第二章热力学第一定律

1、第二章热力学第一定律复习题：1、在恒定温度下，向一个容积为、在恒定温度下，向一个容积为2dm3的抽空容器中，依次充入初始状态的抽空容器中，依次充入初始状态为为100kPa， 2dm3A和和200kPa， 1dm3的气体的气体B，A，B均为理想气体，且均为理想气体，且A，B之间不发生化学反应。容器中混合气体总压力为（之间不发生化学反应。容器中混合气体总压力为（ ）。）。(1)300kPa (2)200kPa (3)150kPa (4)100kPa2、有一种由元素、有一种由元素C，Cl及及F组成的化合物，在常温下为气体。此化合物在组成的化合物，在常温下为气体。此化合物在101.325kPa，27时

2、，质量浓度为时，质量浓度为4.93kg/m3，此化合物的分子式为（，此化合物的分子式为（ ）（已知（已知C,Cl,F元素的相对原子质量分别是元素的相对原子质量分别是12,35.5和和19）。）。(1)CFCl3 (2)CF3Cl (3)CF2Cl2 (4)C2FCl33、在、在20时，时，10g水的饱和蒸气压为水的饱和蒸气压为 ，100g水的饱和蒸气压为水的饱和蒸气压为 ,则则 和和 的关系是的关系是 （ ）。1p2p2p1p121212(1)(2)(3)(4) 不能确定pppppp23 32UQW热力学第一定律及其应用The First Law Of ThermodynamicsThe Fi

3、rst Law Of Thermodynamics2-1 热力学的基本概念一、系统和环境1 1、系统（系统（System） 被划定的研究对象称为系统。被划定的研究对象称为系统。2 2、环境（、环境（surroundings） 系统以外与与系统系统密切相关的部分称为环境。密切相关的部分称为环境。 3、系统的分类、系统的分类 根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。（2）封闭系统（）封闭系统（closed system

4、） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。（3）隔离系统（）隔离系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。 二、状态和状态性质1、状态、状态 系统的物理性质和化学性质的综合表现称为系统的状态。系统的物理性质和化学性质的综合表现称为系统的状态。2、状态性质、状态性质 描述系统状态的宏观物理量称为系统的状态性质。描述系统状态的宏观物理量称为系统的状态性质。 可分为两类：可分为两类： 广度性质（广度性质（extensive properties） 又称为容量性质，它的数值与系统的

5、物质的量成正比，又称为容量性质，它的数值与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。 强度性质（强度性质（intensive propertiesintensive properties） 它的数值与系统的数量无关，不具有加和性，如温它的数值与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。两个广度性质相除，所得为强度性质度、压力等。两个广度性质相除，所得为强度性质 如：如： m/V =m/V = V/n = Vm V/n = Vm 3 3、状态性质的特性、状态性质的特性状态一定，状态性质的值一定。状态一定，状态性质的值一定。 状态性质的变

6、化值仅取决于系统的始态和终态，而与状态性质的变化值仅取决于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。变化的途径无关。 周而复始，变化为零。周而复始，变化为零。 状态性质的特性可描述为： 异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。 在热力学中，把具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。 状态函数在数学上具有全微分的性质。 对于一定量的单组分均相系统有： Z= f（T, p）dppZdTTZdZTp)()( 三、热力学平衡态 当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：学平衡态，它包括下列几个平衡：1

7、 1、热平衡：、热平衡：系统系统各部分温度相等。各部分温度相等。2 2、力平衡：、力平衡： 系统内系统内各处的压力都相等，并且与环境的压力相等。各处的压力都相等，并且与环境的压力相等。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。3 3、相平衡：、相平衡： 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。4 4、化学平衡：、化学平衡： 反应系统中各组分的数量不随时间而改变。反应系统中各组分的数量不随时间而改变。 四、过程和途径 把系统状态所发生的一切变化称为过程。 把实现过程的具体步骤称为途径。 29

8、8K,10 298K,105 5PaPa 298K,10 298K,106 6PaPa 恒温过程恒温过程恒温反抗恒温反抗105Pa外压外压途径途径1 298K,5 298K,5 10105 5PaPa途径途径2途径途径2 热力学常用的过程有：恒温过程恒温过程：在变化过程中，系统的始态温度与终态温度在变化过程中，系统的始态温度与终态温度相同，并等于环境温度。中间态温度可能变。相同，并等于环境温度。中间态温度可能变。恒压过程：在变化过程中，系统的始态压力与终态压力恒压过程：在变化过程中，系统的始态压力与终态压力相同，并等于环境压力，中间态体积可能变。相同，并等于环境压力，中间态体积可能变。恒容过程

9、：在变化过程中，系统的体积始终保持不变。恒容过程：在变化过程中，系统的体积始终保持不变。绝热过程：在变化过程中，系统与环境不发生热的传递，绝热过程：在变化过程中，系统与环境不发生热的传递，可以有功的传递。可以有功的传递。循环过程：系统从始态出发，经过一系列变化后又回到循环过程：系统从始态出发，经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态函数的变化等于了始态的变化过程。在这个过程中，所有状态函数的变化等于零。零。2-2 2-2 热力学第一定律一、热力学第一定律的文字表述 自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形

10、式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。的总值不变。 热力学第一定律热力学第一定律是在热现象领域内所具有的特殊形是在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。能量不变。 也可以表述为：也可以表述为：。第。第一定律是人类经验的总结。一定律是人类经验的总结。 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它显然与能量守

11、恒定律矛盾。能量守恒定律矛盾。 二、热和功1 1、热（热（heat） 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。表示。Q的取号：的取号： 系统吸热，系统吸热，Q 0； 系统放热，系统放热，Q 0； 系统对环境作功，系统对环境作功，W 0000=0=0=000000000 H0 U0 H0 、将5molA置于封闭系统中进行反应：2A3B，系统中产生了2molB时，反应进度为（）2/5 3/5 2/3 1、石墨(C)和金刚石(C)在298.15K，105Pa下的标准摩尔燃烧焓分别为-393.4kJ/mol、-395.3 kJ/mol，则金

12、刚石的标准摩尔生成焓fHm0(金刚石)为（）-393.4 -395.3 -1.90 1.90、H2的标准摩尔燃烧焓与下列哪一物质的标准摩尔生成焓相等（）H2O(g) H2O(l) H2O(s) 都不是 二、填空题、反应C(石墨)+O2(g)CO2(g)的rHm0是CO2(g)的热，是C(石墨)的热。2、公式Qp=H=nCp,mdT的适用条件为 。、所谓系统的状态是指系统所有性质的，而平衡态则是指的情况，系统处于平衡态的四个条件系统内必须达到、。解：解：21lnVwnRTV =-28.314Tln10 V1/ V1=-41.85103解之，得：解之，得：T=1093KT=1093KV V1 1=

13、 nRT/p= nRT/p1 1 = 2= 28.3148.3141093/2.001093/2.0010105 5 = 9.087= 9.0871010-2-2(m(m3 3) )解：解：单原子分子理想气体的单原子分子理想气体的C CV,mV,m=3/2R=3/2R，=5/3=5/3（1 1）过程和的）过程和的V V2 2的计算：的计算： 恒温可逆膨胀过程恒温可逆膨胀过程：p1V1 =p2 V21062= 5105 V2V2 =4dm3绝热可逆膨胀过程绝热可逆膨胀过程：p p1 1V V1 1=p=p2 2 V V2 2 10 106 62 25/35/3= 5= 510105 5 V V2

14、 25/35/3V V2 2 =3.03dm =3.03dm3 3恒温可逆膨胀过程恒温可逆膨胀过程： Q=-W= nRTQ=-W= nRTV V2 2/V/V1 1= p1V1p1/p2=10=106 62 21010-3-3(10(106 6/5/510105 5) )1010-3-3=1.39(kJ)=1.39(kJ) W= - 1.39kJ W= - 1.39kJU= U= H = 0H = 0绝热可逆膨胀过程绝热可逆膨胀过程： T T1 1=p=p1 1V V1 1/nR= 10/nR= 106 62 2 1010-3-3 /1 /1 8.314=240.6(K) 8.314=240.6(K) 240.6 240.65/35/3 (10(106 6) )1-5/31-5/3= T= T2 24/34/3 (5 (5 10105 5) )1-5/31-5/3 T T2 2=182.4K=1