热力学第一定律及其应用.ppt

2023/9/12,辅导答疑 1.1,答：可逆过程应具备如下特点：(1)状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限接近于平衡态；(2)过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；(3)体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原态，变化过程中无任何耗散效应；(4)等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。,11 可逆过程有哪些特点?,2023/9/12,辅导答疑 1.2,1.2 判断下列八个过程中，哪些是可逆过程?(1)用摩擦的方法生电(2)房间内一杯水蒸发为气(3)水在沸点时变成同温、同压的蒸气(4)用干电池使灯泡发光(5)对消法测电动势(6)在等温等压下混合N2（g）和O2（g）(7)恒温下将1mol水倾入大量溶液中，溶液浓度未变(8)水在冰点时变成同温、同压的冰,答:只有(3),(5),(8)是可逆过程，其余为不可逆过程。,2023/9/12,辅导答疑 1.3,答：对，因为状态函数是状态的单值函数。,13 状态固定后状态函数都固定，反之亦然，这说法对吗？,2023/9/12,辅导答疑 1.4,答：不对，有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得变。,14 状态改变后，状态函数一定都改变?,2023/9/12,辅导答疑 1.5,答：不对。U，H 本身仅是状态函数的变量，在特定条件下与QV，QP的数值相等，所以QV，QP不是状态函数。,15 因为U=QV，H=QP，所以QP，QV 是特定条件下的状态函数?,2023/9/12,辅导答疑 1.6,16 气缸内有一定量理想气体，反抗一定外压作绝热膨胀，则，对不对?,答：不对。这是一个等外压过程，而不是等压过程，所以 不等于。绝热膨胀时=0，而不是。,2023/9/12,辅导答疑 1.7,17 在等压下用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升高，这时液体的?,答：不对，因为有机械功，所以。,2023/9/12,辅导答疑 1.8,答：当然不一样，因为从同一始态，绝热可逆与绝热不可逆两个过程不可能到达同一终态，T 不可能相同，所以做的功也不同。,18 理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式 计算，那两种过程的功是否一样?,2023/9/12,辅导答疑 1.11,答：不同，内部温度比外面高。,111 在一个绝热真空箱上刺一个小洞，让空气很快进入，当两边压力相等时，两边温度是否相同？如不同不是和焦耳实验矛盾了吗?,本实验中，体系是冲入箱内的气体，体积是这些气体原来占有的体积和真空箱的体积。气体冲入瓶内，体积缩小，环境对体系作了功，故体系温度升高。,这和焦耳实验不矛盾，因为两个实验所取的体系及其占有的体积不同。在焦耳实验中，体系是全部气体，体积是两个球的空间，后面的气体对前面的气体作功，升温与降温抵消，故最终体系温度不变。,2023/9/12,辅导答疑 1.9,答：不，可逆过程是无限缓慢的，可逆热机没有实用价值。实际过程中用的都是不可逆热机，不可逆热机的效率很低。,19 可逆热机效率最高，那将可逆热机去开火车一定很快咯?,2023/9/12,辅导答疑 1.14,答：热力学中公式较多，但都有适用条件，不能随便使用，否则会导致错误结论。以下所列公式只适用于封闭体系和热力学平衡态。,1.14 请指出所列公式的适用条件：,(1)H=U+pV 是定义式，适用于任何处于热力学平衡态的封闭体系。,(1)H=U+pV,2023/9/12,辅导答疑 1.14,答：适用于不作非膨胀功的等压过程。,1.14 请指出所列公式的适用条件：,(2)H=QP,2023/9/12,辅导答疑 1.14,答：适用于不作非膨胀功的等容过程。,1.14 请指出所列公式的适用条件：,(3)U=QV,2023/9/12,辅导答疑 1.14,答：适用于不作非膨胀功、状态连续变化的等压过程。,1.14 请指出所列公式的适用条件：,(4)H=Cp dT,2023/9/12,辅导答疑 1.14,答：适用于不作非膨胀功、理想气体的等温可逆过程。,1.14 请指出所列公式的适用条件：,2023/9/12,辅导答疑 1.14,答：适用于不作非膨胀功的等外压过程。,1.14 请指出所列公式的适用条件：,(6)W=-pV,2023/9/12,辅导答疑 1.16,1.16 下列状态函数中，哪些是容量性质？哪些是强度性质？压力，温度，体积，热力学能，焓，吉氐自由能，熵，赫氐自由能，粘度，密度，质量，等压热容，等容热容，摩尔热力学能，摩尔焓，摩尔熵,摩尔吉氐自由能，摩尔赫氐自由能 等。,答：是容量性质；,是强度性质。,在一定条件下容量性质和强度性质可以转化。,2023/9/12,辅导答疑 1.19,过程 W Q U H,1.19 总结不同过程中W，Q，U 和H 的计算。第一定律为U=Q+W，设不作非膨胀功。,ig 自由膨胀,ig 等温可逆,ig 等容可逆,ig 绝热可逆,等T,p可逆相变,0 0 0 0,-nRTlnV2/V1=W 0 0,Cv(T2-T1)0=W,2023/9/12,辅导答疑 1.15,（1）范氏气体等温自由膨胀,答：W=0 因为自由膨胀外压为零。Q 0 范氏气体分子间有引力。体积增大分子间势能增加，为了保持温度不变，必须从环境吸热。U 0 因为从环境所吸的热使体系的热力学能增加。H 0 根据焓的定义式可判断焓值是增加的。,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,2023/9/12,辅导答疑 1.13,答：(1)按反应计量方程式，反应进度为 1 mol。,113 使用基尔霍夫定律计算公式应满足什么条件?,(2)参加反应物质的种类和相态在该温度区间内不发生变化。如果有相态变化，则积分不连续，要分步计算。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,（2）Zn(s)+2HCl(l)=ZnCl2+H2(g)进行非绝热等压反应,答：W 0 放出的氢气推动活塞，体系 克服外压对环境作功。Q 0 反应是放热反应。U 0 体系既放热又对外作功，热 力学能下降。H 0 因为这是等压反应，H=QP,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,（3）H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在绝热钢瓶中进行,答：W=0 在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。Q=0 绝热钢瓶 U=0 根据热力学第一定律，能量守 恒，热力学能不变。H 0 因为是在绝热刚瓶中发生的放 热反应，气体分子没有减少，钢瓶内温度升高压力也增高。,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,（4）H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在非绝热钢瓶中进行,答：W=0 刚性容器中的反应是恒容反 应，膨胀功为零。Q 0 该反应是放热反应，而钢瓶 又不绝热。U 0 体系放热后热力学能下降。H 0 反应前后气体分子数相同，H=U。,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,(5）理想气体经焦耳-汤姆逊节流实验,答：H=0 U=0 Q=0 W=0,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,答：H=0 节流过程是一个等焓过程。U=0 理想气体的分子间无作用力，节流膨胀 后温度不变，而理想气体的热力学能只 是温度的函数，所以热力学能不变。Q=0 节流过程是在绝热管中进行的。W=0 根据热力学第一定律，因为Q，U 都等 于零，所以 W 也等于零。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,（6）常温、常压下水结成冰（273.15 K，p）,答:W 0 水结成冰，体积增大，体系对外作功.Q 0 水结冰的过程是放热过程，放出凝聚热.U 0 体系既放热又对外作功，热力学能下降.H 0 焓变等于相变热，水结冰是放热的。,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,2023/9/12,辅导答疑 1.15,（7）氢气和氧气在绝热钢瓶中爆鸣生成水，电火花能量不计,115 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律。,H2,O2,2023/9/12,辅导答疑 1.15,答：W=0 在刚性容器中是恒容反应，膨胀功为零.Q=0 因为是绝热容器 U=0 根据能量守恒定律，因为功、热都等于 零，所以热力学能保持不变。H 0 因为气体反应生成液体，容器内压力下降，根据焓的定义式得到，H=U+Vp，p小于零，所以H 也 小于零。,2023/9/12,辅导答疑 1.17,1.17 在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：(1)氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣，(3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?,答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始终态相同，无论通过什么途径，其变化值一定相同。这就是：异途同归，值变相等。,2023/9/12,辅导答疑 1.18,答：其变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样的循环，其值都保持不变。这就是：周而复始，数值还原。,118 一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，整个循环水的热力学能和焓的变化是多少?,2023/9/12,辅导答疑 1.20,答：可逆过程(1)绕到沸点;(2)绕到饱和蒸气压,1.20 298K，105Pa压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是不可逆过程，试将它设计成可逆过程。,2023/9/12,辅导答疑 1.10,答：因为基尔霍夫定律计算的是反应进度为1 mol时的热效应，而实验测的是反应达平衡时的热效应，两者发生反应物质的量不同，所以热效应也不同。,110 在合成氨反应中，实验测得T1和T2温度下：,但用基尔霍夫定律计算所得的热效应却与实验值不符，为什么?,2023/9/12,辅导答疑 1.12,答：该题目本身就有错误：(1)氧气是助燃剂，本身无燃烧热。(2)氢气燃烧的最终产物是水而不是水蒸气。所以，水蒸气的生成焓应该等于液态水的生成焓加上水的气化热，即氢气的燃烧热加上水的气化热。,112 水蒸气的生成焓等于氢气的燃烧热还是氧气的燃烧热?,