例如，内燃机通过燃料燃 烧产生的热能转换为机械 能，从而驱动车辆或机器 运转。
机械能转换为热能
例如，发电机将机械能转 换为电能，而在这一过程 中，部分能量会以热能的 形式散失。
热能与电能转换
例如，热电偶利用塞贝克 效应将热能转换为电能， 而散热器则将电能转换为 热能。
热力过程
表达形式
热力学第一定律的数学表达式为：ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的增量 ，Q表示传递给系统的热量，W表示系统对外做的功。
当系统处于平衡态时，内能增量ΔU等于零，即Q = -W，表示系统吸收的热量等 于系统对外做的功。
2023
PART 02
热力学第一定律的应用
REPORTING
能量转换
2023
REPORTING
第一章热力学第一定律解析
物理化学电子教案 ——第二章
热力学第一定律及其应用
环境 surroundings
无物质交换 封闭系统
Closed system
U Q W
有能量交换
第二章 热力学第一定律
§ 2.1 热力学概论 §2.2 热平衡和热力学第零定律──温度的概念 §2.3 热力学的一些基本概念 §2.4 热力学第一定律 §2.5 准静态过程与可逆过程 §2.6 焓
§2.7 热容 §2.8 热力学第一定律对理想气体的应用 §2.9 Carnot循环
第二章 热力学第一定律
§2.10 §2.11 §2.12 §2.13 §2.14 §2.15 *§2.16 *§2.17 *§2.18
§0.4 物理化学课程的学习方法
（1）扩大知识面，打好专业基础 （2）提高自学能力，培养独立工作能力
1.抓住每章重点; 2.掌握主要公式的物理意义和使用条件; 3.课前自学，认真做笔记，及时复习; 4.注意章节之间的联系，做到融会贯通; 5.重视做习题，培养独立思考的能力，检查自 己对课程内容的掌握程度。
新数据处理方法不 断涌现。
形成了许多 新的分支领域， 如：
胶 体 化 学
物理化学
溶 液 化 学
§0.1 物理化学的建立与发展
20世纪中叶后发展趋势和特点： (1) 从宏观到微观 (2) 从体相到表相 (3) 从静态到动态 (4) 从定性到定量 (5) 从单一学科到边缘学科 (6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
热
电
化学反应
原子、分子间的分离与组合
光
磁
化学
密 不 可
物理分 学
§0.2 物理化学的目的和内容
物理现象
化学现象
南京大学《物理化学》练习第一章热力学第一定律及其应用
南京⼤学《物理化学》练习第⼀章热⼒学第⼀定律及其应⽤第⼀章热⼒学第⼀定律及其应⽤返回上⼀页1. 如果⼀个体重为70kg的⼈能将40g巧克⼒的燃烧热(628 kJ) 完全转变为垂直位移所要作的功,那么这点热量可⽀持他爬多少⾼度?2. 在291K和下,1 mol Zn(s)溶于⾜量稀盐酸中,置换出1 mol H2并放热152 。
Zn和盐酸为体系，求该反应所作的功及体系内能的变化。
kJ若以3．理想⽓体等温可逆膨胀，体积从V1胀⼤到10V1，对外作了41.85 kJ的功，体系的起始压⼒为202.65 kPa。
(1)求V1。
(2)若⽓体的量为2 mol ,试求体系的温度。
4．在及423K时，将1 mol NH3等温压缩到体积等于10 dm3, 求最少需作多少功？（1）假定是理想⽓体。
（2）假定服从于范德华⽅程式。
已知范⽒常数a=0.417 Pa·m6·mol-2, b=3.71×m3/mol.5．已知在373K和时，1 kg H2O（l）的体积为1.043 dm3,1 kg⽔⽓的体积为。
1 mol H2O(l),在373 K和外压为时1677 dm3,⽔的=40.63 kJ/mol 当完全蒸发成⽔蒸⽓时，求（1）蒸发过程中体系对环境所作的功。
（2）假定液态⽔的体积忽略⽽不计，试求蒸发过程中的功，并计算所得结果的百分误差。
（3）假定把蒸汽看作理想⽓体，且略去液态⽔的体积，求体系所作的功。
（4）求（1）中变化的和。
（5）解释何故蒸发热⼤于体系所作的功？6．在273.16K 和时,1 mol的冰熔化为⽔，计算过程中的功。
已知在该情况下冰和⽔的密度分别为917 kg·m-3和1000 kg·m-3。
7．10mol的⽓体（设为理想⽓体），压⼒为1013.25 kPa,温度为300 K，分别求出等温时下列过程的功：（1）在空⽓中（压⼒为）体积胀⼤1 dm3。
（2）在空⽓中膨胀到⽓体压⼒也是。
《物理化学》(南大第五版)知识点总结
W=ΔU= CV dT ;ΔH= Cp dT
不可逆绝热过程：Q=0 ; 利用 CV(T2-T1)=－pe(V2-V1)求出 T2, W=ΔU= CV dT ;ΔH= Cp dT 2、相变化 可逆相变化：ΔH=Q=nΔ＿H； Ｗ＝－p(V2-V1)=－pVg=－nRT ; ΔU=Q+W
B (T , p, sln ) b , B (T ) RT ln a b , B ; ab,B=γb,B bB;
标准态为：同温下 bB=1 且符合
亨利定律的溶质（假想状态） 。
B (T , p, sln ) %, (T ) RT ln a%, B ; a%,B=γ%,B[%B]; B
标准态为：同温下[B%]=1 且
符合亨利定律的溶质（一般为假想状态） 。 三、各种平衡规律 1、液态混合物的气液平衡
* pA=p * A ax,A ; pA=p A ax,A ; p=pA+pB
2、溶液的气液平衡
pA=p * A ax,A；pB=kx,Bax,B=kb,Bab,B=k%,Ba%,B；p=pA+pB
r Gm (T ) RT ln K
[ p( H 2 ) / p ][c( ZnCl 2 )] c2 (H C l )
三、 范特荷夫等温方程
r Gm (T ) r Gm (T ) RT ln J RT ln J / K
四、平衡常数与温度的关系
B f Gm ( B,298)
（4）ΔG 与温度的关系 ΔG=ΔH-TΔS ，设 ΔH、ΔS 不遂温度变化。 五、化学势 1、化学式的定义和物理意义
B (
G ) T , p ,nc ( c B ) ；在 T、p 及其他物质的量保持不变的情况下，增加 1molB 物质引 n B
物理化学参考书目
《物理化学》参考书目一、参考文章目录绪论1.美国化学科学机会调查委员会等编：《化学中的机会》，曹家桢等译，中国化学会出版，1986。
2.化学发展简史编写组，《化学发展简史》，科学出版社1980。
3.国家教委理科化学教材编写委员会物理化学编审组，《物理化学教学文集》，高等教育出版社，1986。
4.中国自然辩证法研究会化学化工专业组，《化学哲学基础》编委会编著，《化学哲学基础》，科学出版社，1986。
第一章热力学第一定律及应用1.王竹溪:“热力学发展史概要”“，《物理通报》，4，145（1962）。
2.王军民，刘芸：“在热化学中引入反应进度的概念”，《大学化学》，3（5），16（1988）。
3.刘子祥：“热化学法闭路循环制氢和氧的新进展”，《化学通报》，6，25（1988）。
]4.H.Erlichson:“热力学第一定律中的内能”，《大学物理》，6，18（1987）。
5.L.K.Nash:“Elementary Chemical Thermodynami cs”,J.Chem. Educ.42,64(1965).第二章热力学第二定律1.陈荣悌：“热力学第二定律“，《化学通报》，1，49（1963）。
]2.王竹溪:“‘热寂说’不是热力学第二定律的科学推论”，《自然科学争鸣》，1，62（1975）。
3.郑克祥：“Gibbs对化学热力学的贡献”，《大学化学》，2（6），55（1987）4.邵美成：“谈谈对热力学第二定律的一些看法”，《化学通报》，6，325（1977）。
5.邵美成：“熵的概念及其在化学中的应用”，《化学通报》，2，120（1974）。
6.李申生：“太阳能利用与热力学定律”，《大学物理》，5（1987）。
7.高执隶：“关于ΔH和ΔG的一些问题”，《大学化学》，2（2），48，1987。
8.童祜嵩：“将热力学偏导数以及状态方程变量、热容和熵表达的一般方法”，《化学通报》，9，46（1982）。
南京大学《物理化学》(上学期)每章典型例题
第一章 热力学第一定律与热化学例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡，再由该状态恒容升温到97 ℃ ，则压力升到1013.25kPa 。
求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。
已知该气体的C V ，m 恒定为20.92J ∙mol -1 ∙K -1。
解题思路：需先利用理想气体状态方程计算有关状态：(1mol, T 1=27℃, p 1=101325Pa ，V 1)→(1mol, T 2=27℃, p 2=p 外=?，V 2=?) →(1mol, T 3=97℃, p 3=1013.25kPa ，V 3= V 2)例题2 计算水在 θp ，-5℃ 的结冰过程的△H 、△S 、△G 。
已知θ)(,,2l O H m p C ，θ)(,,2s O H m p C 及水在 θp ，0℃的凝固焓θm con H ∆。
解题思路：水在 θp ，-5℃ 的结冰过程为不可逆过程，计算时要利用θp ，0℃结冰的可逆相变过程，即H 2O （l ，1 mol ，-5℃ ，θp2O （s ，1 mol ，-5℃，θp ） ↓△H 2,△S 2, △G 2 ↑△H 4,△S 4, △G 4 H 2O （l ，1 mol ， 0℃，θp H 2O （s ，1 mol ，0℃，θp ）△H 1=△H 2＋△H 3＋△H 4=θ)(,,2l O H m p C （273K-268K ）+θm con H ∆+θ)(,,2s O H m p C (268k-273K)△S 1=△S 2＋△S 3＋△S 4=θ)(,,2l O H m p C ln(273/268)+ θm con H ∆/273+θ)(,,2s O H m p C ln(268/273)△G 1=△H 1-T 1△S 1例题3 在 298.15K 时，使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧，放出 119.50kJ 的热量。
南京大学自测题汇总
南京大学自测题汇总第一章热力学第一定律及其应用自测题一、选择题1、物质的量为n 的纯理想气体，该气体的哪一组物理量确定后，其它状态函数方有定值？A 、 pB 、VC 、T 、UD 、T 、p2、有一真空绝热瓶子，通过阀门和大气相隔。
当阀门打开时，大气（视为理想气体）进入瓶，此时瓶气体的温度将（）A 、升高B 、降低C 、不变D 、不确定3、公式?H =Q p 适用于下列过程中的A 、理想气体从1013.25kPa 反抗恒定的外压101.325kPa 膨胀；B 、273K 、101.325kPa 下冰融化成水；C 、298K 、101.325kPa 下电解CuSO 4水溶液；D 、气体从状态I 等温可逆变化到状态II4、可逆机的效率为η，冷冻机的冷冻系数为β，则η和β的数值满足A 、11<<βη,；B 、11≤≤βη,；C 、11><βη, ；D 、βη,1<可以小于、等于、大于15、对于一定量的理想气体，有可能发生的过程是（）1、对外作功且放出热量；2、恒容绝热升温、无非膨胀功；3、恒压绝热膨胀4、恒温绝热膨胀A 、1、4B 、2、3C 、3、4D 、1、26、实际气体经节流膨胀后，（）A 、Q <0, ?H =0, ?p <0B 、Q =0, ?H =0, ?T <0C 、Q =0, ?H <0, ?p <0D 、Q =0, ?H =0, ?p <07、某气体的状态方程为bp RT pV +=m （b 大于零的常数），此气体向真空绝热膨胀后的温度A 、不变B 、上升C 、下降D 、不确定8、根据定义；等压膨胀系数p T V V a ??? ????=1，等容压力系数VT p p ??? ????=1β，等温压缩系数κβακ,,,p V VT-=1三者间的关系为 A 、κβα?=?p B 、1=??κβα C 、p /βκα=?D 、κβα??=p9、氏气体经Joule 实验后（绝热真空膨胀）气体的温度将（）A 、上升B 、下降C 、不变D 、不确定10、有一容器四壁导热，上部有一可移动的活塞，在该容器中同时放入锌粒和盐酸，发生化学反应后活塞将上移一定距离，以锌粒和盐酸为体系，则（）A 、Q <0, W >0, ?H <0B 、Q =0, W =0, ?U >0C 、Q =0, W >0,?U <0D 、Q =0, Wi>0, ?U =0 11、1mol, 373k, O p 下的水经下列两个不同过程达到373K 、O p 下的水汽：（1）等温可逆蒸发，（2）真空蒸发。
南大物化PPT01章热力学第一定律及其应用
2024/3/22
功与过程
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中 克服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到 V2所作的功。 1.自由膨胀（free expansion） δ We,1 pedV 0 因为 pe 0
2.等外压膨胀（pe保持不变） We,2 pe (V2 V1 )
第一章 热力学第一定律及其应用
1.1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3 准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用
1.7 实际气体 1.8 热化学
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2024/3/22
第一章 热力学第一定律及其应用
1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律 1.12 绝热反应——非等温反应 *1.13 热力学第一定律的微观说明
热力学能是状态函数，用符号U表示， 它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。
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2024/3/22
第一定律的文字表述
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有
的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互 转化，但总的能量不变。
外相当于一杯水，水不断蒸发，这样的膨胀过程 是无限缓慢的，每一步都接近于平衡态。所作的功为：
We,4 pedV ( pi dp)dV
V2 V1
pidV
V2 V1
nRT V
dV
nRT ln V1 V2
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
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南京大学《物理化学》每章典型例题讲解
第一章 热力学第一定律与热化学例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡，再由该状态恒容升温到97 ℃ ，则压力升到1013.25kPa 。
求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。
已知该气体的C V ，m 恒定为20.92J ∙mol -1 ∙K -1。
解题思路：需先利用理想气体状态方程计算有关状态： (T 1=27℃, p 1=101325Pa ，V 1)→(T 2=27℃, p 2=p 外=?，V 2=?)→(T 3=97℃, p 3=1013.25kPa ，V 3= V 2)例题2水在 -5℃ 的结冰过程为不可逆过程，计算时要利用0℃ 结冰的可逆相变过程，即H 2O （l ，1 mol ，-5℃ ，θp ）（s ，1 mol ，-5℃，θp ）↓△H 2 ↑△H 4H 2O （l ，1 mol ， 0℃，θp ） O （s ，1 mol ，0℃，θp ）∴ △H 1=△H 2＋△H 3＋△H 4例题3 在 298.15K 时，使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧，放出 119.50kJ 的热量。
忽略压力对焓的影响。
(1) 计算甲醇的标准燃烧焓 θm c H ∆。
(2) 已知298.15K 时 H 2O(l) 和CO 2(g)的标准摩尔生成焓分别为－285.83 kJ·mol －1、－393.51 kJ·mol －1，计算CH 3OH(l)的θm f H ∆。
(3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 35.27kJ·mol －1，计算CH 3OH(g) 的θm f H ∆。
解：(1) 甲醇燃烧反应：CH 3OH(l) +23O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(l) Q V =θm c U ∆=－119.50 kJ/(5.27/32)mol =－725.62 kJ·mol －1Q p =θm c H ∆=θm c U ∆+∑RT v)g (B= (－725.62－0.5×8.3145×298.15×10－3)kJ·.mol －1 =－726.86 kJ·mol－1(2) θm c H ∆=θm f H ∆(CO 2) + 2θm f H ∆（H 2O )－θm f H ∆ [CH 3OH(l)] θm f H ∆[CH 3OH (l)] =θm f H ∆ (CO 2) + 2θm f H ∆ (H 2O )－θm c H ∆= [－393.51+2×(－285.83)－(－726.86) ] kJ·mol －1=－238.31 kJ·mol －1(3) CH 3OH (l) →CH 3OH (g) ，θm vap ΔH= 35.27 kJ·.mol －1θm f H ∆[CH 3OH (g)] =θm f H ∆[CH 3OH (l)] +θmv ap H ∆= (－38.31+35.27)kJ·.mol－1=－203.04 kJ·mol －1第二章 热力学第二定律例1. 1mol 理想气体从300K ,100kPa 下等压加热到600K ，求此过程的Q 、W 、U 、H 、S 、G 。
傅献彩物理化学选择题———第一章 热力学第一定律及其应用 物化试卷(一)
目录（试卷均已上传至“百度文库”，请自己搜索）第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（一）第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（二）第二章热力学第二定律物化试卷（一）第二章热力学第二定律物化试卷（二）第三章统计热力学基础第四章溶液物化试卷（一）第四章溶液物化试卷（二）第五章相平衡物化试卷（一）第五章相平衡物化试卷（二）第六章化学平衡物化试卷（一）第六章化学平衡物化试卷（二）第七章电解质溶液物化试卷（一）第七章电解质溶液物化试卷（二）第八章可逆电池的电动势及其应用物化试卷（一）第八章可逆电池的电动势及其应用物化试卷（二）第九章电解与极化作用第十章化学动力学基础（一）物化试卷（一）第十章化学动力学基础（一）物化试卷（二）第十一章化学动力学基础(二) 物化试卷（一）第十一章化学动力学基础(二) 物化试卷（二）第十二章界面现象物化试卷（一）第十二章界面现象物化试卷（二）第十三章胶体与大分子溶液物化试卷（一）第十三章胶体与大分子溶液物化试卷（二）参考答案1．物质的量为n的纯理想气体，该气体在如下的哪一组物理量确定之后，其它状态函数方有定值。
( )(A) p (B) V (C) T,U (D) T, p2. 下述说法哪一个正确? ( )(A) 热是体系中微观粒子平均平动能的量度(B) 温度是体系所储存热量的量度(C) 温度是体系中微观粒子平均能量的量度(D)温度是体系中微观粒子平均平动能的量度3. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将：( )(A)不变(B)升高(C)降低(D)无法判定4. 1 mol 373 K，标准压力下的水经下列两个不同过程变成373 K，标准压力下的水气，(1) 等温等压可逆蒸发，(2)真空蒸发这两个过程中功和热的关系为：( )(A) |W1|> |W2| Q1> Q2(B)|W1|< |W2| Q1< Q2(C) |W1|= |W2| Q1= Q2(D)|W1|> |W2| Q1< Q25. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时热力学能将：( )(A)降低(B)增加(C)不变(D)增加、减少不能确定6. 在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间： ( )(A) 一定产生热交换(B)一定不产生热交换(C) 不一定产生热交换(D)温度恒定与热交换无关7. 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时,燃烧等量的燃料,则可逆热机拖动的列车运行的速度：( )(A) 较快(B) 较慢(C) 一样(D) 不一定8. 始态完全相同(p1,V1,T1)的一个理想气体体系，和另一个范德华气体体系，分别进行绝热恒外压(p0)膨胀。
南京大学物理化学3
V 1 V2
K = ∫ ν dV V V 1 K = (1ν )Vν 1
V2
V2 V 1
K K = ν 1 ν 1 (1ν )V 1 (1ν )V2 p2V2 p1V 1 = 1ν nR(T2 T ) 1 = ν 1
ν-1=Cp,m/CV,m -1=R/ CV,m - 所以W′ 所以 ′=n CV,m (T2-T1) 而U=n CV,m (T2-T1) =W′ ′ H=n Cp,m (T2-T1) 绝热不可逆过程: 绝热不可逆过程 Q=0 U =W′ =n CV,m (T2-T1) ′ = -p0(V2-V1)
3.1热力学第一定律 3.1热力学第一定律 1.表述 1.表述
3.热力学第一定律及其应用 热力学第一定律及其应用
自然界的一切物质都有能量, 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, 的形式,能够从一种形式转化为另一种形式,或 从一个物体传递给另一个物体, 从一个物体传递给另一个物体,但在转化与传递 的过程中,能量的总值不变. 的过程中,能量的总值不变. 另一说法: 另一说法:不供给能量而可连续不断产生能量的 机器,叫第一类永动机,经验告诉我们, 机器,叫第一类永动机,经验告诉我们,第一类 永动机是不可能造出来的. 永动机是不可能造出来的
系统对环境的功(右边 系统对环境的功 右边): 右边
W2 = ∫ ′
V2
p 2 dV = p 2V 2
多孔塞
绝热筒
净功W 净功 ′= W 1′+ W 2′=p1V1- p2V2 所以U=U2 - U1= p1V1- p2V2 所以 U2 + p2V2 = U1 +p1V1 H2=H1 即H=0
南大物理化学复习题答案
南大物理化学复习题答案南大物理化学是一门结合了物理学原理和化学现象的交叉学科，它涉及热力学、统计力学、电化学、表面化学等多个领域。
为了帮助学生更好地复习物理化学，以下是一些复习题及其答案的示例。
1. 什么是热力学第一定律？答案：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明在一个封闭系统中，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
数学表达式为：ΔU = Q - W，其中ΔU是系统内能的变化，Q 是系统吸收的热量，W是系统对外做的功。
2. 简述熵的概念及其物理意义。
答案：熵是热力学中用来描述系统无序程度的物理量。
熵的增加通常与系统无序度的增加相联系。
熵的物理意义在于它与系统微观状态的多样性有关，熵值越高，系统可能的微观状态就越多，系统的无序程度也就越大。
3. 描述范德瓦尔斯方程，并解释其与理想气体方程的区别。
答案：范德瓦尔斯方程是描述实际气体状态的方程，它考虑了分子间的吸引力和分子体积对气体行为的影响。
范德瓦尔斯方程的一般形式为：(P + a(n/V)^2)(V - nb) = nRT，其中P是压强，V是体积，n是摩尔数，R是气体常数，T是温度，a和b是与气体种类有关的常数。
与理想气体方程PV = nRT相比，范德瓦尔斯方程更准确地描述了实际气体在高压和低温条件下的行为。
4. 什么是化学势？它与化学平衡有什么关系？答案：化学势是描述在恒温恒压下，单位物质的吉布斯自由能变化的物理量。
化学势与化学平衡的关系在于，当一个化学反应达到平衡时，反应物和生成物的化学势相等。
化学平衡可以通过吉布斯自由能变化来预测，当ΔG = 0时，反应达到平衡。
5. 描述电化学电池中电极反应的基本原理。
答案：电化学电池的工作原理基于氧化还原反应。
在电池的阳极，物质发生氧化，释放电子；在阴极，物质发生还原，吸收电子。
电子通过外部电路从阳极流向阴极，形成电流。
电极反应的进行依赖于电化学电池的电势差，电势差越大，电池的输出功率越高。
第一章 热力学第一定律及其应用
第一章—热力学第一定律及其应用
只做体积功的等压过程，体系吸收热量等于体系焓的增加。
焓的理解: H=U + pV 实验测不出 H、U
（1）只做体积功的等容过程：Q V =Δ U 只做体积功的等压过程：Q P =Δ H （通过测定热效应求出ΔU、 ΔH） （2）内能和焓是状态函数，QV、QP与途径无关 （3）不是等容等压过程也由Q、Δ U、Δ H值
可逆过程的本质意义是系统复原时不留下永久性变化的
过程，或言之系统与环境之间强度因子相差无穷小时所经
历一系列平衡态过程。可逆过程是平衡态过程，但平衡态
过程不一定是可逆过程。可逆过程是理想化概念，其效率 最高，是实际过程的极限。 可逆过程的特点：
① 体系和环境都恢复原状；
② 准静态过程； ③ 理想过程（极限过程）
高压蒸汽
体积膨胀
做功
蒸汽机
热机械能
煤炭
电解质
燃烧
电池反应
放热
放电
燃料
电源
化学能热
化学能电能
问题一：体系的能量怎样描述？ 问题二：体系在不同的变化过程中能量如何变化？
第一章—热力学第一定律及其应用
2、体系的内能以及热和功 整体运动的动能
体系的能量
体系在外力场中的位能
分子的平动能 分子的转动能
体系内能（U）—热力学能
同样： 若 ΔU II > ΔU II， 也违反热力学第一定律
所以： ΔU I = ΔU II
第一章—热力学第一定律及其应用
２、不同膨胀过程中的功
假设体系为一定量理想气体的封闭体系，因此体系的改变遵守 ΔU = Q – W
状态Ⅰ
P1 V1 T1 n
状态Ⅱ
P2 V2 T2 n
第一章 热力学第一定律及其应用
- p2 (V2 - V ")
1、不同途径，体系所做功不同，功与变化途径有关 2、同样Q也是过程量 3、we,4 功值最大。
二、准静态过程（GUASISTATIC PROCESS）
在过程进行的每一瞬间，体系都接近于平衡状 态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整 个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成 是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称 为准静态过程。
它显然与能量守恒定律矛盾。
历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失 败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。
利用力矩变化的魔轮
二、内能（INTERNAL ENERGY）
1. 体系总能量E的组成 2. 热力学能（thermodynamic energy）以前称为内能 （internal energy）,它是指体系内部能量的总和，包括分 子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核 能以及各种粒子之间的相互作用位能等 内能是状态函数，是热一得直接结论，因此内能的特征为：
(U2 + pV2 ) - (U1 + pV1) = Qp = D H
二、热容（HEAT CAPACITY）
1. 定义 对于组成不变的均相封闭体系，不考虑非膨 胀功，设体系吸热Q，温度从T1 升高到T2,则： 平均热容定义： < C >=
讨论： a. 过程量 b. 与m的关系
Q T2 - T1
单位
将两个容量相等的容器，放在水 浴中，左球充满气体，右球为真空 （如上图所示）。 打开活塞，气体由左球冲入右球， 达平衡（如下图所示）。
一、理想气体内能和焓
1. 盖.吕萨克-焦耳实验
低压气体向真空膨胀，水浴温度没有变化，Q=？ 由于体系的体积取两个球的总和，W=？ 根据热力学第一定律得该过程的内能的变化？？
物理化学 01章_热力学第一定律及其应用
功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号：
环境对体系作功，W>0；体系对环境作功，W<0 。
Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
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2021/1/3
1．2 热力学第一定律
•热功当量 •能量守恒定律 •热力学能 •第一定律的文字表述 •第一定律的数学表达式
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2021/1/3
热功当量
焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经 20多年，用各种实验求证热和功的转换关系， 得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理 提供了科学的实验证明。
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2021/1/3
热力学的方法和局限性
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。
•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。
•能判断变化能否发生以及进行到什么程 度，但不考虑变化所需要的时间。
局限性 不知道反应的机理、速率和微观性
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
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2021/1/3
状态方程
体系状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀体系，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个 是独立的，它们的函数关系可表示为：
•体系与环境 •体系的分类 •体系的性质 •热力学平衡态 •状态函数 •状态方程 •热和功
南京大学《物理化学》考试 第一章 热力学第一定律及其应用
第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（一）1．物质的量为n的纯理想气体，该气体在如下的哪一组物理量确定之后，其它状态函数方有定值。
(A) p (B) V (C) T,U (D) T, p2. 下述说法哪一个正确?(A) 热是体系中微观粒子平均平动能的量度(B) 温度是体系所储存热量的量度(C) 温度是体系中微观粒子平均能量的量度(D) 温度是体系中微观粒子平均平动能的量度3. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将：(A) 不变(B) 升高(C) 降低(D) 无法判定4. 1 mol 373 K，标准压力下的水经下列两个不同过程变成373 K，标准压力下的水气， (1) 等温等压可逆蒸发， (2) 真空蒸发这两个过程中功和热的关系为：(A) |W1|> |W2| Q1> Q2(B) |W1|< |W2| Q1< Q2(C) |W1|= |W2| Q1= Q2(D) |W1|> |W2| Q1< Q25. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时热力学能将：(A) 降低(B) 增加(C) 不变(D) 增加、减少不能确定6. 在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间：(A) 一定产生热交换(B) 一定不产生热交换(C) 不一定产生热交换(D) 温度恒定与热交换无关7. 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时,燃烧等量的燃料,则可逆热机拖动的列车运行的速度：(A) 较快(B) 较慢(C) 一样(D) 不一定8. 始态完全相同(p1,V1,T1)的一个理想气体体系，和另一个范德华气体体系，分别进行绝热恒外压(p0)膨胀。
当膨胀相同体积之后, 下述哪一种说法正确?(A) 范德华气体的热力学能减少量比理想气体多(B) 范德华气体的终态温度比理想气体低(C) 范德华气体所做的功比理想气体少(D) 范德华气体的焓变与理想气体的焓变相等9．ΔH =Q p , 此式适用于下列哪个过程：(A) 理想气体从106 Pa反抗恒外压105 Pa膨胀到105 Pa(B) 0℃ , 105 Pa 下冰融化成水(C) 电解 CuSO4水溶液(D) 气体从 (298 K, 105 Pa) 可逆变化到 (373 K, 104 Pa) 10．在 100℃和 25℃之间工作的热机，其最大效率为：(A) 100 % (B) 75 % (C) 25 % (D) 20 %11．对于封闭体系，在指定始终态间的绝热可逆途径可以有:(A) 一条(B) 二条(C) 三条(D) 三条以上12．某理想气体的γ =C p/C v =1.40,则该气体为几原子分子气体?(A) 单原子分子气体(B) 双原子分子气体(C) 三原子分子气体(D) 四原子分子气体13．实际气体绝热恒外压膨胀时,其温度将：(A) 升高(B) 降低(C) 不变(D) 不确定14．当以5 mol H2气与4 mol Cl2气混合，最后生成2 mol HCl气。
物理化学01章_热力学第一定律及其应用
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2019/10/21
准静态过程（guasistatic process）
2.等外压膨胀（pe保持不变） We,2 pe(V2V1)
体系所作的功如阴影面积所示。
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2019/10/21
功与过程
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2019/10/21
功与过程
3.多次等外压膨胀 (1)克服外压为 p ' ，体积从V 1 膨胀到V ' ； (2)克服外压为 p " ，体积从V ' 膨胀到V " ； (3)克服外压为 p 2 ，体积从V " 膨胀到V 2 。
•体系与环境 •体系的分类 •体系的性质 •热力学平衡态 •状态函数 •状态方程 •热和功
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2019/10/21
热力学的研究对象
•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应； •研究化学变化的方向和限度。
We',1p"(V"V2)
p'(V' V") p1(V1 V')
整个过程所作的功为三步加和。
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2019/10/21
功与过程
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2019/10/21
功与过程
3.可逆压缩
如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚，使压力缓 慢增加，恢复到原状，所作的功为：
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （2）封闭体系（closed system）
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第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（一）1．物质的量为n的纯理想气体，该气体在如下的哪一组物理量确定之后，其它状态函数方有定值。
(A) p (B) V (C) T,U (D) T, p2. 下述说法哪一个正确?(A) 热是体系中微观粒子平均平动能的量度(B) 温度是体系所储存热量的量度(C) 温度是体系中微观粒子平均能量的量度(D) 温度是体系中微观粒子平均平动能的量度3. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将：(A) 不变(B) 升高(C) 降低(D) 无法判定4. 1 mol 373 K，标准压力下的水经下列两个不同过程变成373 K，标准压力下的水气， (1) 等温等压可逆蒸发， (2) 真空蒸发这两个过程中功和热的关系为：(A) |W1|> |W2| Q1> Q2(B) |W1|< |W2| Q1< Q2(C) |W1|= |W2| Q1= Q2(D) |W1|> |W2| Q1< Q25. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时热力学能将：(A) 降低(B) 增加(C) 不变(D) 增加、减少不能确定6. 在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间：(A) 一定产生热交换(B) 一定不产生热交换(C) 不一定产生热交换(D) 温度恒定与热交换无关7. 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时,燃烧等量的燃料,则可逆热机拖动的列车运行的速度：(A) 较快(B) 较慢(C) 一样(D) 不一定8. 始态完全相同(p1,V1,T1)的一个理想气体体系，和另一个范德华气体体系，分别进行绝热恒外压(p0)膨胀。
当膨胀相同体积之后, 下述哪一种说法正确?(A) 范德华气体的热力学能减少量比理想气体多(B) 范德华气体的终态温度比理想气体低(C) 范德华气体所做的功比理想气体少(D) 范德华气体的焓变与理想气体的焓变相等9．ΔH =Q p , 此式适用于下列哪个过程：(A) 理想气体从106 Pa反抗恒外压105 Pa膨胀到105 Pa(B) 0℃ , 105 Pa 下冰融化成水(C) 电解 CuSO4水溶液(D) 气体从 (298 K, 105 Pa) 可逆变化到 (373 K, 104 Pa) 10．在 100℃和 25℃之间工作的热机，其最大效率为：(A) 100 % (B) 75 % (C) 25 % (D) 20 %11．对于封闭体系，在指定始终态间的绝热可逆途径可以有:(A) 一条(B) 二条(C) 三条(D) 三条以上12．某理想气体的γ =C p/C v =1.40,则该气体为几原子分子气体?(A) 单原子分子气体(B) 双原子分子气体(C) 三原子分子气体(D) 四原子分子气体13．实际气体绝热恒外压膨胀时,其温度将：(A) 升高(B) 降低(C) 不变(D) 不确定14．当以5 mol H2气与4 mol Cl2气混合，最后生成2 mol HCl气。
若以下式为基本单元，则反应进度ξ应是：H2(g) + Cl2(g) ----> 2HCl(g)(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol15．欲测定有机物燃烧热Q p,一般使反应在氧弹中进行,实测得热效应为Q v。
公式 Q p=Q v+ΔnR T中的Δn为:(A) 生成物与反应物总物质的量之差(B) 生成物与反应物中气相物质的量之差(C) 生成物与反应物中凝聚相物质的量之差(D) 生成物与反应物的总热容差16．凝固热在数值上与下列哪一种热相等：(A) 升华热(B) 溶解热(C) 汽化热(D) 熔化热17．已知 1mol HCl的无限稀释溶液与 1mol NaOH 的无限稀释溶液在恒温恒压下完全反应，热效应Δr H=-55.9 kJ/mol，则 1mol HNO3的无限稀释溶液与 1mol KOH的无限稀释溶液在恒温恒压下完全反应的热效应Δr H为：(A) > -55.9 kJ/mol (B) < -55.9 kJ/mol(C) = -55.9 kJ/mol (D) 不能确定18．在标准压力下，1mol石墨与氧气反应生成1mol二氧化碳的反应热为ΔH，下列哪种说法是错误的?(A) ΔH 是CO2(g)的标准生成热(B) ΔH =ΔU(C) ΔH 是石墨的燃烧热(D) ΔU <ΔH19．计算化学反应的热效应,下述说法哪些是正确的?(1) 在同一算式中必须用同一参比态的热效应数据 (2) 在同一算式中可用不同参比态的热效应数据(3) 在不同算式中可用不同参比态的热效应数据 (4) 在不同算式中必须用同一参比态的热效应数据(A) 1,3 (B) 2,4 (C) 1,4 (D) 2,320． Cl2(g)的燃烧热为何值?(A) HCl(g)的生成热(B) HClO3的生成热(C) HClO4的生成热(D) Cl2(g)生成盐酸水溶液的热效应第一章热力学第一定律及其应用物化试卷（二）1． 1mol 单原子分子理想气体从 298 K，200.0 kPa 经历：①等温, ②绝热, ③等压三条途径可逆膨胀,使体积增加到原来的2倍，所作的功分别为W1,W2,W3，三者的关系是： ( )(A) |W1|>|W2|>|W3| (B) |W2|>|W1|>|W3|(C) |W3|>|W2|>|W1| (D) |W3|>|W1|>|W2|2. 下述说法哪一个是错误的? ( )(A) 封闭体系的状态与其状态图上的点一一对应(B) 封闭体系的状态即是其平衡态(C) 封闭体系的任一变化与其状态图上的实线一一对应(D) 封闭体系的任一可逆变化途径都可在其状态图上表示为实线3. 凡是在孤立体系中进行的变化，其ΔU和ΔH的值一定是： ( )(A) ΔU > 0 , ΔH > 0 (B) ΔU = 0 , ΔH = 0(C) ΔU < 0 , ΔH < 0 (D) ΔU = 0 , ΔH大于、小于或等于零不确定4. " 封闭体系恒压过程中体系吸收的热量Qp等于其焓的增量ΔH "，这种说法：( )(A) 正确(B) 需增加无非体积功的条件(C) 需加可逆过程的条件(D) 需加可逆过程与无非体积功的条件5. 非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个是错误的? ( )(A) Q=0 (B) W=0 (C) ΔU=0 (D) ΔH=06. 当体系将热量传递给环境之后,体系的焓： ( )(A) 必定减少(B) 必定增加(C) 必定不变(D) 不一定改变7. 一定量的理想气体从同一始态出发，分别经 (1) 等温压缩，(2) 绝热压缩到具有相同压力的终态，以H1，H2分别表示两个终态的焓值，则有：(A) H1> H2(B) H1= H2(C) H1< H2(D) H1>=H28. 下列诸过程可应用公式d U = (C p - nR)d T进行计算的是：(A) 实际气体等压可逆冷却(B) 恒容搅拌某液体以升高温度(C) 理想气体绝热可逆膨胀(D) 量热弹中的燃烧过程9. 1mol单原子分子理想气体，从273 K，202.65 kPa, 经pT=常数的可逆途径压缩到405.3 kPa的终态，该气体的ΔU为： ( )(A) 1702 J (B) -406.8 J (C) 406.8 J (D) -1702 J10. 一定量的理想气体从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态，终态体积分别为V1,V2，则： ( )(A) V1> V2(B)V1< V2(C) V1= V2(D) 无法确定11. 一容器的容积为V1=162.4 立方米,内有压力为94430 Pa,温度为288.65 K 的空气。
当把容器加热至T x时,从容器中逸出气体在压力为92834 Pa,温度为289.15 K下,占体积114.3 立方米；则T x 的值为：（）(A) 1038.15 K (B) 948.15 K (C) 849.15 K (D) 840.15 K12. 石墨的燃烧热： ( )(A) 等于CO生成热(B) 等于CO2生成热(C) 等于金刚石燃烧热(D) 等于零13. 298 K时，石墨的标准摩尔生成焓Δf H： ( )(A) 大于零(B) 小于零(C) 等于零(D) 不能确定14. 人在室内休息时，大约每天要吃 0.2 kg 的酐酪（摄取的能量约为 4000 kJ）。
假定这些能量全部不储存在体内，为了维持体温不变，这些能量全部变为热使汗水蒸发。
已知水的汽化热为 44 kJ/mol，则每天需喝水： ( )(A) 0.5 kg (B) 1.0 kg (C) 1.6 kg (D) 3.0 kg15. 高温下臭氧的摩尔等压热容C(p,m) 为： ( )(A) 6R (B) 6.5R (C) 7R (D) 7.5R16. 从统计热力学的观点看，对理想气体封闭体系在W f =0、体积不变的情况下吸热时体系中粒子： ( )(A) 能级提高，且各能级上的粒子分布数发生变化(B) 能级提高，但各能级上的粒子分布数不变(C) 能级不变，但能级上的粒子分布数发生变化(D) 能级不变，且各能级上的粒子分布数不变17. 若以B代表化学反应中任一组分，和 n(B)分别表示任一组分 B 在ξ= 0 及反应进度为ξ时的物质的量，则定义反应进度为： ( )(A) ξ= n(B,0)- n(B) (B) ξ= n(B)-n(B,0)(C) ξ=[n(B)-n(B,0) ]/ν B (D) ξ=[n(B,0) -n(B)]/νB18. 已知：Zn(s)+(1/2)O2 ---> ZnO Δc H m=351.5 kJ/molHg(l)+(1/2)O2 ---> HgO Δc H m= 90.8 kJ/mol 因此 Zn+HgO ---> ZnO+Hg 的Δr H m是： ( )(A) 442.2 kJ/mol (B) 260.7 kJ/mol(C) -62.3 kJ/mol (D) -442.2 kJ/mol19. 下述说法正确的是： ( )(A) 水的生成热即是氧气的燃烧热(B) 水蒸气的生成热即是氧气的燃烧热(C) 水的生成热即是氢气的燃烧热(D) 水蒸气的生成热即是氢气的燃烧热20. 完全燃烧 8 dm3乙炔，需空气的体积为： ( )(A) 20 dm3 (B) 120 dm3(C) 100 dm3 (D) 4 dm3。