物理化学热力学第一定律习题答案

第二章热力学第一定律

2-1 1mol 理想气体于恒定压力下升温 「C,试求过程中气体与环境交换的功 W 解：体系

压力保持恒定进行升温，即有P 外=P ，即反抗恒定外压进行膨胀，

W P amb (V 2 M) pV 2 pV t nRT 2 nR 「 nR T 8.314J

2-2系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。 若途径a 的Q a =2.078kJ,

W a = -4.157kJ;而途径 b 的 Q b = -0.692kJ 。求 W b 。

解：应用状态函数法。因两条途径的始末态相同， 故有△

U b ，则 Q a W a Q b W b

2-4某理想气体C V,m 1.5R 。今有该气体5 mol 在恒容下温度升高50C ，求过程

的W ，Q ,A H 和厶U 。

所以有，W b Q a W a Q

2.078 4.157 0.692

1.387kJ

2-3 4mol 某理想气体,

温度升高20C ， 求厶H -△ U 的值。

解：方法一:

T 20K

U T n C p,m dT

T 20K

n (

C

p,m

C

V,m )dT

方法二：可以用

T 20K

T

n C V,m dT

_ T 20K

T r-p,m

-v,m ；

二

T n RdT nR(T

4 8.314 20 665.16J

20K T)

△ H=A U+A (PV)进行计算。

8.3145 50 5196J 5.196kJ

根据热力学第一定律，：W=0故有Q=A U=3.118kJ

2-5某理想气体C V m 2.5R 。今有该气体

5 mol 在恒压下温度降低50C ，求过程

的W ，Q ,A H 和厶U 。

解：恒容：W=0

T 50K

U

T nC v,m dT nC

V,m

(T 50K T)

nC

V ,m 50K 5 3

8.3145 50

2

3118J

3.118k

J

T 50K

T nC p,m dT

H nC p,m (T 50K T) n(C V,m R) 50K

H 7.275kJ U Q 5.196kJ

( 7.725kJ) 2.079kJ

C Pm 7R 。由始态100 kPa, 50 dm 3

,先恒容加热使压

P,m

2

和厶U 。

解：整个过程示意如下:

1mol 1mol 1mol

T 1 W 1 0

T 2 W 2

T 3 100kPa

200kPa 200kPa 50dm 3

50dm 3

25dm 3

T

P 1V 1 "nR

100

103 50 10 3

1 8.3145

601.40K

T p 2V

2

200 3

10 50 103

1202.80K

I 2 nR

1 8.3145

T 3 必仏

200 3

10 25 10 3

601.40K

nR

1 8.3145

W 2

P 2 (V 3 V 2) 200 103

(25 50) 3

10

5000J 5.00kJ

0；

W 2 5.00kJ; W W 1

W 2 5.00kJ

T 1 T 3 601.40K; U 0, H 0

U 0, Q -W -5.00kJ

2-7

4 mol 某理想气体，C Pm 5

R 。由始态100 kPa ，100 dm 3，先恒压加热使

2

体积升增大到150 dm 3

,再恒容加热使压力增大到150kPa 。求过程的W ，Q ，△ H 和厶U 。

T 50K

H

T

nC p,m dT n C p,m (T 50K T) nC p,m (50K) 7 5 - 2

8.3145 50 7275J 7.275kJ 解:

nC v,m dT nC v,m ( 50K) nC v,m (T 50K T) 5 5 8.3145 50 2 5196J 5.196kJ 2-6

1mol 某理想气体,

力升高至200 kPa,再恒压泠却使体积缩小至 25 dm 3。求整个过程的W ，Q ，△ H

T

1 T

2 W 2 0

T

3

100 kPa 100kPa 150kPa

3 4

&314 (676.53 300.70)

18749J 18.75kJ

y B =0.4,始态温度T 1=400 K ，压力p 1=200 kPa 。今该混合气体绝热反抗恒外压 p=100

kPa 膨胀到平衡态。求末态温度 T 2及过程的W ，△ U ，△ H 。

解：先求双原子理想气体 B 的物质的量：n (B ) =y B X n=0.4 x 10 mol=4 mol ;则 单原子理想气体 A 的物质的量：n (A ) = (10-4) mol =6 mol

C v,m 3

R

C v,m 5

R

单原子理想气体 A 的 2 ，双原子理想气体 B 的

2

过程绝热，Q=0，则 △ U=W

n(A)C v,m (A)(T 2 T 1) n(B)C v,m (B)(T 2 T 」

3

U W

P amb (V 2 V) 100 10 (0.27522 0.16628) J

10.894 kJ

解：过程为

4mol

4mol

4mol

100dm 3 150dm 3

150dm 3

pN 100 103 100 10 3 ；

T 1

300.70K ；

nR 4 8.3145

P 3V 3

150 103 150 10 3

c c “

T 3

676.53K

nR 4 8.3145

W 1 p 1

(V 3 V 1)

100 1 03 (150 1 00) W 2 0；

W ,

5.00kJ; W W , W 2

p 2V

2

100 1 03 1 50 1 0 3

T 2

HOlZ

45 1 U2K

nR

4 8.3145

10 3

5000J

5.00kJ

5.00kJ

丁

nC v,m dT

1

1

T 3

T n(C p,m R)dT

n - R (T 3

T 1)

2

T 3 T nC P ,m dT

11

n

i

R

(T 3

T )

4 I 8.314 (676.53 300.70) 31248J

31.25kJ

U W 18.75kJ ( 5.00kJ)

23.75kJ

2-8单原子理想气体

A 与双原子理想气体

B 的混合物共10 mol ，摩尔分数

匚

R( 5 - 2

4

\17

6 R

3 - 2

代入得

T 2= 331.03K V 2 n RT 2/ p 2

nRT 2 / P abm

10 8.314

331.03 100000m

0.27522m

V !

n / p !

10 8.314

400 200000

0.16628 m

p

amb

(V 2 V 1 )

a

n

m a

p

H U (pV) U (P 2V 2 pV i )

-10894J (100 103

0.27522 200 103

0.16628) J 16628J

16.628kJ

△ H 还可以由分别计算△ H A 和厶H B 之后求和。(请同学们自行计算)

2-9在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为

2mol, 0C 的

单原子理想气体A 及5mol ,100C 的双原子理想气体B,两气体的压力均为100 kPa 。活塞外的压力维持100kPa 不变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气

体混合达到平衡态。求末态温度 T 及过程的W, △ U

因活塞外的压力维持

100kPa 不变，过程绝热恒压，

Q=Q p = △ H =0，于是有

n(A)C p,m (A)(T 273.15K) n(B)C p,m (B)(T 373.15K) 0 5 7

2 R(T 273.15K) 5 R(T 373.15K)

0 2 2

5 (T 273.15K) 17.5 (T 373.15K)

于是有 22.5T=7895.875K

U n(A)C V,m (A)(T 273.15K) n(B)G/,m (B)(T 373.15K) 3 8.3145 5 8.3145

2

(350.93 273.15)J 5

(350.93 373.15) J

2 2

(1940.1-2309.4) J -369.3J W

2-10 求1mol N 2 (g)在300K 恒温下从2 dm 3可逆膨胀到40 dm 3这一过程的体 积功W r ，Q ,A U 及厶H 。假设N 2 (g)为理想气体。

解：由于Nb ( g )视为理想气体，则理想气体恒温可逆膨胀功为

W r nRT ln(V 2/VJ = -1 X 8.3145 X 300 X In (40 - 2) J = -7472J = -7.472 kJ

△ U=0，△ H=0，(恒温，理想气体) △ U=Q+W 所以 Q= -W= 7.472 kJ

解：单原子理想气体

,,C

P ，

m

A 的

5R

双原子理想气体

,,C P,m

B 的

得

T=350.93K

2-11某双原子理想气体10 mol从始态350K，200 kPa经过如下四个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功 W。

(1) 恒温可逆膨胀到50 kPa；

(2) 恒温反抗50 kPa恒外压不可逆膨胀;

(3) 绝热可逆膨胀到50kPa ；

(4) 绝热反抗50 kPa 恒外压不可逆膨胀。

解：(1)理想气体恒温可逆膨胀到

50 kPa :

(2 )恒温反抗50 kPa 恒外压不可逆膨胀： W

P ambM VJ P amb (nRT / P amb ) 5RT / pj

-nRT 1 - (P amb / P 1) 10 8.3145 350 1 (50/200) J

5 8 3145

10 2 (235.53 350)J

23793J

23.793kJ

(4 )绝热反抗50 kPa 恒外压不可逆膨胀 绝热，Q=Q

W U

p

abm (V 2 V 1

) nC

V ,m (T

2 T

1

)

P amb (nRT z /P amb ) (nRT / pj n (5/2)R(T 2 TJ

上式两边消去nR 并代入有关数据得

3.5T 2=2.75 X 350K

故 T 2=275K

W

U

T n C V,m

dT n

C V, m (G T

1 )

T

1

5 8.3145 10

(275 350)J

15590J

15.590kJ

2-12 0.5 mol 双原子理想气体1mol 从始态300K, 200 kPa,先恒温可逆膨胀到 压力为50kPa,再绝热可逆压缩末态压力 200 kPa 。求末态温度T 及整个过程的

解：整个过程如下

T 300K T 2 300K

绝热可逆压缩

T

(3)

21826J

绝热可逆膨胀到

21.826kJ

R /C p,m

P 1

50 R/(7R /2)

103

3 350K

10

50kPa:

T 2

200 绝热

kl_

八、、：

Q=Q

W

T 2

U nC V,m dT

T 1

n C V,m (T 2 T 1)

235.53K

W r nRTIn p 2 / 口

10 8.3145 350In

50 103 200 10

40342J

40.342kJ

T 2 0.25 350K 2.5T 2 2.5 350K

恒温可逆膨胀200kPa p1

0.5mol 50kPa P2

0.5mol

200kPa

0.5mol

P3 R/C p,m ,-3 R/(7 R/ 2)

理想气体绝热可逆过程：T p3 T

2200 10 400K 445.80K

p2 50 103

恒温可逆膨胀过程：

W r nRTln p2 / 0.5 50

8.3145 300ln -

3

10

3

J 1729J 1.729kJ

200 103

因是理想气体，恒温，△U恒温=△ H 恒温=0

绝热可逆压缩：Q=0,故

5

W绝U绝nC v,m(T TJ 0.5 § R(T T2)

5

0.5 §8.314 (445.80 300) J 1515.2J 1.515kJ

H绝nC p,m (T T i) 5 § R(T T i)

0.5 78.314 (445.80 300) J 2121.3J 2.121kJ

故整个过程：

W=V+W绝=(-1.729+1.515 )kJ=0.214 kJ

△U=A U+A U 绝=(0+1.515)=1.515kJ

△H=A Hr+A H 绝=(0+2.121 ) =2.121kJ

2-13 已知水(H2O, I)在100C的饱和蒸气压 p*=101.325 kPa,在此温度、压

1

力下水的摩尔蒸发焓vapHm 40.668kJ吨。求在100C, 101.325 kPa下使1 mol 水蒸气全部凝结成液体水时的Q, W, △U及厶H。设水蒸气适用理想气体状态

方程。

解：凝结过程为1mol H2O(g),1000C,101.325kPa —1molH2O(1),100°C,101.325kPa △ H (凝结)=—△ H (蒸发)

Q Q p n ( vap H m) 1 ( 40.668)kJ 40.668kJ H

W P amb (V| V g) pV g n g RT (1 8.314 373.15)J 3.102kJ

2-14 100 kPa 下，冰(H 2O, s)的熔点为0C,在此条件下冰的摩尔熔化焓

fusHm 6.012kJ mo1

。已知在-10C ?O C 范围内过泠水(H 2°, I)和冰的摩尔定

11 1 1

压热容分别为 C p,m( H 2°,I)=76.28

J

E 。

1 K

和 C p,m( H 2°,S )=37.20

J

E 。

1 K

。

求在常压条件下-10C 时过泠水结冰的摩尔凝固焓。

解:

2-15 25C 下，密闭恒容的容器中有10g 固体萘C 10H 8 (s)在过量的°2 (g)中 完全燃烧成C°2 (g)和H 2O (I)。过程放热401.727 kJ 。求 (1 ) C 10 H

8

(s) 12

°2(g) 10C

°2(g

) 4H

2°

(l )

的反应进度.

(2) C 10H 8 (s)的 C U m (3) C 10H 8 (s) 的 C H m

解：(1) M 萘=128.173 ,

(2) G 0H (S )的 c U m

C V =A U= -401.727 kJ

每摩尔萘的恒容恒温燃烧热为

c

U m (298.15K)

r

U m (298.15K)

1

5149kJ mol

无影响，因为温度未变，

dU=CdT 公式具有普适性，适用于气、液、固

)

H 2O(l), 100C

H m

H 2O(s), 100C

△ H ，m

△ Hb ,

H 2O(l),

00C

H 2,m

H 2O(s), 00C

H 2,m

fus

H m

1

6.012kJ mol H m H

1, m

H

2,m

H

3,m

273 .15K 263.15K C

P,m

(H 2O,l )dT

C p,m (H 2°,l) (273.15K H 2,m C p,m (H 2°, S ) 263.15K

273.15 K

Cp

，

m(

H 2°,s

)dT

263.15K)

H 2,m

(263.15K 273.15K)

(76.28 10 6012 37.2 10)J mol 1

5621J mol 1

5.621kJ mol 1

反应进度:

n/ n/1

10 128.173

0.078019mol 78.019mmol

12 8.173 10

1

(401.727)kJ mo1

(压力变化对燃烧热基本

(3)所以本题所给反应的标准摩尔反应焓为

r H m(298.15K) r U m(298.15K) B

(g) RT

-5149000 (-2) 8.314 298.15 -5154kJ mol-1

1

C H m r H m -5154kJ mol

2-16已知25E甲酸乙酯(HC00CH3, I)的标准摩尔摩尔燃烧焓cHm为-979.5 kJ mol，甲酸(HCOOH , I)、甲醇(CH3OH, I)、水(H2O, I)及二氧化碳 (CO2，g )的标准摩尔生成焓数据f H m分别为-424.72 kJ mo〔1，

1 1 1

-238.66kJ mol , -285.83kJ mol及-393.509kJ mol。应用这些数据求 25E

时下列反应的标准摩尔反应焓。

HCOOH (l) CH3OH(l)= HCOOCH 3(l) H2O(l)

解：(0 先求f H m(HCOOCH3,l)。

燃烧反应HCOOCH 3(l) 2O2(g) = 2CO2(g) 2H 2O(l)

r H m 2 f H m(CO2,g) + 2X f H m(H2O,l)- f H m (HCOOCH 3 ,1)

r H m= C H m (HCOOCH 3,l)(反应热即为燃烧热)

所以有

f H m(HCOOCH3,l)=2 f H m(CO2,g) + 2 X

f H m(H2O,l)-c H m(HCOOCH3,l)

= {2X( -393.509 ) +2X( -285.83 ) - (-979.5 )} kJ ? mol-1 =-379.178 kJ ? mol-1

(2) HCOOH (l) CH3OH(l)= HCOOCH 3(l) H2O(l)

r H

m f H m(HCOOCH3,l)+ f H m(HO2,l)

-

f H m(HCOOH ,l)-f H m(CH3OH,l)

= {(-379.178 ) + (-285.83 ) - (-424.72 ) - (-238.66 )} kJ ? mol =-1.628 kJ ? mol

物理化学热力学第一定律总结

热一定律总结 一、 通用公式 ΔU = Q + W 绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W ’=0)：W = 0，ΔU = Q V 恒压(W ’=0)：W =-p ΔV =-Δ(pV )，ΔU = Q -Δ(pV ) → ΔH = Q p 恒容+绝热(W ’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W ’=0) ：ΔH = 0 焓的定义式：H = U + pV → ΔH = ΔU + Δ(pV ) 典型例题：3.11思考题第3题，第4题。 二、 理想气体的单纯pVT 变化 恒温：ΔU = ΔH = 0 变温： 或 或 如恒容，ΔU = Q ，否则不一定相等。如恒压，ΔH = Q ，否则不一定相等。 C p , m – C V , m = R 双原子理想气体：C p , m = 7R /2, C V , m = 5R /2 单原子理想气体：C p , m = 5R /2, C V , m = 3R /2 典型例题：3.18思考题第2,3,4题 书2.18、2.19 三、 凝聚态物质的ΔU 和ΔH 只和温度有关 或 典型例题：书2.15 ΔU = n C V , m d T T 2 T 1 ∫ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU = nC V , m (T 2-T 1) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔU ≈ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU ≈ ΔH = nC p, m (T 2-T 1)

四、可逆相变（一定温度T 和对应的p 下的相变，是恒压过程） ΔU ≈ ΔH –ΔnRT (Δn ：气体摩尔数的变化量。如凝聚态物质之间相变，如熔化、凝固、转晶等，则Δn = 0，ΔU ≈ ΔH 。 101.325 kPa 及其对应温度下的相变可以查表。 其它温度下的相变要设计状态函数 不管是理想气体或凝聚态物质，ΔH 1和ΔH 3均仅为温度的函数，可以直接用C p,m 计算。 或 典型例题：3.18作业题第3题 五、化学反应焓的计算 其他温度：状态函数法 Δ H m (T ) = ΔH 1 +Δ H m (T 0) + ΔH 3 α β β α Δ H m (T ) α β ΔH 1 ΔH 3 Δ H m (T 0) α β 可逆相变 298.15 K: ΔH = Q p = n Δ H m α β Δr H m ? =Δf H ?(生) – Δf H ?(反) = y Δf H m ?(Y) + z Δf H m ?(Z) – a Δf H m ?(A) – b Δf H m ?(B) Δr H m ? =Δc H ?(反) – Δc H ?(生) = a Δc H m ?(A) + b Δc H m ?(B) –y Δc H m ?(Y) – z Δc H m ?(Z) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫

高中物理-热力学第一定律

热力学第一定律 热力学第一定律 热力学第一定律内容是：研究对象内能的改变量，等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功之和。 注：热量的传导与做功均需要注意正负性。 热力学第一定律公式 热力学第一定律公式： △U=W+Q 其中，△U——内能的变化量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象内能减小。 Q——研究对象吸收的热量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象向外释放热量。 在自然态下，Q传导具有方向性，即只能从高温物体向低温物体传递热量。 W——外界对研究对象做的功，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象对外界做功。

热力学第一定律理解误区之吸热内能一定增加？ 老师：并非如此。如果对外做功，内能可能不变，甚至减小。 物体的内能是变大还是变小，取决于两个外在因素，其一是吸收（或放出）热量，另外一个是做功。 如果吸收了10J的热量，向外界做了20J的功，物体的内能不会增加，反而会减小（减小10J）。 热力学第一定律深入理解之温度与分子平均动能关系 老师：分子平均动能Ek与热力学温度T是正比例关系，即分子平均动能Ek越大，热力学温度T就越大。 分子平均动能Ek是微观表现方式，而热力学温度T是宏观表现方式。 热力学第一定律深入理解之做功与气体体积关系 老师：W与气体的体积相关，V减小，则是外界对气体做正功（压缩气体）。

反之，V增大，则是外界对气体做负功（气体膨胀向外界做功）。 热力学第一定律深入理解之能量守恒定律在热学的变形式 老师：从热力学第一定律公式来看： △U=W+Q 这与能量守恒定律是一致的。能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。 在热学领域，物体内能改变同样遵守能量守恒定律。物体内能的增加，要么是伴随着外界做功，要么是由外界热量传导引起的。 在物体A内能增加的同时，物体B因为向A做功能量减小，或者物体C把自身内能以热量形式向物体A传导，自身能量减小。 如果以A+B+C总系统为研究对象，这个系统的总能量，依然是守恒的。 热力学第一定律深入理解之理想气体的内能 老师：如果研究对象是一定量的理想气体，就不用考虑分子势能。 那么这部分气体内能变化△U，就只与分子平均动能Ek相关，宏观表现就是只和温度T相关。热力学第一定律的发展与意义简介 热力学第一定律本质上与能量守恒定律是的等同的，是一个普适的定律，适用于宏观世界和微观世界的所有体系，适用于一切形式的能量。 自1850年起，科学界公认能量守恒定律是自然界普遍规律之一。

2.2热力学第一定律对理想气体的应用

§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 2．2．1、等容过程 气体等容变化时，有=T P 恒量，而且外界对气体做功0=?-=V p W 。根据 热力学第一定律有△E=Q 。在等容过程中，气体吸收的热量全部用于增加内能，温度升高；反之，气体放出的热量是以减小内能为代价的，温度降低。 p V i T C n E Q V ???= ??=?=2 式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(。 2．2．1、等压过程 气体在等压过程中，有=T V 恒量，如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自 由移动。 根据热力学第一定律可知：气体等压膨胀时，从外界吸收的热量Q ，一部分用来增加内能，温度升高，另一部分用于对外作功；气体等压压缩时，外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能，都转化为向外放出的热量。且有 T nR V p W ?-=?-= T nC Q p ?= V p i T nC E v ??=?=?2 定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=。该式表明：1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J ，这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故。 2．2．3、等温过程 气体在等温过程中，有pV =恒量。例如，气体在恒温装置内或者与大热源想

接触时所发生的变化。 理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体在等温过程中内能不变，即△E =0，因此有Q=-W 。即气体作等温膨胀，压强减小，吸收的热量完全用来对外界做功；气体作等温压缩，压强增大，外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量。 2．2．4、绝热过程 气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程，即Q=0。例如用隔热良好的材料把容器包起来，或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换，这些都可视作绝热过程。 理想气体发生绝热变化时，p 、V 、T 三量会同时发生变化，仍遵循=T pV 恒 量。根据热力学第一定律，因Q=0，有 )(21122V p V p i T nC E W v -=?=?= 这表明气体被绝热压缩时，外界所作的功全部用来增加气体内能，体积变小、温度升高、压强增大；气体绝热膨胀时，气体对外做功是以减小内能为代价的，此时体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。 例：0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃。若在升温过程中，①体积保持不变，②压强保持不变；③不与外界交换热量。试分别求出气体内能的增量，吸收的热量，外界对气体做的功。 气体的内能是个状态量，且仅是温度的函数。在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为： J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?

热力学第一定律主要公式

热力学第一定律主要公式 1.?U 与?H 的计算 对封闭系统的任何过程 ?U=Q+W 2111()H U p V pV ?=?-- (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 0T U ?= 0T H ?= 任意变温过程 ,21()V m U nC T T ?=- ,21()p m H nC T T ?=- 等容变温过程 H U V p ?=?+? (V U Q ?=) 等压变温过程 p U Q p V ?=-? ()p H Q ?= 绝热过程 ,21()V m U W nC T T ?==- ,21()p m H nC T T ?=- 2)实际气体van derWaals 气体等温过程 2 1 211U n a V V ?? ? ??? ?=- 2 22111 211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ??? ?=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 p tra H Q ?= (p Q 为相变潜热) p tra tra U Q p V ?=-? (3)无其她功的化学变化过程

绝热等容反应 0r U ?= 绝热等压反应 0r H ?= 等温等压反应 r p H Q ?= r r U H p V ?=?-? 等温等压凝聚相反应 r r U H ?≈? 等温等压理想气体相反应 ()r r U H n RT ?=?-? 或 r r B B H U RT ν?=?-∑ 由生成焓计算反应热效应 f ()(,)r m m B B H T H T B θθν?=?∑ 由燃烧焓计算反应热效应 c ()(,)r m m B B H T H T B θν?=-?∑ 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）-生成物） 式中:i n 为i 种键的个数;n i 为i 种键的键焓。 不同温度下反应热效应计算 2 1 21()()d T r m r m r p T H T H T C T ?=?+?? 2、体积功W 的计算 任意变化过程 W= d e p V -∑ 任意可逆过程 2 1 W= d V V p V -? 自由膨胀与恒容过程 W=0 恒外压过程 21()e W p V V =-- 等温等压→l g 相变过程(设蒸气为理想气体) 1()g g g W p V V pV n RT =--≈-=- 等温等压化学变化 ()W p V n RT =-?=? (理想气体反应) 0W ≈ (凝聚相反应) 理想气体等温可逆过程

高中物理-热力学第一定律

高中物理-热力学第一定律 如图,一个质量为m 的T 形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体,活塞体积可忽略不计,距气缸底部h 0处连接一U 形细管（管内气体的体积可忽略）。初始时,封闭气体温度为T 0,活塞距离气缸底部1.5h 0,两边水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ,大气压强为p 0,气缸横截面积为S ,活塞竖直部分高为1.2h 0,重力加速度为g 。 （1）通过制冷装置缓慢降低气体温度,当温度为多少时两边水银面恰好相平？ （2）从开始至两水银面恰好相平的过程,若气体放出的热量为Q ,求气体内能的变化。 【参考答案】（1） （2）0.3h 0(p 0S +mg )–Q 【试题解析】（1）初态时,气体压强,体积V 1=1.5h 0S ,温度为T 0 要使两边水银面相平,气缸内气体的压强p 2=p 0,此时活塞下端一定与气缸底接触,V 2=1.2h 0 设此时温度为T ,由理想气体状态方程有 解得 （2）从开始至活塞竖直部分恰与气缸底接触,体积变小,气体压强不变,外界对气体做功,其后体积不变,外界对气体不做功,故外界对气体做的功W =p 1ΔV =()×0.3h 0S 由热力学第一定律有ΔU =W –Q =0.3h 0(p 0S +mg )–Q 【知识补给】 状态变化与内能变化 中学常见的状态变化主要有等温变化、等容变化、等压变化和绝热变化。 000455p ST p S mg +10mg p p S =+11220p V p V T T =000455p ST T p S mg =+0mg p S +

（1）等温变化：理想气体的内能等于分子动能,不变；一般气体的分子间距较大,分子间作用力为引力,体积增大,则分子势能增大,内能增大。 （2）等容变化：理想气体的内能随温度升高而增大；一般气体分子势能不变,温度升高时分子动能增大,内能增大；体积不变则外界对气体不做功,内能变化只与热传递有关。 （3）等压变化：理想气体的内能随温度升高而增大；一般气体温度升高时,分子平均速率增大,压强不变,则分子数密度应减小,即体积增大,分子势能和分子动能都增大,内能增大。（4）绝热变化：与外界无热交换,内能变化只与体积变化,即外界对气体做的功有关；理想气体的体积增大时,内能减小,温度降低,压强减小；一般气体的体积增大时,内能减小,分子势能增大,分子动能减小,温度降低,压强减小。 下列说法正确的是 A．物体的温度升高,物体内所有分子热运动的速率都增大 B．物体的温度升高,物体内分子的平均动能增大 C．物体吸收热量,其内能一定增加 D．物体放出热量,其内能一定减少 如图所示为密闭的气缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的 A．温度升高,内能增加600 J B．温度升高,内能减少200 J C．温度降低,内能增加600 J D．温度降低,内能减少200 J 如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程,D→A为等容过程。

热力学第二定律 概念及公式总结

热力学第二定律 一、 自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程） 一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。 二、 热力学第二定律 1. 热力学的两种说法： Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化 Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化 2. 文字表述： 第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功） 功 热 【功完全转化为热，热不完全转化为功】 （无条件，无痕迹，不引起环境的改变） 可逆性：系统和环境同时复原 3. 自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程） 特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功 三、 卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机） ηη≤ηη （不可逆热机的效率小于可逆热机） 所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关 四、 熵的概念 1. 在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：ηηηη+η ηηη=η 任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关 热温商具有状态函数的性质 ：周而复始 数值还原 从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数 2. 热温商：热量与温度的商 3. 熵：热力学状态函数 熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量 ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η （数值上相等） 4. 熵的性质： （1）熵是状态函数，是体系自身的性质 是系统的状态函数，是容量性质 （2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和 （3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变 （4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量 （5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性 （6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变 （7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。若系统已处于平衡状态，则其中的任何过程一定是可逆的。 五、克劳修斯不等式与熵增加原理 不可逆过程中，熵的变化量大于热温商 ηηη→η?(∑ηηηηηηη)η>0 1. 某一过程发生后，体系的热温商小于过程的熵变，过程有可能进行不可逆过程 2. 某一过程发生后，热温商等于熵变，则该过程是可逆过程

02章 热力学第一定律及其应用

第二章热力学第一定律及其应用 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 kJ。若以Zn和盐酸为体系，求该反应所作的功及体系内能的变化。 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101.325 kPa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101.325 kPa时，1 kg H2O（l）的体积为1.043 dm3,1 kg水气的体积为1677 dm3,水的 =40.63 kJ/mol 。当1 mol H2O(l),在373 K 和外压为时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101.325 kPa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101.325 kPa）体积胀大1 dm3。 （2）在空气中膨胀到气体压力也是101.325 kPa。 （3）等温可逆膨胀至气体的压力为101.325 kPa。 8．273.2K，压力为5×101.325 kPa的N2气2 dm3,在外压为101.325 kPa下等温膨胀，直到N2气的压力也等于101.325 kPa为止。 求过程中的W,ΔU ，ΔH 和Q。假定气体是理想气体。 9．0.02kg乙醇在其沸点时蒸发为气体。已知蒸发热为858kJ/kg.蒸汽的比容为0.607 m3/kg。 试求过程的ΔU ，ΔH，Q，W（计算时略去液体的体积）。 10. 1× kg水在373K，101.325 kPa压力时，经下列不同的过程变为373 K， 压力的汽，请分别求出各个过程的W，ΔU ，ΔH 和Q 值。 （1）在373K，101.325 kPa压力下变成同温，同压的汽。 （2）先在373K，外压为0.5×101.325 kPa下变为汽，然后加压成373K，101.325 kPa压力的汽。 （3）把这个水突然放进恒温373K的真空箱中，控制容积使终态为101.325 kPa 压力的汽。 已知水的汽化热为2259 kJ/kg。 11. 一摩尔单原子理想气体，始态为2×101.325 kPa,11.2 dm3,经pT=常数的可逆过程压缩到终态为4×101.325 kPa，已知C(V,m)=3/2 R。求： （1）终态的体积和温度。 （2）ΔU 和ΔH 。 （3）所作的功。

热力学第一定律 说课稿 教案

热力学第一定律能量守恒定律 一、教材分析 前面学习的焦耳实验结果表明，在系统状态发生改变时，只要初末状态确定了，做功的数量或者热传递的数量就是确定的。而且，热功当量的测量结果表明，做功和热传递在改变内能上是等价的。从而得出热力学第一定律的数学表达式。又通过实例对表达式中物理量取值的正负意义进行了讨论。接着，讲述了能量守恒定律的确立。它具有重大的理论意义和实践意义。它对于制造永动机的不可能实现，给予了科学上的最后判决。 二、三维目标 知识与技能： 1、理解热力学第一定律。 2、能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。 3、理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。 4、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。 5、知道第一类永动机是不能实现的。 过程与方法： 能够得出热力学第一定律，并会应用。 情感态度与价值观： 通过学习能量守恒定律的得出过程，学习科学家的探索精神 二、教学重点难点 重点：热力学第一定律 难点：能量守恒定律 四、学情分析 由于热力学第一定律是教学的重点及难点，因此应利用教学的相当多的时间进行热力学第一定律的教学，具体说△U=W+Q中各物理量的意义及正负号的确定对学生讲是很困难的，以通俗易懂的语言阐述；对于能量守恒定律的教学，调动学生相互讨论自然界中的各种能量间的转化，分析得出能量守恒定律。 五、教学方法 自主阅读与思考、精讲精练 六、课前准备 七、课时安排1课时 八、教学过程

（一）预习检查、总结疑惑 （二）情景引入、展示目标 焦耳的实验表明：只要系统初末状态是确定的，所需做功数量就是确定的。 另一方面，热功当量实验表明做功和热传递是等价的 （三）合作探究、精讲点播 1.热力学第一定律 （1）.一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。 其数学表达式为：ΔU=W+Q （2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则 ⑶.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5). 能量守恒定律的重要意义 第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成

第一章热力学第一定律及其应用

华中科技大学博士研究生入学考试《物理化学（二）》考试大纲 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 1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系 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 第二章热力学第二定律 2.1 自发变化的共同特征一不可逆性性 2.2 热力学第二定律 2.3 卡诺定律 2.4 熵的概念．

2.5 克劳修斯不等式与熵增加原理 2.6熵的计算 2.7热力学第二定律的本质和熵的统计意义 2.8亥姆霍兹自由能和古布斯自由能 2.9变化的方向和平衡条件 2.10ΔG的计算示例 2.11几个热力学函数间的关系 2.12单组分体系的两相平衡 2.13多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势 2.14不可逆过程热力学简介 第三章统计热力学基础 3.1 概论 3.2玻尔兹曼统计 3.3玻色—爱因期坦统计和费米—狄拉克统计 3.4配分函数 3.5各配分函数的求法及其对热力学因数的贡献3.6晶体的热容问题 3.7分子的全配分函数 第四章溶液——多组分体系热力学在溶液中的应用4.1 引言 4.2 溶液组成的表示法 4.3 稀溶液的两个经验定律

4.4混合气体中各组分的化学势 4.5理想溶液的定义、通性及各组分的化学势4.6稀溶液中各组份的化学势 4.7理想溶液和稀溶液的微观说明 4.8稀溶液的依数性 4.9吉朽斯—杜亥姆公式和杜亥姆—马居耳公式4.10非理想溶液 4.11分配定律――溶质在两互不相溶液中的分配第五章相平衡 5.1引言 5.2多相体系的一般平衡条件 5.3相律 5.4单组份体系的相图 5.5二组份体系的相图及应用 5.6三组份体系的相图和应用 5.7二级相变 第六章化学平衡 6.1化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势6.2化学反应的平衡常数和等温方程式 6.3平衡常数的表示式 6.4复相化学平衡 6.5平衡常数的测定和平衡转化率的计算

热力学第一定律主要公式

热力学第一定律主要公式 1．?U 和?H 的计算 对封闭系统的任何过程 ?U=Q+W 2111()H U p V pV ?=?-- (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 0T U ?= 0T H ?= 任意变温过程 ,21()V m U nC T T ?=- ,21()p m H nC T T ?=- 等容变温过程 H U V p ?=?+? (V U Q ?=) 等压变温过程 p U Q p V ?=-? ()p H Q ?= 绝热过程 ,21()V m U W nC T T ?==- ,21()p m H nC T T ?=- 2)实际气体van derWaals 气体等温过程 2 1 211U n a V V ?? ? ??? ?=- 2 22111 211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ??? ?=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 p tra H Q ?= (p Q 为相变潜热) p tra tra U Q p V ?=-? （3）无其他功的化学变化过程

绝热等容反应 0r U ?= 绝热等压反应 0r H ?= 等温等压反应 r p H Q ?= r r U H p V ?=?-? 等温等压凝聚相反应 r r U H ?≈? 等温等压理想气体相反应 ()r r U H n RT ?=?-? 或 r r B B H U RT ν?=?-∑ 由生成焓计算反应热效应 f ()(,)r m m B B H T H T B θθν?=?∑ 由燃烧焓计算反应热效应 c ()(,)r m m B B H T H T B θν?=-?∑ 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）-生成物） 式中：i n 为i 种键的个数；n i 为i 种键的键焓。 不同温度下反应热效应计算 2 1 21()()d T r m r m r p T H T H T C T ?=?+?? 2.体积功W 的计算 任意变化过程 W= d e p V -∑ 任意可逆过程 2 1 W= d V V p V -? 自由膨胀和恒容过程 W=0 恒外压过程 21()e W p V V =-- 等温等压→l g 相变过程（设蒸气为理想气体） 1()g g g W p V V pV n RT =--≈-=- 等温等压化学变化 ()W p V n RT =-?=? (理想气体反应) 0W ≈ （凝聚相反应） 理想气体等温可逆过程

热力学第一定律的内容及应用

目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract: ...................................................................................... 错误！未定义书签。Key words .................................................................................... 错误！未定义书签。引言 (1) 1．热力学第一定律的产生 (1) 1.1历史渊源与科学背景 (1) 1.2热力学第一定律的建立过程 (2) 2.热力学第一定律的表述 (3) 2.1热力学第一定律的文字表述 (3) 2.2数学表达式 (3) 3.热力学第一定律的应用 (4) 3.1焦耳实验 (4) 3.2热机及其效率 (5) 总结 (7) 参考文献 (7)

热力学第一定律的内容及应用 摘要：热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，广泛地应用于各个学科领域。本文回顾了其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它在理想气体、热机的应用。 关键字：热力学第一定律；内能定理；焦耳定律；热机；热机效率 引言 在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为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。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。本文就这一伟大的应用于生产生活多方面的定律的建立过程、具体表述、及生活中的应用——热机，进行简单展开。 1．热力学第一定律的产生 1.1历史渊源与科学背景 人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。 北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的

热力学第一定律主要公式

热力学第一定律主要公式 １.U 与Ｈ得计算 对封闭系统得任何过程 U=Q+Ｗ (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 任意变温过程 等容变温过程 () 等压变温过程 绝热过程 2)实际气体ｖａn derWa ａls 气体等温过程 222111211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ????=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 （3)无其她功得化学变化过程 绝热等容反应

绝热等压反应 等温等压反应 等温等压凝聚相反应 等温等压理想气体相反应 或 由生成焓计算反应热效应 由燃烧焓计算反应热效应 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）- 生成物） 式中:为种键得个数；为种键得键焓。 不同温度下反应热效应计算 2、体积功Ｗ得计算 任意变化过程 任意可逆过程 自由膨胀与恒容过程 W=0 恒外压过程 等温等压相变过程(设蒸气为理想气体) 等温等压化学变化 (理想气体反应） (凝聚相反应） 理想气体等温可逆过程 理想气体绝热过程

,212122111()()()11 V m nR W U nC T T T T p V pV γγ=?=-= -=--- 理想气体多方可逆过程 van ｄｅr W ａal ｓ 气体等温可逆过程 3、Q 得计算 (1)简单状态变化过程 等压变温过程 等压变温过程 （2） 等温等压相变过程 Joule-Ｔｈｏｍson 系数 表示节流膨胀后温度升高。 表示节流膨胀后温度不变（理想气体得)，时得温度成为倒转温度; 表示节流膨胀后温度降低(常用于气体得液化)；表示节流膨胀后温度升高。

物理学热力学第一定律

物理热力学第一定律知识点归纳总结 第二讲热力学第一定律 §2.1 改变内能的两种方式 热力学第一定律 2．1．1、作功和传热 作功可以改变物体的内能。如果外界对系统作功W。作功前后系统的内能分别为 、，则有 没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热。它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程。在热传递中被转移的内能数量称为热量，用Q表示。传递的热量与内能变化的关系是

做功和传热都能改变系统的内能，但两者存在实质的差别。作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系。是分子有规则运动能量向分子无规则运动能量的转化和传递；传热则是基于温度差而引起的分子无规则运动能量从高温物体向低温物体的传递过程。 2．1．2、气体体积功的计算 1、准静态过程 一个热力学系统的状态发生变化时，要经历一个过程， 当系统由某一平衡态开始变化，状态的变化必然要破坏平衡，在过程进行中的任一间状态，系统一定不处于平衡态。如当推动活塞压缩气缸中的气体时，气体的体积、温度、压强均要发生变化。在压缩气体过程中的任一时刻，气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同，在靠近活塞的气体压强要大一些，温度要高一些。在热力学中，为了能利用系统处于平衡态的性质来研究过程的规律，我们引进准静态过程的概念。如果在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程非常缓慢地进行时，各时刻的状态也就非常接近平衡态，过程就成了准静态过程。因此，准静态过程就是实际过程非常缓慢进行时的极限情况

对于一定质量的气体，其准静态过程可用图、 图、图上的 一条曲线来表示。注意，只有准静态过程才能这样表示。 2、功 在热力学中，一般不考虑整体的机械运动。热力学系统状态的变化，总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的。在力学中，功定义为力与位移这两个矢量的标积。在热力学中，功的概念要广泛得多，除机械功外，主要的有：流体体积变化所作的功；表面张力的功；电流的功。

热力学第一定律的应用

大连理工大学 化工热力学论文（大作业） 题目：热力学第一定律的应用 姓名： 专业：化学工程 学号：31307022 指导教师：张乃文

摘要 热现象是人类最早接触到的自然现象之一。人类从远古时期开始就已经开始知道了如何利用摩擦、燃烧、爆炸等热现象来达到生产和生活的目的。 在过去的一个多世纪里面，经典热力学的发展取得了巨大的进步，从最初的模糊的热的概念逐步演变发展成为一门科学、严谨、庞大的学科。经典热力学的发展历史是人类对热的本质及能量转换规律的认识、掌握和运用的历史。经典热力学是一实验为基础的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。它研究的内容决定了物理、化学反应进行的方向和限度，对于化工生产的发展意义重大。它决定设计分离过程、化学反应器所需要的化学反应平衡和平衡的数据、参数和状态。能够判断化工生产中一些新的合成工艺是否可行，以及在什么条件下可行，节省了化工开发过程中的人力、物力和研发时间；同时在化工设计、生产过程中的多元平衡数据都需要通过热力学的方法来确定。它在冷凝、汽化、闪蒸、液相节流、蒸馏、吸收、萃取和吸附等单元操作中应用也十分普遍。可以说经典热力学是化工设计、化工生产的基础。 热力学第一定律即能量守恒及转换定律，它是自然界的一条普遍定律，是19世纪的三大发现(进化论、细胞学说和能量守恒及转化定律)之一，在学科的各个领域均得到广泛的应用。热力学第一定律的文字表述是：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另外一种形式，从一个物体传递到另外一个物体，在传递与转化中能量的数量不变。从中可知，能量既不会消失也不会无中生有，转化的过程中具有不灭性，而做功必须由能量转化而来，所以，永动机是不可能实现的。 能量守恒和转化定律的发现是人类认识自然的一个伟大进步，它揭示自然界是一个互相联系、互相转化的统一体，第一次在空前广阔的领域里把自然界各种运动形式联系起来。在理论上，这个定律的发现对自然科学的发展和建立辩证唯物主义自然观提供了坚实的基础。在实践上，它对于永动机之不可能实现，给予了科学上的最后判决，使人们走出幻想的境界，从而致力于研究各种能量形式相互转化的具体条件，以求最有效地利用自然界提供的各种各样的能源。热力学第一定律的建立，为自然科学领域增添了崭新的内容，同时也大大推动了哲学理论的前进。现在，随着自然科学的不断发展，能量守恒和转化定律经受了一次又一次的考验，并且在新的科学事实面前不断得到新的充实与发展。特别是相对论中质能关系式的总结，使人们对这一定律的认识又大大地深化了一步，即在能量和质量之间也能发生转换。 化工热力学也是应用在生活的各个角落，与我们的生活息息相关。并且化工热力学第一定律的发现极大促进了社会的发展。

项目工程热力学基本概念及其重要定律公式

第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压

热力学第一定律及其应用

热力学第一定律及其应用 §2. 1热力学概论 热力学的基本内容 热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。它包含系统变化所引起的物理量的变化或当物理量变化时系统的变化。 热力学研究问题的基础是四个经验定律（热力学第一定律，第二定律和第三定律，还有热力学第零定律），其中热力学第三定律是实验事实的推论。这些定律是人们经过大量的实验归纳和总结出来的，具有不可争辩的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。 热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的，在生产和科研中发挥着重要的作用。如一个系统的变化的方向和变化所能达的限度等。热力学研究方法和局限性 研究方法： 热力学的研究方法是一种演绎推理的方法，它通过对研究的系统（所研究的对象）在转化过程中热和功的关系的分析，用热力学定律来判断该转变是否进行以及进行的程度。 特点： 首先，热力学研究的结论是绝对可靠的，它所进行推理的依据是实验总结的热力学定律，没有任何假想的成分。另外，热力学在研究问题的时，只是从系统变化过程的热功关系入手，以热力学定律作为标准，从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。不考虑系统在转化过程中，物质微粒是什么和到底发生了什么变化。 局限性： 不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系，即不能对系统变化的具体过程和细节做出判断。只能预示过程进行的可能性，但不能解决过程的现实性，即不能预言过程的时间性问题。 §2. 2热平衡和热力学第零定律－温度的概念为了给热力学所研究的对象－系统的热冷程度确定一个严格概念，需要定义温度。 温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。一个不受外界影

响的系统，最终会达到热平衡，宏观上不再变化，可以用一个状态参量来描述它。当把两个系统已达平衡的系统接触，并使它们用可以导热的壁接触，则这两个系统之间在达到热平衡时，两个系统的这一状态参量也应该相等。这个状态参量就称为温度。 那么如何确定一个系统的温度呢？热力学第零定律指出：如果两个系统分别和处于平衡的第三个系统达成热平衡，则这两个系统也彼此也处于热平衡。热力学第零定律是是确定系统温度和测定系统温度的基础，虽然它发现迟于热力学第一、二定律，但由于逻辑的关系，应排在它们的前边，所以称为热力学第零定律。 温度的科学定义是由热力学第零定律导出的，当两个系统接触时，描写系统的性质的状态函数将自动调节变化，直到两个系统都达到平衡，这就意味着两个系统有一个共同的物理性质，这个性质就是“温度”。 热力学第零定律的实质是指出了温度这个状态函数的存在，它非但给出了温度的概念，而且还为系统的温度的测定提供了依据。 §2. 3热力学的一些基本概念 系统与环境 系统：物理化学中把所研究的对象称为系统 环境：和系统有关的以外的部分称为环境。 根据系统与环境的关系，可以将系统分为三类： （1）孤立系统：系统和环境之间无物质和能量交换者。 （2）封闭系统：系统和环境之间无物质交换，但有能量交换者。 （3）敞开系统：系统和环境之间既有物质交换，又有能量交换 系统的性质 系统的状态可以用它的可观测的宏观性质来描述。这些性质称为系统的性质，系统的性质可以分为两类： （1）广度性质（或容量性质）其数值与系统的量成正比，具有加和性，整个体系的广度性质是系统中各部分这种性质的总和。如体积， 质量，热力学能等。 （2）强度性质其数值决定于体系自身的特性，不具有加和性。如温度，压力，密度等。 通常系统的一个广度性质除以系统中总的物质的量或质量之后得到一个强度性质。 热力学平衡态 当系统的各种性质不随时间变化时，则系统就处于热力学的平衡态，所谓热力学的平衡，应包括如下的平衡。

热力学第一定律及其应用

第二章 热力学第一定律及其应用 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p o下，1 mol Zn(s)溶于足量稀盐酸中，置换出1 mol H2并放热152 kJ。 若以Zn和盐酸为体系，求该反应所作的功及体系内能的变化。 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p o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=3.71×10-5 m3/mol. 5．已知在373K和p o时，1 kg H2O（l）的体积为1.043 dm3，1 kg水气的体积为1677 dm3，水的Δvap H mθ= 40.63 kJ/mol 。当1 mol H2O(l)，在373 K和外压为p o时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Δvap H mθ和Δvap U mθ。 （5）解释何故蒸发热大于体系所作的功？ 6．在273.16K 和p o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p o）体积胀大1 dm3。 （2）在空气中膨胀到气体压力也是p o。 （3）等温可逆膨胀至气体的压力为p o。 8．273.2K，压力为5×p o的N2气2 dm3，在外压为p o下等温膨胀，直到N2气的压力也等于p o为止。求过程中的W，ΔU，ΔH和Q。假定气体是理想气体。