第一章热力学第一定律及其应用
01章_热力学第一定律及其应用-例题和习题课解析
W V pdV p(V2 V1 ) 330.56 103 (40.00 15.00) 10 3 2864 J
1
V2
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2018/12/28
例题
例： 10mol理想气体，压力为1000kPa，温度为300 K , 求下列 各种情况下的W： 1.在空气中( p )体积胀大1dm 3 ; 2.在空气中胀大到气体的压力也为p ； 3.等温可逆膨胀至气体的压力也为p。
3
1000 p1 10 8.314 300 ln 3.W nRT ln 100 p2 57.43kJ
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2018/12/28
七、例题
例：气体He从0C， 5 105 Pa， 10dm3，经一绝热可逆 过程膨胀至10 Pa，试计算T2、Q、W、U和H。
物理化学电子教案—第一章
U Q W
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2018/12/28
例题
例1：在25C时， 2molH 2的体积为15dm3，此气体 （ 1 ）在定温下，反抗外压为105 Pa时，膨胀到体 积为50dm3 ; (2)在定温下可逆膨胀到体积为50dm3 , 试计算两种膨胀过程的功。
3
4865J
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2018/12/28
例题
W
(2)
(3)
p(V2 V1 ) 105 (40.00 15.00) 103
2500 J
根据理想气体状态方程
pV nRT nRT 2 8.314 298.2 330.56kPa p 3 V 15.00 10
第一章.热力学第一定律
1.4-2 可逆过程
一次（两次）压缩过程 环境对系统作的功 大于
一次（两次）膨胀过程 系统对环境作的功 原因：多作的功变成热传给了环境 对于准静态膨胀过程的逆过程：压缩可使系统 复原时，环境也同时恢复到原状。这种： 能通过原来过程的反方向而使系统和环境都同 时复原，不留下任何痕迹的过程称为可逆过程
z 可逆过程是一种理想过程，是对真实世 界的科学抽象 一些重要的热力学函数只有通过可逆过 程才能求得
热力学第二定律
开尔文（Lord Kelvin， 1824-1907，英) 1848 克劳修斯（Clausius，1822-1888 ，德）1850
z 构成了热力学的基础
z 人类经验总结，物理化学中最基本定律
z 有着极其牢固的实验基础，其结论具有 高度普遍性和可靠性
z 20世纪初建立了热力学第三定律
一些过程的设计与求算： 1. 理想气体等温过程
∆U =0 ∆H =0 Q=W （可由功求热）
z 等温可逆过程
∫ ∫ W = V2 PdV = V2 nRT dV =nRT ln V2 = Q
V1
V V1
V1
z 对抗恒外压 W= P外 ( V2- V1) = Q
2. 理想气体绝热过程 Q=0 ∆U= nCv.m∆T ∆H = nCp.m∆T W=-∆U(可由内能求功)
浴的温度发生变化即∆T=0, 由此可知
系统 无热传递 环境
Q=0
(2) 气体 向真空膨胀，P外=0, W膨=0
由第一定律则： ∆U=Q-W膨=0 此时：dU=(∂U/∂T)vdT + (∂U/∂V)TdV =0
因dT =0 (∂U/∂v)Tdv=0 但dv≠0 故 (∂U/∂v)T = 0 同理可证 (∂U/∂P)T = 0 即U=f(T)
第一章-物理化学C 作业题 参考答案 5-23
习题 6. 0.500 g 正庚烷放在氧弹量热计中，燃烧后温度升高 3.26℃，燃烧前后的平均温度为
25℃。已知量热计的热容量为 8176 J∙K-1,计算 25℃时正庚烷的等压摩尔燃烧热。
解答：0.500g 正庚烷燃烧后放出的恒容热效应为
QV= {8176×(−3.26)} J= − 26.65 kJ 1 mol 正庚烷燃烧后放出的等容热效应为
解答：∆rCp,m= ∑B νB Cp,m(B)=(31.4+37.7 − 52.3) J∙mol-1∙K-1=16.8 J∙mol-1∙K-1
由基尔霍夫定律：∆rHmy (1000.15K)=∆rHmy (298.15K)+ ∫219080.105.1K5K ∆rCp,mdT ={−36120+16.8×(1000.15-298.15)} J∙mol-1 = − 24.3 kJ∙mol-1
∆cUm=
QV m⁄M
=
(−02.656⁄5130.076)
J∙mol-1= −
5330
kJ∙mol-1
C7H16(l)+11O2(g)=7CO2(g)+8H2O(l)
正庚烷燃烧热为 ∆cHmy (C7H16,298K)=∆cUm+ ∑ νBRT ={−5330+(7 − 11)×8.314×298} J∙mol-1
物理化学 C 作业题 参考答案
第一章 热力学第一定律及其应用（共 4 题）
习题 1. 1 mol 理想气体依次经过下列过程：（1）等容下从 25℃升温至 100℃，（2）绝热自 由膨胀至二倍体积，（3）等压下冷却至 25℃。试计算整个过程的 Q、W、∆U 及∆H。 解答：理想气体的热力学能和焓仅与温度有关，U 和 H 为状态函数，则∆U=0；∆H=0。
热力学第一定律及其应用(D)
dH 2 y C (Y ) Z C (Z ) dT
p,m p,m
d r H m
C
A
p,m
( A) B C ( B) dT
p,m p,m
y C (Y ) z C ( z ) dT
p,m
B C ( B)dT
B
注意：标准摩尔反应焓的数值取决于方程式的写法
0 2H2O(l) 2H2 (g) O2 (g) 0 H2O(l) H2 (g) 1 2 O2 (g)
2) 化合物的标准摩尔燃烧焓 B 1 在标准状态下 完全燃烧产物 指定相态的某化合物 此时的反应热为该化合物的标准摩尔燃烧焓 （standard molar enthalpy of combustion）,记 为: C H m ,完全氧化态物质的 C H m 为零。 （） （） 完全氧化态：
.燃烧和爆炸反应的最高温度
在极限情况下,燃烧爆炸反应几乎瞬间完成, 可以认为系统和环境是绝热的 计算定压燃烧反应的最高火烟温度的依据
Q p H 0
计算定容爆炸反应的最高温度的依据
Q
V
U 0
例 已知在正常沸点时 H2O的摩尔蒸发焓为 40.66kJmol-1，H2O(l)和 H 2 O(g) 的摩尔体积分别 为18.80 cm3mol1和 3.014104 cm3mol1。求 正常沸点 100℃ 下 1molH2O(l)气化为101325Pa的H2O(g)的Q,W,△U,△H. p外=101325Pa； 解：
sol
sol H n2 T , p ,n1
下角标n1表示溶剂量不变，也可理解为是在大量某浓度的 溶液中加入1mol n2溶质所产生的热效应。此时由于是大 量体系中加入1mol溶质，仍可视溶液的浓度不变。 Q-n(溶质）曲线任一点的正切为该浓度时的微分溶解热。
习题课—热力学第一定律及其应用
W = −∆U = 3420.0 J
'
[P26 例1-4]
1-29 求25℃、Pθ下反应 ℃
4 NH 3 ( g ) + 5O2 ( g ) = 4 NO ( g ) + 6 H 2O ( g )
的△rHmθ（298.15k）。已知下列数据 △ 298.15k）。 ）。已知下列数据
(1)2 NH 3 ( g ) = N 2 ( g ) + 3H 2 ( g ) (2)2 H 2 ( g ) + O2 ( g ) = 2 H 2O ( l ) (3) H 2O ( l ) = H 2O ( g ) (4) N 2 ( g ) + O2 ( g ) = 2 NO ( g )
∆ H ( 298.15k ) = −5154.19 KJ ⋅ mol c m
θ
−1
, CO ( g ) 、H O ( l ) 的标准摩尔 2 2
分别为-393.51KJ﹒mol-1、 生成焓 ∆ f H m ( 298.15k ) 分别为 试求C (s)的标准摩尔生成焓 -285.84KJ﹒mol-1,试求C10H8(s)的标准摩尔生成焓 θ ∆ H ( 298.15k ) 。 f m
解：原式可由(1)×2+ (2)× 3+ (3)× 6+ (4)× 2所得 原式可由 × × × × 所得
θ θ θ θ θ ∴∆ r H m = 2∆ r H m (1) + 3∆ r H m ( 2 ) + 6∆ r H m ( 3) + 2∆ r H m ( 4 )
= 2 × 92.38 + 3 × ( −571.69 ) + 6 × 44.02 + 2 ×180.72 = −904.69kJ ⋅ mol
热力学第一定律的表述方式及应用
热力学第一定律的表述方式及应用热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，也被称为能量守恒定律。
它指出，在任何一个热力学系统中，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与对外做的功的代数和。
这一定律为我们理解和描述热力学系统的行为提供了重要的理论依据。
一、热力学第一定律的表述方式热力学第一定律可以用以下三种方式进行表述：1. 微分形式在微分形式下，热力学第一定律可以表示为：[ = Q - W ]其中，( U ) 表示系统的内能，( Q ) 表示系统吸收的热量，( W ) 表示系统对外做的功。
2. 积分形式在积分形式下，热力学第一定律可以表示为：[ U = Q - W ]其中，( U ) 表示系统内能的变化量，( Q ) 表示系统吸收的热量，( W ) 表示系统对外做的功。
3. 宏观形式在宏观形式下，热力学第一定律可以表示为：[ _{i=1}^{n} i = {j=1}^{m} _j ]其中，( _i ) 表示系统从第 ( i ) 个热源吸收的热量，( _j ) 表示系统对外做第 ( j )项功。
二、热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程、物理等领域有着广泛的应用，下面列举几个常见的应用实例：1. 热机效率的计算热机效率是指热机所做的功与吸收的热量之比。
根据热力学第一定律，热机所做的功等于吸收的热量减去内能的变化量。
因此，热机效率可以表示为：[ = ]2. 制冷机的性能分析制冷机的工作原理是利用工作物质在循环过程中吸收热量，从而实现低温环境的创造。
根据热力学第一定律，制冷机吸收的热量等于制冷量与制冷机压缩机所做的功之和。
因此，可以通过热力学第一定律来分析制冷机的性能。
3. 太阳能热水器的设计太阳能热水器利用太阳能将光能转化为热能，为用户提供热水。
根据热力学第一定律，太阳能热水器吸收的热量等于水温升高所吸收的热量与热水器损失的热量之和。
因此，在设计太阳能热水器时，需要考虑热量的损失，以提高热水器的效率。
4. 热传导过程的分析热传导是热量在物体内部由高温区向低温区传递的过程。
热力学第一定律应用
单原子分子
双原子分子 非线性多原子分子 (3) 实际气体 (4) 凝聚系统
CV ,m
3 2
R
5 CV ,m 2 R
CV，m = 3R
Cp, m-CV, m R
Cp, m CV, m
如He
如H2 ，O2 ，N2 如H2O (g)
第4页/共22页
三、理想气体非绝热过程Q,W,U,H计算
1 恒温过程
H = n Cp，m ( T2 -T1 ) = …… = -9005 J
第16页/共22页
五、热力学第一定律对实际气体应用
理想气体U、H只是T的函数，与p、V无关， 因为分子间无作用力，无位能。
实际气体分子间有作用力，p、V的变化影响U、H
1. 焦耳－汤姆逊实验
节流膨胀实验
恒定压力的气体， 经多孔塞膨胀， 使其为压力恒定的低压气体
(1) 恒温可逆
273 K 200 kPa
(2) 向真空 (3) 恒温恒外压
(4) 恒容降温
100 kPa
解 (1) 恒温可逆
U = H = 0
Q = -W (2) 向真空
nRT ln p2 8.314 273 ln 100 = 1573 J
p1
200
U = H = 0
Q =-W=0
第6页/共22页
U = 0 H = 0 Q =-W
按不同过程计算W
2 非恒温过程 先求出终态温度 T2 H = nCp，m (T2－T1 ) U = nCV，m (T2－T1 ) Q = U-W
按不同过程计算W及Q
第5页/共22页
三、理想气体非绝热过程Q,W,U,H计算
例 计算1mol单原子理想气体以下过程的Q、W、U、H
大学化学《物理化学-热力学第一定律及其应用》课件
(1)克服外压为 p '，体积从V1 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 p2，体积从V "膨胀到V2 。
We,3 p '(V 'V1)
p"(V "V ')
p
p1
p1V1
p2 (V2 V ")
p'
所作的功等于3次作功的加和。p "
p 'V ' p"V "
可见，外压差距越小，膨 p2 胀次数越多，做的功也越多。
V1 V ' V "
p2V2
V2 V
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2024/9/13
功与过程（多次等外压膨胀）
p"
p' p1
V"
V1
V'
p
p1
p1V1
p2
V2
p'
p 'V '
阴影面积代表We,3
p"
p"V "
p2
p2V2
上一内容
下一内容
V1 V ' V "
第三步：用 p1 的压力将体系从V ' 压缩到 V1 。
p
W' e,1
p"(V "
V2 )
p1
p1V1
p' (V ' V ")
p'
p 'V '
p1(V1 V ' )
回主目录
V2 V
热力学第一定律的实际运用
热力学第一定律，又称热力学第一定律原理或热力学第一定律定理，是热力学的基本定理之一。
它指出：在任意一个过程中，物质的总热力量Q和总功率W之和是定值，即Q+W=定值。
热力学第一定律的实际运用广泛，可以用来解决各种热力学问题。
下面给出几个具体的例子。
制冷机的工作原理：制冷机是利用制冷剂的汽化-冷凝-膨胀过程来进行冷却的。
制冷剂从低压汽化到高压气体的过程中，汽化所吸收的热量就是制冷机所发出的冷量。
这个过程可以看作是制冷机消耗的功率W，对应的热力学第一定律式为Q+W=定值。
热水器的工作原理：热水器是利用电能将水加热的。
电能转化成热能的过程可以看作是热水器消耗的功率W，加热水所吸收的热量就是热水器发出的热量Q。
这个过程可以用热力学第一定律来表示，即Q+W=定值。
汽车发动机的工作原理：汽车发动机是利用燃料的燃烧来产生动力的。
燃料的燃烧过程中，消耗的燃料质量就是汽车发动机的功率W，燃烧所释放的热量就是汽车发动机发出的热量Q。
这个过程可以用热力学第一定律来表示，即Q+W=定值。
光伏发电的工作原理：光伏发电是利用光能转化成电能的过程。
光能转化成电能的过程可以看作是光伏发电的功率W，光伏发电所产生的电能就是光伏发电发出的热量Q。
这个过程可以用热力学第一定律来表示，即Q+W=定值。
以上就是热力学第一定律的几个具体运用例子。
可以看出，热力学第一定律是一个非常重要的定理，在各种热力学过程中都有着广泛的应用。
热力学第一定律及其在等值过程中的应用
等容 dV 0
P C T
QV E E CV ,mT
等压 dP 0
V C T
QP E PV
E CV ,mT
等温 dT 0 PV C QT A
0
绝热
dQ 0
PV C1 V 1T C2 P 1T C3
Aa E
E CV ,mT
15
过程 等容
功A 0
热量Q
CV ,mT
热力学第一定律
微小过程：dQ dE dA 符号 d 表示
因为Q、A不是状态函数，不能写成“微元明确几点：
Q E A
①.注意内能增量、功、热量的正负规定。
②.热力学第一定律实际上是能量守恒定律在热力学中 的体现。热力学第一定律是从实验中总结出来的。
A V2 RT dV RT V2 dV
V1
V
V V1
V1
等温过程的功 A RT ln V2 （1）
V1
T
2 V2 V
8
由过程方程 P1V1 P2V2
则等温过程的功 6.热量
A RT ln V2
V1
RT ln P1
P2
（2）
无法使用 QT CT (T2 T1) 计算等温过程的热量。
原因：对于等温过程温度不变，Q=A，而功是过程量， 与过程有关，因而CT也与过程有关，没有意义。
第一类永动机：即不从外界吸收能量，而不断对外作 功的机械。
第一类永动机违反能量守恒定律。
热力学第一定律对准静态过程和非准静态过程均适 用。但为便于实际计算，要求初终态为平衡态。
3
二、热力学第一定律在等值过程中的应用
1.等容过程
等容过程也称等体过程。
V
1.过程特点 系统的体积不变 dV 0
物理化学-第一章热力学第一定律及其应用练习题-140
物理化学-第⼀章热⼒学第⼀定律及其应⽤练习题-140第⼀章热⼒学第⼀定律及其应⽤练习题⼀、热⼒学第⼀定律基础1、任⼀循环过程，若系统经历的变化有⼏步，则（C）Q+W=0 （D） Q=W>0请选择答案：A B C D2、⼀理想⽓体系统，压⼒由5p?⼀步等温膨胀⾄p?,做功W1，交换热Q1，再由p?⼀步压缩⾄5 p?,做功W2，交换热Q2，则不正确的是：A.Q1+Q2=-W1-W2B.|W1|>|W2|C.|W1|=|W2|D.|Q1|<|Q2|请选择答案：A B C D（提⽰：|? V|相同，反抗的外压不同。
?U1=0，?U2=0）3、?U=Q+W适⽤于：A.各种系统的热⼒学过程。
B.开放系统和封闭系统的热⼒学过程。
C.封闭系统和孤⽴系统的热⼒学过程。
D.孤⽴系统和开放系统的热⼒学过程。
4、第⼀个确定功和热相互转换的定量关系的科学家是：A ⽡特B 卡诺C 焦⽿D 迈尔5、在⼀绝热恒容容器中盛有⽔，⽔中放有电阻丝，由容器外的蓄电池给电阻丝供电，若以⽔为系统，则下⾯的关系中正确的是：（A）W>0,Q>0,?U>0 （B）W=0,Q>0,?U=0（C）W<0,Q>0,?U>0 （D）W=0,Q=0,?U=06、⽤电阻丝加热烧杯中的⽔，若以⽔中的电阻丝为系统，则下⾯的关系中正确的是：（A）W>0,Q<0,?U>0 （B）W=0,Q>0,?U>0（C）W=0,Q<0,?U<0 （D）W<0,Q>0,?U>07、⼀电冰箱的压缩机⼯作时，若冰箱为系统，则下⾯的关系中正确的是：（A）W>0,Q<0,?U>0 （B）W>0,Q<0,?U<0（C）W=0,Q<0,?U<0 （D）W<0,Q>0,?U>08、电解稀H2SO4⽔溶液时，若以此溶液及电解产物为系统则下⾯的关系中正确的是：（A）W>0,Q>0,?U>0 （B）W<0,Q>0,?U>0（C）W<0,Q>0,?U<0 （D）W>0,Q<0,?U>09、2 mol理想⽓体，在温度T时，由压⼒2p?⼀次膨胀到p?，系统所做的功为：A.W=-4RTB.W=-2RTC.W=-1/2（RT）D.W=-RT（提⽰：W=- p?（V2-V1)=- p?V1=- p?*nRT/(2p?) = -0.5nRT = -RT10、4 mol理想⽓体N2（g），由温度T绝热压缩⾄温度1.5T，则环境所做的功为：A.W=4RTB.W=3RTC.W=5RTD.W=10RT请选择答案：11、在温度T和压⼒p?下反应 CH3CH2OH(g)=C2H4(g）+H2O(g)的反应进度为2mol,若⽓体作理想⽓体处理，则功A. W=2RTB. W=-2RTC. W=RTD. W=-RT请选择答案：12、54g H2O(g)在温度T和压⼒p?下凝结成H2O(l)时，则过程中的功为：A. W=3RTB. W=-3RTC. W=2RTD. W=-2RT请选择答案：13、2mol理想⽓体在温度T，由体积V可逆变⾄2V，则过程中的功为：A.W=nRTln2B.W=-nRTln2C.W=RTD.W=-RT（提⽰：W=-nRTln(V2/V1)=-nRTln2）14、⼀理想⽓体系统，由体积V1变为V2（V1>V2),温度不变，分别经历⼀步，两步，三步和⽆限多步四条途径，相应的功为W1,W2,W3和W n,则下⾯的关系中正确的是：A.W1B. W1=W2=W3=W n,C.W1>W2>W3>W n C. W115、2mol理想⽓体Ar由温度T经⽆限慢且⽆耗散效应的绝热过程达到体积1.5V，温度1.5T,该过程中的功约为：A. W=-3RTB. W=-2RTC. W=-RTD. W=-6RT请选择答案：16、n mol理想⽓体，经绝热过程由温度T1、体积V1和压⼒P1变⾄体积0.8V1,压⼒2.5P1,该⽓体的C p,m与C v,m之⽐为1.4，该过程中的功约为：A. W= nR（T1-T2）B. W= nR（T2-T1）C. W=5nR1 D. W=2.5nRT1请选择答案：17、44g⼲冰在压⼒p?和温度T下，全部变为⽓体，该过程中的功约为：A.W=-RTB.W=-2RTC.W=RTD.W=3RT（提⽰：W=- p?（V2-V1）≈ - p?V2=-RT）18、Carnot循环由等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩和绝热可逆压缩4个连续的步骤构成，各步的功⽤W1,W2,W3和W4表⽰，则下⾯的关系中正确的是：(A)W1< W2< W3< W4 （B） W1< W2< W4< W3（C）W1> W2> W3> W4 （D）W1> W2> W4 > W319 n mol理想⽓体，由体积V1和压⼒P1⾃由膨胀致体积2V1,压⼒0.5P1,该过程中的功约为：A. W=-0.5nRTB.W=-nRTC. W=0D.W=-2nRT请选择答案：20、⼀理想⽓体，初态压⼒100kpa，体积10dm3，绝热指数为1.4，经绝热可逆膨胀⾄5dm3，终态压⼒为：（A）2.639P1（B）2P1（C）1.319P1（D）0.758P121、⼀理想⽓体，若由同⼀始态A(P1,V1)分别经可逆等温膨胀和绝热可逆膨胀⾄终态B(P2,V2)与C(P2',V2)，前⼀过程的功W1，后⼀过程的功W2,再由B态和C态经可逆等温压缩和绝热可逆压缩⾄原态A, 前⼀过程的功W3，后⼀过程的功W4,则: (A)W1> W2> W3> W4 （B） W3< W4< W2< W1（C）W1> W3> W2> W4 （D）W3> W4> W2 > W122、1mol理想⽓体，由温度T和压⼒P1可逆等温膨胀⾄0.25P1，过程中的功为：（A）W=-3RT （B）W=-RTln4（C）W=-RT （D）W=RTln423、n mol理想⽓体，经绝热过程由P1，V1，T1变为P2，V2，T2，若P2=4P1，V2=0.5V1，则A.T1/T2=2B.T1/T2=0.25C.T1/T2=0.5D.T1/T2=4(提⽰:P1V1/T1=P2V2/T2,T1/T2=P1V1/P2V2=P1V1/4*0.5P1V1=0.5) 24、在温度T和压⼒P?下，反应 NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) 的进度为1mol时,过程中的功为:（A）W=- RT （B）W=2RT（C）W= RT （D）W=-2RT25、在373.15K和压⼒p?下,36g H2O(g)变为H2O(l),若已知H2O(l)的⽓化热为40.66kJ/mol,则下⾯的关系中正确的是: (A) H= (81320+2RT)J (B)Q=(81320+2RT)J(C)?U=(-81320+2RT)J (D)?U=(-81320-2RT)J26、若反应H2（g）+(1/2)O2（g）=H2O（g）在孤⽴系统中进⾏，则下⾯的关系中不正确的是：（A）? U=0 （B）W=0（C）? H=0 （D）Q=0（提⽰：?H=?U+?(PV）=?U+V?P，?P≠0）27、2mol理想⽓体N2定容升温，T2=1.25T1,则下⾯关系中正确的是：（A）?U=(3/4)×T1R （B）?H=(5/4)×T1R （C）Q=(7/4)×T1R （D）H=(7/4)×T1R28、4mol理想⽓体K r,等压降温，T2=(4/5)×T1,则下⾯关系中正确的是：（A）? U=-(6/5)×T1R （B）=-2T1R（C）?H=-(14/5)×T1R （D）Q=-(5/6)×T1R29、若某化学反应A（s）+M2N（aq）=AN（aq）+M2（g）在等温等压下于电池中进⾏，做电功150kJ，体积功2.5kJ，放热120kJ，则下⾯关系中正确的是：（A）?r H m=-120kJ （B）W=152.5kJ（C）?U=-272.5kJ （D）Q=?r H m=-120kJ（提⽰：?U=Q+W=-120-152.5=-272.5）30、2mol双原⼦分⼦理想⽓体，在温度T下反抗压⼒p?由体积V1膨胀⾄2V1,下⾯的关系中正确的是：（A）?H m>0 （B）?U>0（C）?U=W （D）Q=RT31、2mol理想⽓体H2（g），经绝热压缩后，体积和压⼒由P1V1变为2P1V1，下⾯的关系中正确的是：（A）?H=5RT1（B）?U=2.5RT1（C）?U=5RT1 （D）?H=7RT132、当⽓体由节流膨胀⽽降温时，下⾯的说法中不正确的是：（A）等焓过程（B）绝热不可逆过程（C）多孔塞两边压⼒恒定不变（D）温度随压⼒的变化率⼩于零33、对节流膨胀，下⾯的说法中正确的是：A.节流系数⼤于零，发⽣加热效应。
第一章 热力学第一定律(物理化学-印永嘉)解析
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。
对于热力学系统而言，能量守恒原理就是热力学第一定律
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的 普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：
力学平衡 又称机械平衡，体系各部的压力都相等，边界不再移动。 如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。 相平衡 在系统中多个相（包括g，l，s）的数量和组成不随温度 而变。上述平衡条件中任何一个的不能满足，则系统处于 非平衡态。
化学平衡 反应体系中各物的组成不再随时间而改变。
（二）热力学第一定律 §1.3 能量守恒——热力学第一定律
（2）状态和状态性质
状态是系统的物理性质和化学性质的综合表现。系统状态 的性质称为状态性质，或状态函数。当系统所有的状态性 质都不随时间变化时，则称系统处于“定态”。
容量性质 它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。 这种性质有加和性。
强度性质 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具 有加和性，如温度、压力等。往往两个容量性质之比成为系 统的强度性质。
（a）气体向真空膨胀
因为外压p外=0，所有在膨胀过程中系统没有 对环境做功，即
W=0
（b）气体在恒定外压的情况下膨胀
W
V2 V1
p外dV p外(V2
V1 )
（c）在整个膨胀过程中，始终保持外压比气体压力p只差 无限小的数值。
W
V2 V1
p外dV
V2 (p-dp)dV
热力学第一定律
第一章热力学第一定律及其应用第一节热力学概论一、热力学的目的和内容目的：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。
广义的说，热力学是研究体系宏观性质变化之间的关系，研究在一定条件下变化的方向和限度。
主要内容是热力学第一定律和第二定律。
这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。
本世纪初又建立了热力学第三定律。
化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。
化学热力学的主要内容：1. 利用热力学第一定律解决化学变化的热效应问题。
2. 利用热力学第二律解决指定的化学及物理变化实现的可能性、方向和限度问题，以及相平衡、化学平衡问题。
3. 利用热力学第三律可以从热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。
二、热力学的方法及局限性方法：以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严谨的推导，找出物质的一些宏观性质，根据物质进行的过程前后某些宏观性质的变化，分析研究这些过程的能量关系和自动进行的方向、限度。
由于它所研究的对象是大数量分子的集合体，因此，所得结论具有统计性，不适合于个别分子、原子等微观粒子，可以说，此方法的特点就是不考虑物质的微观结构和反应机理，其特点就决定了它的优点和局限性。
局限性：1. 它只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。
即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明。
2. 它只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。
尽管它有局限性，但仍为一种非常有用的理论工具。
热力学的基础内容分为两章，热力学第一定律和第二定律，在介绍两个定律之前，先介绍热力学的一些基本概念及术语。
三、热力学基本概念1. 体系与环境体系：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统(system)。
第一章热力学第一定律章总结
第一章热力学第一定律本章主要公式及其使用条件一、热力学第一定律W Q U +∆＝ W Q dU δδ+=热力学中规定体系吸热为正值，体系放热为负值；体系对环境作功为负值，环境对体系作功为正值。
功分为体积功和非体积功。
二、体积功的计算体积功：在一定的环境压力下，体系的体积发生改变而与环境交换的能量。
体积功公式⎰⋅-=dV p W 外 1 气体向真空膨胀：W ＝0 2气体在恒压过程：)(12 21V V p dV p W V V --=-=⎰外外3理想气体等温可逆过程：2112ln lnp p nRT V V nRT W -=-= 4理想气体绝热可逆过程：)(12,T T nC W U m V -=∆＝理想气体绝热可逆过程中的p ，V ，T 可利用下面两式计算求解1212,ln ln V V R T T C m V -=21,12,ln lnV V C p p C m p m V =三、热的计算热：体系与环境之间由于存在温度差而引起的能量传递形式。
1. 定容热与定压热及两者关系定容热：只做体积功的封闭体系发生定容变化时， U Q V ∆= 定压热：只做体积功的封闭体系定压下发生变化， Q p = ΔH定容反应热Q V 与定压反应热Q p 的关系：V p Q Q V p ∆+= nRT U H ∆+∆=∆n ∆为产物与反应物中气体物质的量之差。
或者∑+=RT g Q Q m V m p )(,,ν ∑+∆=∆RT g U Hm m)(ν式中∑)(g ν为进行1mol 反应进度时，化学反应式中气态物质计量系数的代数和。
2.热容 1.热容的定义式dTQ C δ=dT Q C VV δ=dT Q C pp δ=n CC VmV =,n C C p m p =, C V ，C p 是广度性质的状态函数，C V ，m ，C p,m 是强度性质的状态函数。
2.理想气体的热容对于理想气体 C p ,m － C V ,m =R 单原子理想气体 C V ，m = 23R ；C p ,m = 25R 双原子理想气体 C V ,m =25R ；C p ,m = 27R 多原子理想气体： C V ,m = 3R ；C p ,m = 4R通常温度下，理想气体的C V ,m 和C p,m 均可视为常数。
物理化学-第一章-热力学第一定律-习题精选全文
273.15K
Q p1T1 p2T2
T2
p1T1 p2
2101.325 273.15 4 101.325
136.6K
V2
nRT2 p2
2.80dm3
2. U nCVmT 1.70kJ
H nCpmT 2.84kJ
3. QT C
p
Q pV RT CR p
p2 CR V
p CR V
(2)
9．反响CO〔g〕+1/2O2〔g〕→CO2〔g〕的 △rHmθ，以下说法何者是不正确的？
〔1〕△rHmθ是CO2〔g〕的标准摩尔生成焓 〔2〕△rHmθ是CO〔g〕的标准摩尔燃烧焓 〔3〕△rHmθ是负值 〔4〕△rHmθ与△rUmθ值不等
(1)
三.填空
1．在一绝热箱中置一绝热隔板，将箱分成两 局部。分别装有温度压力都不同的两种气 体。将隔板抽走使气体混合，假设以气体 为系统，那么Q0=〔 〕；W0=〔 〕； △U=〔 0 〕。
四 计算
1．1mol单原子理想气体，始态 2×101.325kPa，11.2dm3，经pT=常数的 可逆过程，压缩到终态为4×101.325kPa， Cvm=3/2R，求：
〔1〕终态的体积和温度； 〔2〕△U和△H； 〔3〕所作的功。
1.
T1
p1V1 nR
2 101.325 11.2 1 8.314
〔1〕B→C过程的△U2； 〔2〕B→C过程的Q2。
U U1 U2 U3 0 U1 0
U2 U3 W3
(2) B→C过程的Q2
∵△U=0, Q=-W(ABC围起的面积) ∵Q=Q1+Q2+Q3, Q3=0 ∴Q2=Q-Q1 Q1 (AB线下面的面积)
热力学第一定律应用
3 2 V1(
pa
pc )
450R
300
c
b
循环过程中系统吸热
O
1
2 V（10-3m3）
Q1 Qab Qca 600R ln 2 450R 866R
循环过程中系统放热
此循环效率
Q2 Qbc 750R
1
Q2 Q1
1
750R 866R
13.4 00
29
例 逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示
当高温热源的温度T1一定时，理想气体卡诺循环的致 冷系数只取决于T2 。 T2 越低，则致冷系数越小。
26
三、 卡诺定理
1. 在温度分别为T1 与T2 的两个给定热源之间工作的一切可 逆热机，其效率 相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的
效率，即
1 Q2 1 T2
Q1
T1
2. 在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其
曲线起始于同一点. n可取任意值，不同n对应不同的过程曲线。
16
3种多方过程方程：
理想气体多方过程的定义 ：
pV n C
再根据理想气体的状态方程：
PV RT
以T、V或T、p为独立变量，还可有如下多方过程方程 ：
TV n1 C
p n1 Tn
C
17
二、多方过程摩尔热容
设多方过程的摩尔热容为Cn.m ，则：
dQ Cn,mdT
根据理想气体的热一律，可得：
Cn,m dT CV ,m dT pdV
在两边分别除以 dT
Cn,m
CV ,m
p( dVm dT
)n
CV ,m
p( Vm T
)n
式中的下标n 表示是沿多方指数为n 的路径变化。
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。
2第一章 热力学第一定律及其应用(1)
•
1-1
气体
一、气体基本实验定律 1、波义耳（R.Boyle）定律 在恒温条件下，一定量任何气体的体积 V均不其压力P成反比。 PV=常数 （n，T 恒定） 1-1
• 2. 盖-吕萨克（Ray-Lussac）定律 在恒压条件下，一定量任何气体的体 积均与其温度T成正比。 V/T=常数 （n，P 恒定） 1-2 • 3.阿伏加德罗（A.Avogado）定律 在相同温度、压力下，等体积的任何 气体均含有相同的分子个数。在相同 温度、压力下，任何气体的摩尔体积 相等。（101325Pa，273.15K， Vm=22.414dm3 ）
综合上述两项修正，可得
(P a
2 Vm
)(V m b) RT
三、气体的液化及临界状态
• 同物质的P—Vm图曲线相似，都有临界点C。温度高于此 点时，将丌再存在通过加大压力使气体液化的可能。 • 临界温度 : 气体加压液化所允许的最高温度称为临界温度， 用TC表示。 • 临界压力:气体在临界温度下液化所需的最小压力称为临 界压力，用PC表示。 • 临界体积:气体在临界温度、临界压力下的摩尔体积称为 临界体积，用VC表示。TC、PC、VC总称为物质的临界参数， 是物质的特性常数。
B 1 k
B 1
在相同温度相同体积下
PB / P n B / n B y B
B
分压定律可写为
PB yB P
理想气体或实际气体均成立
2、阿马格特（Amagat)分体积定律
• 混合气体的总体积，等于各气体在相同温度、压力条件下 所占有的分体积之和。
V V1 V 2 V k V B
B 1
k
nB RT VB P
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。
（3）等温可逆膨胀至气体的压力为。
物理化学第1章 热力学第一定律及其应用
Q U W U H=40.69kJ
37.59kJ
§2.6 理想气体的热力学能和焓
一、理想气体U
理想气体有两个基本特点：a 分子本身不占有体积 b分子间没有相互作用力
理气内能只是温度的函数，即 U =f (T )
具体写成数学式为：
功可以分为：
体积功：本教材又称膨胀功 定义——由于系统体积变化而与环境交换的功 We
非体积功：也称非膨胀功，其他功 指体积功以外的功 Wf 热力学中一般不考虑非膨胀功
四、数学表达式
设想系统由状态（1）变到状态（2），系统与环
境的热交换为Q，功交换为W，则系统的热力学能的变
化为：
U U2 U1 QW
二、内能（热力学能）
1.定义：指系统内部能量的总和， 包括分子运动的平动能、 分子之间相互作用的位能、 分子内部的所有能量 符号：U
系统总能量通常（E ）有三部分组成：
（1）系统整体运动的动能
（2）系统在外力场中的位能 （3）内能
热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动，不考虑 外力场的作用，所以只注意内能
对于微小变化
dU Q W
说明：（1）W指的是总功，包括We、Wf （2）适用范围：封闭体系 、孤立体系 (没有物质交换的体系)
§2.4 体积功 W Fdl
一、体积功的计算 pi > pe We FedlFe AAdlpedV
公式说明：
（1）不管体系是膨胀还是压缩，体积功都用-p外dV表示； （2）不用-pdV表示；p指内部压力， p外指外压，也不能用-p外V、 -Vdp外表示。
§2.3 热力学的一些基本概念
一、系统与环境
- 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)。
能量守恒定律
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自 然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可 表述为：
自然界的一切物质都具有能量，能量有各 种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形 式，但在转化过程中，能量的总值不变。
上一内容 下一内容 回主目录
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
体系与环境
体系（System）
在科学研究时必须先确定 研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为体系，亦 称为物系或系统。 环境（surroundings）
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
返回
2021/3/2
பைடு நூலகம்
体系的性质
用宏观可测性质来描述体系的热力学状态， 故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：
广度性质（extensive properties） 又称为容量性质，它的数值与体系的物质的
量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性，在数学上是一次齐函数。
强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的
数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它 在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量 性质即成为强度性质，如摩尔热容。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
热力学平衡态
如果处在一定环境条件下的系统，其所有的性质 均不随时间而变化；而且当此系统与环境隔离后 ，也不会引起系统任何性质的变化，则称该系统 处于热力学平衡状态。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
体系分类
（3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，
故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及 的环境一起作为孤立体系来考虑。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
体系分类
上一内容 下一内容 回主目录
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
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：
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
例如，理想气体的状态方程可表示为： pV=nRT
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
热和功
热（heat）
体系与环境之间因温差而传递的能量称为
热，用符号Q 表示。 Q的取号：
体系吸热，Q>0；
体系放热，Q<0 。
功（work）
体系与环境之间传递的除热以外的其它能量 都称为功，用符号W表示。
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。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
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
上一内容 下一内容 回主目录
第一章热力学第一定律及其应用
上一内容 下一内容 回主目录
返回
上一内容 下一内容 回主目录
返回
上一内容 下一内容 回主目录
返回
上一内容 下一内容 回主目录
返回
热力学的方法
热力学方法
在经验定律的基础上，通过演绎的方法，得出一般 性的规律。高度的普适性和可靠性） 只考虑过程的初、末态，不考虑过程的细节。（知 其然，不知其所以然）
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （1）敞开体系（open system）
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
体系分类
（2）封闭体系（closed system） 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。
改变。
化学平衡（chemical equilibrium ） 反应体系中各物的数量不再随时间而改变。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
热力学平衡态
热平衡 热 力 学 力平衡 平 衡
物质平衡
相平衡 化学平衡
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
状态函数
定义：描述（确定）系统状态的系统的各宏观物 理性质（如温度、压力、体积等）称为系统的热 力学性质，又称为状态函数（state function）。 其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历 史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态 ，而与变化的途径无关。
热平衡（thermal equilibrium） 体系各部分温度相等。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
热力学平衡态
力学平衡（mechanical equilibrium） 体系各部的压力都相等，边界不再移动。
如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持 力学平衡。
相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而
p1,V1 p2 , V2
V总= V1 + V2
P总≠p1+ p2
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
状态函数
b. 广度性质是系统所含的物质的量的一次齐函数， 强度性质是零次齐函数。
若 f(x,y, )nf(x,y, )
则称 f(x,y, )是 x,y, 的 n次齐函
c.两个广度性质相除，所得为强度性质
返回
2021/3/2
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。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
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。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2021/3/2
状态函数
分类：广度性质（extensive property)和强度性质 （intensive property)
a. 广度性质具有部分加和性，强度性质无部分加 和性。