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文档简介
2019/6/1,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?,2019/6/1,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。,2019/6/1,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?,2019/6/1,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?,2019/6/1,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?,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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?,2019/6/1,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。,2019/6/1,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?,2019/6/1,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,2019/6/1,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,2019/6/1,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,2019/6/1,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,2019/6/1,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:,2019/6/1,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,2019/6/1,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。,2019/6/1,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,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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。,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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。,2019/6/1,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 。,2019/6/1,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,O2,2019/6/1,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。,2019/6/1,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。,2019/6/1,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?,2019/6/1,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。,2019/6/1,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
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