热力学第一定律习题课

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=pdpp理想气体等温可逆膨胀pV=constantQ=-W=pdV=nRTln(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(VgVl,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,Q0W=0,U=0,H=0,Q=0W=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,W0,21,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=CpdT=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）1A2,2(p2,V2,T2),（3）1C2,（2）1B2,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(V2V1)Q=U-W=nCV,m(T2T1)+p2(V2V1)(2)定温可逆+定容：W=nRT1ln(V2/V1)Q=U-W=nCV,m(T2T1)+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,p20dm3,25,p20dm3,加热,2pT2,2pT2,25,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=1.4p1V1=p2V2V2=12.2dm3,或p11-T1=p21-T2T2=363.3KU=W=(p2V2p1V1)/(1)=1.14kJ,或n=p1V1/RT1=0.818molU=nCV,m(T2T1)=1.14kJH=U=1.56kJ,26,(2)以左室气体为系统W（左）=W（右）=1.14kJV2=4012.2=27.8dm3T2=828Kn=p1V1/RT1=0.818molU=nCV,m(T2T1)=9.01kJH=U=12.6kJQ=U+W=10.1kJ,27,(3)以全部气体为系统,W（总）=0Q=10.1kJU(总)=Q=10.1kJH(总)=U(总)=14.2kJ,28,例425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)=242.7kJmol-1vapHm(H2O)=44.0kJmol-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=286.7kJmol-1rUm=rHmRTn=rHmRT(1.5)=283.0kJmol-1其中n=1.5,30,(2)498KH2(g)+1/2O2(g)=H2O(g),根据基尔霍夫公式,其中rHm(298K)=242.7kJmol-1Cp=(31.43/227.2)JK-1mol-1=9.85JK-1mol-1H(T2)=H(T1)+CpTrHm(498K)=242.79.85(498298)10-3kJmol-1=244.7kJmol-1,31,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)U(1)H2O(g)+9.5O2(g)298K升温到TU(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