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1、第一章 热力学第一定律习题课,基本概念与公式例1 例4 例7例2 例5 例8例3 例6 例9,一、基本概念和公式,1、系统分类：密闭；开放；孤立系统2、状态函数性质：只决定于始终态，而与途径无关(通过设计),如：U=Q+W,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),状态函数的微小改变量是个全微分,P外=常数,P外=pdp p,抗恒外压膨胀:W=-p外V；相变:W=-pV=-p(Vg Vl,s)-pVg=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(T2T1),3 功：W=-p外dV,理
2、想气体等温可逆膨胀pV=常数 Q=-W=-pdV=-nRT ln(V2/V1)理想气体绝热可逆膨胀pV=常数,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),4、热Q：,无相变无化学变化，只做体积功的任意物质：定容：(dU)V=QV=CV dT，U=QV定压：(dH)p=Qp=Cp dT，H=Qp,5、摩尔反应热（焓）,只做体积功，()T,V rU=QV()T,p rH=Qp rHm rUm=RTn(g)rHm=ifHm,i rHm=icHm,i,基尔霍夫方程：,反应热随温度的变化：,二、例题,例1 判断
3、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,W0,H0,Q0 W=0,U=0,H=0,Q=0 W=0,Q=0,U=0,H=W=0,U0,Q0,H=,(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,W0,W=
4、0,Q=0,U=0,H0,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),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
5、,r,()S,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(TCT1)或 Q=nCV,m(T2TC),例4 在100，p下，1mol水(1)可逆蒸发，(2)向真空蒸发为蒸气，已知vapHm=40.7 kJmol-1,假设蒸气为理想气体，液体水的体积可忽略不计，求Q,W,U,H。,解：(1)H=Qp=40.7kJ W=-p V-pVg=-RT=-3.1kJ U=Q+W=(40.7-3.1)kJ=37.6kJ(2)始终态同(1)故H=40.7kJ U=37.6kJ 向真空蒸发 W=0 Q=U=37.6kJ,
