热力学第一定律习题课.ppt
第二章 热力学第一定律习题课,2,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,热力学第一定律,2.焓、热容,理想气体,3,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,3.J-T系数,4,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,4.理想气体各基本过程W，Q，DU，DH的计算,（1）自由膨胀,5,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,4.理想气体各基本过程W，Q，DU，DH的计算,（2）等温可逆,6,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,4.理想气体各基本过程W，Q，DU，DH的计算,（3）等容可逆,7,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,4.理想气体各基本过程W，Q，DU，DH的计算,（4）等压可逆,8,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,4.理想气体各基本过程W，Q，DU，DH的计算,（5）绝热可逆,9,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,5.热化学,（1）生成焓,10,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,5.热化学,（2）燃烧焓,11,第二章 热力学第一定律（10学时）,知识点归纳,5.热化学,（3）反应热与温度的关系,基尔霍夫定律。计算同一反应在不同温度下的反应热,12,-,-,任何纯物质单相密闭系统：U=f(T,V),H=f(T,p),若是理想气体：U=f(T),H=f(T),注意：,13,P外=常数,P外=pdp p理想气体等温可逆膨胀pV=constant Q=-W=pdV=nRT ln(V2/V1)理想气体绝热可逆膨胀pV=constant,抗恒外压膨胀:W=-p外V；相变:W=-pV=-pVg=-p(Vg Vl,S)-nRT；理想气体绝热膨胀:W=U=CV(T2T1),P外=0,自由膨胀:W=0；,W=U=CV(T1T2),功的计算：W=-p外dV,14,过程 特点 理想气体 实际气体,等温膨胀,绝热自由膨胀,绝热节流膨胀,H=0,U=0,T=0,即 U0,即 T0,即T0(除H2,He),15,热Q：,无相变无化学变化，只做体积功的任意物质（从式可得）：(dU)V=QV=CV dT，(dH)p=Qp=Cp dT，dU=QV=CV dT（理想气体）dH=Qp=Cp dT（理想气体）,16,第二章 热力学第一定律（10学时）,例题讲解,说明下列公式的适用条件,了解公式的适用条件，最好知晓公式的推导过程，在什么条件下推得的公式，引入的条件就是公式的使用条件。,17,第二章 热力学第一定律（10学时）,例题讲解,说明下列公式的适用条件,条件：封闭系统 只做非体积功 绝热过程 恒定外压,18,第二章 热力学第一定律（10学时）,例题讲解,说明下列公式的适用条件,条件：只做体积功 1 mol理想气体 等温可逆,19,例题,例1 判断下列各过程的Q,W,U,H是0,=0,0，还是不能确定？,（1）理想气体等温可逆膨胀：（2）理想气体绝热节流膨胀：（3）理想气体定压膨胀：（4）理想气体自由膨胀：（5）实际气体绝热自由膨胀：（6）实际气体定温自由膨胀：,U=0,H=0,Q0,W 0,H0,Q0 W=0,U=0,H=0,Q=0 W=0,Q=0,U=0,H=W=0,U0,Q0,H=,20,上接例1,(7)常温下氢气节流膨胀：(8)0，p冰熔化成水：(9)水蒸气通过蒸汽机做功后恢复原状：(10)在充满O2的绝热定容容器中，石墨剧烈燃烧，以反应器和其中所有物质为系统：,Q=0,H=0,U0,W0,Q0,H0,U0,W0,U=0,H=0,Q0,W 0,W=0,Q=0,U=0,H0,21,例2 在100，p下，1mol水定温蒸发为蒸气，假设蒸气为理想气体，因为这一过程中的温度不变，所以，U=0,Qp=Cp dT=0这一结论对否？为什么？,答：错。因1）定温过程U=0，只适用于理想气体的简单状态变化。这是相变过程，不适用；2）Qp=CpdT=0，只适用于无相变，无化学变化的单纯变温过程，相变过程中：Qp=vapHm(气化热),22,例3 某理想气体从始态1经下列三个途径到达终态2，求Q,W,U的表达式。已知CV,Cp 为常数,1(p1,V1,T1),C(Tc),A,B,（1）1 A 2,2(p2,V2,T2),（3）1 C 2,（2）1 B 2,p,V,()T,r,()S,23,解：所有的过程始终态都相同，故,U=nCV,m(T2T1)(1)定容+定压：W=p2(V2 V1)Q=U-W=nCV,m(T2 T1)+p2(V2 V1)(2)定温可逆+定容：W=nRT1ln(V2/V1)Q=U-W=nCV,m(T2 T1)+nRT1ln(V2/V1)(3)绝热可逆+定容：W=nCV,m(T1TC)或 Q=nCV,m(T2TC),24,例4 装置如图，始态时绝热理想活塞两侧容器各为20dm3，均充满25,p的N2。对左侧气室缓慢加热，直至室内压力为2p。请分别以右室气体，左室气体和全部气体为系统，求算Q,W,U,H（N2可视为理想气体）,25,p 20dm3,25,p 20dm3,加热,2 p T2,2p T2,25,解：(1)以右室气体为系统,因绝热，Q=0；U=W。左室缓慢加热，所以活塞右移可视为绝热可逆压缩，终态压力也为2p 双原子分子理想气体=7/5=1.4 p1V1=p2V2 V2=12.2 dm3,或 p11-T1=p21-T2 T2=363.3K U=W=(p2V2 p1V1)/(1)=1.14kJ,或 n=p1V1/RT1=0.818mol U=nCV,m(T2 T1)=1.14kJ H=U=1.56kJ,26,(2)以左室气体为系统 W（左）=W（右）=1.14kJ V2=40 12.2=27.8 dm3 T2=828K n=p1V1/RT1=0.818mol U=nCV,m(T2 T1)=9.01kJ H=U=12.6kJ Q=U+W=10.1kJ,27,(3)以全部气体为系统,W（总）=0 Q=10.1kJ U(总)=Q=10.1kJH(总)=U(总)=14.2kJ,28,例4 25时，将1molH2(g),10molO2(g)放入定容容器中充分燃烧，生成水。已知：298K时fHm(H2O,g)=242.7 kJmol-1 vapHm(H2O)=44.0 kJmol-1,求：(1)此反应的rUm(298K),rHm(298K)(2)rHm（498K）(3)若反应在绝热密封刚性容器中进行，估算容器内的最高温度。,29,解：(1)298K,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)fHm(H2O,g)H2O(g)=H2O(l)vapHm,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rHm,rHm=fHm(H2O,g)vapHm=(242.744.0)kJmol-1=286.7 kJmol-1 rUm=rHm RTn=rHm RT(1.5)=283.0 kJmol-1 其中n=1.5,30,(2)498K H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g),根据基尔霍夫公式,其中rHm(298K)=242.7 kJmol-1Cp=(31.4 3/227.2)JK-1mol-1=9.85 J K-1 mol-1 H(T2)=H(T1)+Cp TrHm(498K)=242.7 9.85(498298)10-3 kJmol-1=244.7 kJmol-1,31,H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(g)U(1)H2O(g)+9.5O2(g)298K升温到T U(2),(3)绝热定容：U(总)=U(1)+U(2)=0，可分为298K时定容反应热U(1)和系统定容升温U(2)。,U(1)=H(1)RTn(g)=241.5 kJ(n=1.5),U(2)=U(1)=241.5103 J=niCV,m,i T=CV,m(H2O)+9.5CV,m(O2)T=(31.4 R)+9.5(27.2 R)(T 298)J=202.55(T 298)JT=1490 K,
