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1、热力学第一定律习题课,一.几个基本概念 1.系统与环境 2.状态函数 特点 a.系统有确定的状态，状态函数就有定值 b.系统始终态确定，状态函数的改变有定值 c.系统恢复到原来状态，状态函数恢复到原值 3.热和功,热力学第一定律习题课,二.热力学第一定律,U=Q W,热力学能U,系统内部所有能量的总和,a.U是状态函数b.热力学能的绝对值无法确定c.是系统的容量性质d.热力学能的变化值等于系统和环境交换的总能量,热力学第一定律习题课,三.焓,H=U PV,a.焓是状态函数b.是系统的容量性质c.焓的绝对值无法求得d.H=Qp 条件 封闭系统；等压；不作非体积功,热力学第一定律习题课,四.热容,
2、dCP=(H/T)P=QP/dT,QP=H=CP(T2-T1),Qv=U=CV(T2-T1),Cp,Cv为常数,dCV=(U/T)V=QV/dT,热力学第一定律习题课,五.应用,(一)对理想气体,V=0 P=0 T=0 Q=0,Q nCv,mT nCp,m T W 0 W 0 PV nRTlnV1/V2 Cv(T2-T1)nRTlnP2/P1 nRT(T2-T1)/(r1)U nCv,m T nCv,m T 0 W H nCp,m T nCp,m T 0 Cp,m(T2-T1),热力学第一定律习题课,五.应用,(二)对实际气体,节流过程 Joule-Thomson Coefficient,UJ
3、-T=(T/P)H,(T/P)H 0,致冷，能液化,UJ-T 0,致温效应，不能液化,热力学第一定律习题课,五.应用,(三)相变过程,H2O(l)=H2O(g),W=-PV2=-RT,U=QV,H=Qp,热力学第一定律习题课,五.应用,(四)热化学,1.反应进度,2.生成焓 燃烧焓,d=d nB/B,rH=Bf HB,Qp=Qv+(n)RT,rH2=rH1+CpdT,rH=-BC HB,热力学第一定律习题课,选择题,(1)某化学反应在烧杯中进行，放热2000J，设计一个电池进行，该系统做功800J，若两过程的始终态相同，而且不作体积功电池中进行反应的Q为,1200J b.1200J c.280
4、0J d.800J,热力学第一定律习题课,选择题,(2)理想气体经等温可逆和等温不可逆膨胀两条途径，从状态到状态，试判断下例关系式哪个成立,Q1Q2 b.W1W2 c.W1(Q2+W2),热力学第一定律习题课,选择题,(3)等温化学反应的H 和U的相对大小关系为,H U b.H U c.H=U d.不能确定,热力学第一定律习题课,选择题,(4)1mol理想气体等温膨胀，等容加热，等压冷却回到起始状态，若已知气体在完成一循环过程中吸热500J，则该过程的功W,W=PdV b.W=nRTlnT1/T2c.W=P外V d.W=-500,热力学第一定律习题课,计算题,(1)4molN2气在27，1.0
5、MPa等温可逆膨胀到0.1MPa，再等压升温至127，求此过程的Q,W,H,U。该气体可视其为理想气体，其Cp,m=28.00J.K-1.mol-1。,4molN2（g），27，1.0MPa,4molN2（g），27，0.1MPa,4molN2（g），127，0.1MPa,Q1 W2,等温可逆,Q1 W2,等压过程,解：全过程可图示如下,H=n CP，m(T2-T1),U=nCV，m(T2-T1),W=W1+W2,W2=-p（V2-V1）=-nR(T2-T1),W1=-nRTlnp1/p2,Q=U-W,热力学第一定律习题课,计算题,(2)气体氦自273K，5105Pa，10dm3的始态，经过一
6、绝热可逆过程膨胀至105Pa。试计算终态的温度及体积，此过程的Q,W,U和H 为若干？设He为理想气体。,解：此过程可表示如下:,P1=5105PaT1=273KV1=10dm3,P2=105PaT2=？V2=？,绝热可逆,此气体的物质的量为：,此气体为单原子分子理想气体，故,（1）v2的计算由，得（2）T2的计算（3）Q的计算 Q=0,（4）W的计算（5）U的计算U=W=3.551kJ（6）H的计算,热力学第一定律习题课,计算题,(3)如果上题的过程为绝热不可逆过程，在恒定外压力为105Pa下快速膨胀到气体压力为105Pa。试计算T2及过程的Q,W,U和H。,解：此过程可表示如下,P1=5105PaT1=273KV1=10dm3,P2=105PaT2=？V2=？,绝热不可逆,热力学第一定律习题课,(1)T2的计算因为是绝热不可逆过程，故绝热可逆过程方程不能用。根据 及等式中有T2，V2两个未知数，还需要一个包括T2，V2的独立的方程式才能求解，而理想气体状态方程可满足此要求，即,热力学第一定律习题课,将V1和V2的表达式代入上式。可得结合Cp,m-Cv,m=R,代入上式可得,热力学第一定律习题课,故,热力学第一定律习题课,（2）V2的计算（3）Q的计算 Q=0（4）W的计算,热力学第一定律习题课,（5）U的计算（6）H的计算,
