第一章热力学第一定律课件

经验 总结

总结 归纳

提高 引出或定义出 解决

的 能量效应(功与热) 过程的方向与限度 即有关能量守恒 和物质平衡的规律 物质系统的状态变化 第一章 热力学第一定律

§1.1 热力学基本概念

1.1.1 热力学的理论基础和研究方法 1、热力学理论基础

热力学是建立在大量科学实验基础上的宏观理论，是研究各种形式的能量相互转化的规律，由此得出各种自发变化、自发进行的方向、限度以及外界条件的影响等。 ? 热力学四大定律：

热力学第一定律——Mayer&Joule ：能量守恒，解决过程的能量衡算问题(功、热、热力学能等)； 热力学第二定律——Carnot&Clousius&Kelvin ：过程进行的方向判据； 热力学第三定律——Nernst&Planck&Gibson ：解决物质熵的计算；

热力学第零定律——热平衡定律：热平衡原理T 1=T 2，T 2=T 3，则T 1= T 3。 2、热力学方法——状态函数法

? 热力学方法的特点：

①只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；（p 、V 、T etc ）

②只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。 ? 局限性：

不知道反应的机理、速率和微观性质。 只讲可能性，不讲现实性。 3、热力学研究內容

热力学研究宏观物质在各种条件下的平衡行为：如能量平衡，化学平衡，相平衡等，以及各种条件对平衡的影响，所以热力学研究是从能量平衡角度对物质变化的规律和条件得出正确的结论。 热力学只能解决在某条件下反应进行的可能性，它的结论具有较高的普遍性和可靠性，至于如何将可能性变为现实性，还需要动力学方面知识的配合。

1.1.2 热力学的基本概念

生活实践 生产实践 科学实验 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 热力学第零定律 热力学理论基础 热力学能U 焓H 熵S 亥姆霍茨函数A 吉布斯函数G

压力p 体积V 温度T 实验

测得

p ,V ,T 变化过程 相变化过程 化学变化过程

1、系统与环境 ? 系统（System ）：热力学研究的对象(微粒组成的宏观集合体)。

在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余部分分开，这种分离 可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为系统，也叫体系 或物系。划分系统的方法以解决问题方便为原则。

? 环境（Surroundings ）：与系统通过物理界面(或假想的界面)相隔开，并与系统密切相关、有相

互作用或影响所能及的部分的周围部分。

根据系统与环境之间有无物质和能量的交换，可分为三类：

、状态与状态函数

? 状态：系统所有的性质——即物理和化学性质的总和。

『当系统的所有性质都有确定值时，就称系统处于某一状态。因此系统的状态是系统性 质的综合表现。』

状态函数是单值、单调函数，它与系统状态是一一对应关系『状态函数的特性用两句话概括：“异途同归，值变相等；周而复始，其值不变。非状态函数（途径函数或过程函数）(process function)：与过程相关的性质，如W 、Q 等称为

途径函数(它们不能写成?W 、?Q )。 ? 状态方程（State equation ）：系统的状态函数之间的定量关系式。

例如，理想气体的状态方程可表示为：pV nRT =。

按状态函数（系统宏观性质）是否与系统的物质的量有关，把状态函数分成两类： ①强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性(如 p ，T 等)。

3、热力学平衡态(Balanced state of thermodynamics)

A 、定义：系统在一定环境条件下，经足够长的时间，其各部分可观测到的宏观性质都不随时间而

改变时系统所处的状态，叫热力学平衡态。平衡状态时，各种状态函数才具有唯一值。

B 、热力学平衡态应同时有四个方面的平衡：

①热平衡：系统各部分T 相等，若不绝热,则T 系统= T 环境； ②力平衡：系统各部分p 相等，没有不平衡力的存在；

③相平衡：系统各相长时间共存,组成和数量不随时间而变； ④化学平衡：系统组成不随时间改变。 4、系统变化的过程与途径 （1）定义：

? 过程：在一定环境条件下，系统由一个状态变化到另一状态的经过（历）。

过程前的状态称为始态，过程后的状态称为终态。

? 途径：始态→终态，系统所经历过程的具体步骤的总和。

——对同一个过程可有不同的途径；过程视体系始末状态、途径视具体步骤。 过程与途径有时并不严格区分，系统的变化过程分为： 状态函数法：系统的热力学性质只与系统的始态、终态有关，而与过程、途径无关。 始态

终态 p 1 T 1 V 1 p 2T 2V 2

①定温过程：T 1 = T 2 ＝T su 过程中温度恒定。d T =0，?T =0 。 ②定压过程：p 1＝p 2＝p su 过程中压力恒定。d p =0，?p =0 。 ③定容过程：V 1=V 2 过程中体积保持恒定。d V =0，?V =0。 ④绝热过程：Q ＝0 体系与环境间无热交换，称绝热过程。

如：爆炸反应——极快过程，因过程速率太快，以致体系与环境间来不及交换能量，故将其视为绝热过程。如保温瓶 、压缩机气缸。

⑤对抗恒定外压过程：p su ＝常数。

⑥循环过程：所有状态函数改变量为零，如 ?p ＝0，?T ＝0，?U ＝0。

⑦自由膨胀过程：向真空自由膨胀过程。如图所示

以左球气体为研究对象： p su ＝0，W e =0； 以两个球体为研究对象： W e =0。 （3）相变过程 ? 相（Ф）：系统中物理性质及化学性质完全均匀的部分。按物质聚集态一般有三态：气(g )、液

(l )、固(s )。

? 均相系统(单相系统)：系统中只含一个相；

? 非均相系统(多相系统)：系统中含有两个及两个以上的相。 （4）化学过程

一般是指在定温、定压条件下，由反应物反应生成生成物的过程。如：在298.15K ，101.325KPa H 2(g) + Cl 2(g)＝2HCl(g) + Q

§1.2 热力学第一定律

1.2.1 热和功——热与功是系统与环境间能量传递的两种形式 1、热（heat ）：系统与环境间由于温度差而传递的能量。用符号Q 表示。

? Q 的取号：系统吸热，Q > 0；系统放热，Q < 0 ； ? 单位：能量单位，如kJ 、J 。

气体向真空膨胀自由膨胀

? 物理化学中主要讨论三种热：

a 、化学反应热；

b 、相变热(潜热)；

c 、显热：体系不发生化变相变，仅仅发生温度变化时吸收或放出的热。

2

、功（work ）：除热以外，系统与环境间传递的能量。由于系统与环境间压力差或其它机电“力”

的存在引起的能量传递形式。用符号W 表示。

? W 的取号：

环境对系统做功，系统得功，环境失功，系统能量升高，W 为正。 系统对环境做功，环境得功，体系失功，系统能量降低，W 为负。 ? 单位：能量单位，如kJ 、J 。

? 体积功：系统体积V 变化时与环境传递的功,以W e 表示；

非体积功：体积功以外的其它功，以Wˊ表示，如机械功、电功、表面功等。 ? 只要有功交换，均存在某种粒子的定向运动，或者是某种有序运动。 由于功和热都是途径函数，因此不能以全微分表示：

①微小变化过程的热和功，不能用d Q 、d W 表示，用Q δ、W δ表示； ②宏观变化过程的热和功，不能用ΔQ 、ΔW 表示，用Q 、W 表示。 3、体积功（e W ）的计算方式

如图所示，无摩擦力的活塞气缸

系统：气缸中封闭的气体(System)；活塞截面积：A ；

环境施加压力：p su (p amb ) (Surroundings ，Ambient) ； 活塞位移：d l ，系统体积改变d V ；环境作的功δW 。

（

1）以系统压缩为例：

系统压缩?环境对系统做功?系统能量增加?系统得功?0W δ＞； 系统压缩?系统的体积减小?V 2＜V 1?d V ＜0。

()()d d d amb F

W F l A l p V A

δ=?=?=?-

amb def d W p V δ-

2

amb d V V W p V =-?

式1-2-1、1-2-2应用范围：

只要系统中有气相存在，系统的体积发生明显的变化是才计算体积功；

而对于凝聚系统（无气相存在的系统）中发生的各种变化，因体积改变很小，可以忽略，通常不考虑体积功。

（2）对抗恒定外压膨胀过程：()2amb p p C ==常数

2

1

amb a 21221d ()()V mb V W p V p V V p V V =-=--=--?

W 为负值：表明系统对环境做功，系统失功，环境得功。

但在数值上等于p ~V 图上阴影部分的面积。

注意：p amb 是环境的压力，而不是系统压力。

1.2.2 热力学第一定律——热力学第一定律的本质是能量守恒定律 1、热功当量定律

能量既不可能凭空产生，也不可能自行消失。可以从一种形式转变为另一种形式。这就是能量守恒定律。

焦耳（Joule ）等人历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到一致的结果。即：

1 cal = 4.1840 J

这就是著名的热功当量定律，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。 2、热力学第一定律

（1）热力学能与热力学第一定律表达式

1840~1848年，焦耳（Joule ）做了一系列实验： 系统：一绝热封闭容器中盛有一定量的(n 0)水； 途径：采用一系列不同的做功过程；

始终态：系统的温度 T 1→T 2 （系统状态改变，但整体势能、动能未变）。

? Joule 实验结论：

对于物质的量一定的绝热封闭系统，通过做功使系统升高相同的温度(T 1→T 2 )，无论以何种方式，无论直接或分成几个步骤，所需的功是一定的。且这个功的大小只与系统的始态和终态有关。

然而，我们知道，W 不是状态函数——与系统发生的过程有关。

合理解释：表明系统存在一个状态函数的性质。而且在绝热过程中，此状态函数的变量等于系统变化过程所做的功。

U ?热力学能：21 def

U U U W ?=-(绝热封闭系统) 若不是绝热系统，还要考虑“热”这中能量形式，则有对封闭系统 ： 21=U U U Q W ?=-+

若微小的变化 d U Q W δδ=+

——热力学第一定律数学表达式

封闭系统发生状态变化时热力学能的变化量等于变化过程中环境传递给系统的热及功的总和。 ? 关于U ：ⅰ.状态函数 U = f （T 、V ）；

ⅱ.绝对值不可知、变化量可求； ⅲ.广度性质（与n 有关）； ⅳ.单位：J 。

（ 热力学第一定律其它表述——

第三种说法：热力学能是状态函数。?U 1= ?U 2

第四种说法：隔离体系的热力学能不变。?U ＝Q ＋W=0

§1.3 恒容热、恒压热、焓

1.3.1 恒容热

1、定义：封闭系统发生恒容且W ′＝0过程的热效应。

2、表达式：

由热力学第一定律：

=U Q W ?+

0e amb W W W p dV W ''=+=-+=?

? =V U Q ?或d =V U Q δ

3、结论：在定容且W ′＝0的过程中，封闭系统从环境吸的热等于系统热力学能的增加。 =V U Q ?的解释：

（1）等式把一个特定过程（封闭系统、定容且W ′＝0）的热量（Q V ）计算与系统的状态函数热力学能的变化值（?U ）联系起来。

（2）实验中可以通过测定特定过程的热量（Q V ）得出系统状态函数的变量（?U ）； （3）也可以通过状态函数的变量（?U ）计算求得特定过程的热量（Q V ）的值。

（4）Q 不是状态函数，等式连接仅仅是在特定条件下数值上的等同，绝非性质和意义上的等同。

1.3.2 恒压热

1、定义：封闭系统发生恒压且W ′＝0 过程的热效应。

2、表达式：

由热力学第一定律：

=U Q W ?+ 21122211(0)

()()()

()e e amb amb sy sy W W W W W p V p V p p p V V p p p p V p V ''=+===-?=-?==--===--恒压，

212211222111()() def

()()

()

p Q U W

U U p V p V U p V U p V H U pV =?-=-+-=+-++

即21p Q H H H =-=?

3、结论：在恒压及W ′＝0的过程中，封闭系统从环境所吸收的热等于系统焓的增加。

1.3.3 焓

1、定义式：def

H U pV =+。

21()()H H H U pV U pV U p V V p ?=-=?+=?+?=?+?+?

d p p Q H Q H δ=?=或

2、关于焓的几点理解：

① H = U + pV 中，U 、p 、V 都是指的系统的热力学性质，与环境无关。 pV 是p 和V 的简单乘积，不是体积功；

②H = U + pV 是组合函数，无明确物理意义； ③H 是体系的状态函数，单位是J ；

④H 的绝对值不知， ∵U 的绝对值不知；

⑤H 也是广度量， ∵ U 与 pV 是广度量；

⑥摩尔焓m H H n =和质量焓H

h m =是强度量，单位分别是J · mol -1和J · kg -1。

§1.4 热容、恒容变温过程、恒压变温过程

1.4.1 热容

1、定义：在给定条件（定压或定容）及W ′＝0，无相变化，无化学变化时，系统发生过程变化吸

收的热与温度变化的比值。

def δ()

d Q

C T T

2、分类

（1）恒容热容：(

)d V V V Q U

C T T δ?==? （2）恒压热容：()d p p p Q H

C T T δ?==? （3）摩尔热容：m 1d Q

C n T

δ=

定容摩尔热容：,m ()11V V V V C T Q U C n n dT n T δ???

=== ????

定压摩尔热容：,m ()11d p p p p C T Q H C n n T n T δ???

=== ???? （4）质量定压热容：()

p p p C T h c m T ???

=

= ???? 质量定容热容：()V V V

C T u c m T ???

== ????

C p ，m 与温度的经验关系式：

C p ，m ＝a ＋bT ＋cT 2或C p ，m ＝a ＋bT ＋cT 2＋dT 3或C p ，m ＝a ＋bT ＋c ′T -2

式中——a , b , c , c ′, d 对一定物质均为常数，可由数据表查得。(见附录八Page310)

y y p ，m 九Page311) 。

对凝聚态系统，压力对摩尔热容的影响非常小，一般可以忽略； 对气相系统，在看作理想气体时，摩尔热容与压力无关； 因此，一般情况下，可以认为C p ，m ≈ C y p ，m 。 3、C p,m 与C V ,m 的一般关系：

m m m m m m m m ,m ,m ()m m m

p V p V p V p p V H U U pV U U V U C C p T T T T T T T ??????????????+??????????????

-=-=-=+- ? ? ? ? ? ? ???????????????

m m m p T U V p V T ??????????

=+?? ? ??

???????

由U m = f (T ，V m )，写成全微分形式：

m m m m m m

V T

m m m m p V p

m T U U dU dT dV T V U U U V T T V T ??????

=+ ? ?????????????????

??=+ ? ? ? ?

????????????

m m ,m ,m m p V p

T U V C C p V T ??????????

-=+?? ? ?????????

式中——m m m p

T U V V T ????????

? ?????：指恒压升温1K 时，因系统体积膨胀，克服分子间的吸引力，引起系统

热力学能的增加而从环境吸收的热量；

m p V p T ????

???：指恒压升温1K 时，因系统体积膨胀，系统对环境做功而从环境吸收的热量。

对理想气体混合物的热容计算：

,(),(),(),()p m mix B p m B V m mix B V m B B

B

C y C C y C ==∑∑

1.4.2 恒容变温过程、恒压变温过程

1、气体的恒容变温过程：W 、Q 、?U 、?H 的计算 系统在恒容且W ′＝0时：

2

1

,()0

T V V m T Q U nC dT

H U pV U V p W =?=?=?+=?+?=? 2、气体的恒压变温过程：W 、Q 、?U 、?H 的计算 系统在恒压且W ′＝0时：

2

1

,()T p p m T Q H nC dT

U H pV H p V W p V

=?=?=?-=?-?=-?? 3、凝聚态系统的变温过程：W 、Q 、?U 、?H 的计算 恒容变温过程(W ′＝0)：

2

1,()0

T V V m T Q U nC dT

H U pV U V p W =?=?=?+=?+?=? 若不是恒容过程，但在系统压力变化不大的情况下，可近似按恒压过程处理。 恒压变温过程(W ′＝0)：

2

1,()0

T p p m T p Q H nC dT

U H pV H p V H Q W p V =?=?=?-=?-?≈?==-?≈?

§1.5 焦耳实验、理想气体的U 、H

我们知道，物质的量一定的封闭均相系统(真实气体）：

U = f (T ，V ) d d d

V T

U U U T V T V ????????

=+ ? ????? H = f (T ，p ) d d d p T

H H H T p T p ????????

=+ ? ?

???? 而对于理想气体 ，热力学能、焓仅仅是温度的函数。即: U ＝f ( T ) ， H ＝f ( T )。

1.5.1 焦耳实验

1

、实验工质（系统）：空气（低压、高温）向真空膨胀。

2、实验装置：如图所示，绝热密封的水槽，通过二通旋塞连接的两球形容器，旋紧活塞，在小球

容器中充入2MPa 的空气，将大球容器抽成真空，水槽中插入一温度计。

3、实验目的：检验打开旋塞，空气向真空膨胀后，水的温度变化？

4、实验现象（结论）：空气发生自由膨胀后，水的温度不变，即?T = 0。

5、分析讨论：

（1）空气自由膨胀，W ＝0 （无非体积功）；

水温T 不变，空气温度不变（无相变和化学变化），Q ＝0；

由热力学第一定律：

?U ＝Q ＋W

?U ＝0 微小变化 d U = 0

由热力学状态函数关系：U = f (T ，V )

d d d V T U U U T V T V ????????=+ ? ?????

d T = 0，d U = 0，又 d V ≠ 0 0T

U V ????

?= ???

表明焦耳实验系统的U 与V 无关，不是V 的函数。

（2）焦耳实验是不精确的。 Joule 实验中，在空气很稀、温度很高的情况下，空气性质接近于理想气体。所以Joule 实验只能说明理想气体的热力学能与体积、压力无关。

0T

U p ????= ??? 表明U 与p 无关，不是p 的函数。 证明：∵ d V ≠ 0 0T T

T

U U V p

p V ????? ??????== ?????? ???? 即物质的量一定的理想气体的热力学能仅仅是温度的函数。U ＝f （T ） 同理：理想气体的焓H 也仅仅是温度的函数。H ＝f （T ）

1.5.2 理想气体的?U 、?H 的计算公式 1、物质的量一定的理想气体封闭系统：

U = f (T ) ：2

1,d d V

T V m T U U T

T U nC dT

????= ????=?

H = f (T )：2

1,d d p

T p m T H H T

T H nC dT

????= ????=?

——适用于理想气体的单纯p ，V ，T 变化过程。 (包括恒压、恒容、恒温、绝热) 2、理想气体的C p,m 与C V ,m 的关系：

,,p m V m C C R -=

理想气体C V ,m 的近似计算：

一般情况下，经验表明C V ,m 可近似按分子的自由度数进行计算：每个自由度对C V ,m 的贡献为1

2

R 。 （1）对单原子分子，如He 、Ne 、Ar 和金属原子蒸气Na 、Ag etc 平动，在三维空间中有3个

自由度：,13

322

V m C R R =?

=；

（2）对双原子分子，如H 2、O 2、Cl 2 etc ：

①平动：13

322R R ?=

②转动：1

22R R ?=

③振动：低温时可忽略不计

高温时有振动势能和振动动能 1

22

R R ?=

§1.6 气体可逆膨胀、压缩过程、理想气体绝热可逆过程

1.6.1 气体可逆膨胀、压缩过程 1、可逆过程

? 定义：系统经过某一过程L 后，再经另一过程L ′，如能使系统和环境都完全复原，则这一过

程L （或另一过程L ′）称为可逆过程。

或：把系统内部及系统与环境间在一系列无限接近平衡条件下进行的过程称为可逆过程。(不太严格)

说明：系统与环境都完全复原是指：

i.系统和环境都回到初始状态，所有热力学状态函数的增量为0 ； ii.经可逆循环过程后，系统和环境之间的Q = 0，W = 0。 、（理想）气体可逆膨胀、压缩过程及过程的功 ? 实验：汽缸密封一定量的气体（n 0），无重量无摩擦的活塞，系统置于一恒温箱中（恒温T 0）。

（一个砝码相当于1atm ）

V 始=T T ???→始终

膨胀

V 终 =1 =7

p 始=7atm p 终=1atm

,72

V m

C R =

（1）一步对抗恒外压p 终膨胀

()su W p V p V V -=?=-终终始=1(7-1)=6

（2）分步对抗恒外压膨胀（依次7atm→ 5 → 3 → 1atm ）

12311223W W W W p V p V p V -=---=?+?+?终

7777

5(1)3()1(7)9.55353

=-+-+-=

（3）系统与环境的压力总是相差一无限小量d p 膨胀——过程L

()22

11

2

2

1

1

2

1su d V V sy V V V V sy V V V V W p V p dp dV

p dV dpdV p dV

=-=--=-+=-??

???

? d d ln V V V V

nRT

W p V V nRT V V

-===??终终

始

始

（4）系统与环境的压力总是相差一无限小量d p 压缩——过程L′

()1

2

2

su d ln V V V V sy sy V V V V V V V V W p V p

dp dV p dV dpdV

nRT

p dV dV nRT V

V

=-=-+=--=-=-=?

?

?

???始

始

始

终

终

始

始

终

终

经过程L′，系统回复到始态，环境也恢复到原来的状态。 3、准静态过程

? 定义：若系统由始态到终态的过程是由一连串无限邻近且无限接近于平衡的状态构成，

把这样

的过程称为准静态过程。

? 准静态过程特点：

A 、逐步状态变革（d p ）；

B 、不连续的平衡态；

C 、系统可由该过程的终态按原途径步步回复，直到系统和环境完全恢复到原来的始态。 ? 无摩擦力的准静态过程（膨胀、压缩）为可逆过程。 我们来考察一下（2）过程是否是可逆过程：

Tip ：系统完全复原判断：看状态函数。

环境是否也完全复原呢？进一步来讨论系统W 和Q 变化情况：

显然，系统经L 和L '后，系统对环境所做的功在数值上小于环境对系统所做的功，即经循环后，环境对系统多做了一部分功(图中红色部分)。

又循环过程， ?U ＝0；热I: ?U ＝ Q ＋ W W 增加， Q 必然减少 即环境对系统多做了一部分功以热的形式散失到环境中去了，即W → Q 。 因此，对环境而言，尽管总的能量没有变化(增加或减少），但能量形式发生改变，环境得到了

热力学可逆过程具有特点：a 、在整个过程中，系统内部无限接近于平衡；

b 、在整个过程中，系统与环境的相互作用无限接近于平衡，过程的进展无限缓慢；T su ＝T sy ±d T （可逆传热过程）或p su ＝p sy ±d p ；

c 、系统和环境能够由终态，沿着原来的途径从相反方向步步回复，直到都恢复原来的状态；

d 、可逆过程中，系统对环境作最大功（如i.g.恒温膨胀），而环境对系统作最小功（如i.g.恒温压缩）；

e 、可逆过程是一个理想的过程，实际过程只能无限趋近而不能达到，但下列过程可近似认为是可逆过程：

①液体在沸点（T b ）时汽化和液化， l ?g ；

②化学反应过化学平衡（K 0）时的平衡态反应； ③固体在熔点（T f ）时熔解和凝固， l ?s ； ④电化学中电池在E 外=E 内±d E 时的电池反应。

【例1】100℃，50.663kpa 的水蒸气100dm 3，等温可逆压缩至101.325kpa ，试计算此过程中的Q 、

W 、?H 、?U 。

解：

①1=0U ?，1=0H ?

2

1

211111112250.663==d =ln

ln ln 50.663100ln J 3511J 101.325V V V p p Q W p V nRT nRT pV V p p ??-===?=-????

?

1.6.2 理想气体绝热可逆过程W 、Q 、?U 、?H 的计算 1、理想气体绝热可逆过程方程式

绝热过程：Q = 0

热力学第一定律：d U W δ= 理想气体：,d d V m U nC T =

可逆过程：d d nRT

W p V V V δ=-=-

,d d V m V

nC T nRT V

?=-

,,d d 0ln ln 0V m V m

T R V R d T d V T C V C +=?+= 热容比γ：

,,def p m V m

C C γ

理想气体：,,p m V m C C R -=

,,,ln ln 0

ln (1)ln 0p m V m

V m

C C d T d V C d T d V γ-?+

=+-=

ln (1)ln T V C γ?+-=

()1T V C γ-= ?理想气体绝热可逆过程方程式 pV C γ=

(1)/Tp C γγ-=

2、理想气体绝热可逆过程：体积功计算

2

1

d V V W p V =-?

将pV C γ=代入，积分

2

2112

1 (1)

(1)(1)21(1)(1)

11211

1

11111221d d 11

11111V V V V V V C W V C V V V C C V V V p V V V p V V p V p V p γ

γ

γγγγγγγγγ

γγγγγ--+-+-+-+-+--=-=-??=-=-??-+-??=-??-??????????

??=

-=- ? ???--????

???

?????

?

?

3、理想气体可逆绝热过程：?U 、?H 计算

U Q W ?=+，1

11211=1W p V p p γγ

γ-??????- ???-??

????

?1112111U Q pV p p γγγ-??????- ???-???????=+ ()=H U pV U nR T ??+?=?+?

或：由理想气体绝热可逆过程方程式(

)

1TV C γ-=解出T 2。

? 2

1

,T V m T U nC dT ?=? 2

1

,T p m T H nC dT ?=?

【例1】100℃，50.663kpa 的水蒸气100dm 3，等温可逆压缩至101.325kpa ，试计算此过程中的Q 、

W 、?H 、?U 。

解：

①绝热可逆进行：=0Q ， 3.5=

=1.42.5R

R

γ 12211=T p T p γγ

-???? ? ????? 1.411.4

250.663298.15K 244.59K 101.325T -??

?=?= ?

??

()()2

1

,,21325=8.314244.59298.15=2226J 642T V m V m T U nC dT nC T T ??

?==-???--????

?

2226J W U =?=-

等温可逆压缩 ?U 1 ?H 1 100℃ 50.663kpa 100dm 3 n 1(g) 100℃ 101.325kpa V 2dm 3 n 1(g)

()()==222628.314244.59298.15=3117J H U pV U nR T ??+?=?+?-+??--????

②绝热不可逆膨胀：=0Q ，W U =?

()()21,21212

1==V m nRT nRT nC T T p V V p p p ??----- ???外外

()()212121215

==2T T n R T T p V V p nR p

p ???----- ???

外外

()2121215

=2T T T T p p p ??--- ???

外 ()225

298.15298.15=0.520.5

1T T ??--?- ???2255.56K T ?=

()(),215=28.314255.56298.15=1770J 2V m U nC T T ??

?=-???--????

1770J W U =?=-

()()==177028.314255.56298.15=2479J H U pV U nR T ??+?=?+?-+??--????

§1.7 热力学第一定律在相变化过程中的应用

1.7.1 相变热与相变焓

1、相关概念

? 相：系统内物理性质和化学性质完全相同的部分。

? 相变：系统的聚集态发生变化。(包括气化、冷凝、熔化、凝固、升华、凝华以及晶型转化等) ? 相变热：在定温、定压，W ˊ=0，发生相变过程吸收或放出的热。 2、相变焓的种类

纯物质发生相变时， α、β为物质的相态：相变热 p Q H β

α

=?相变焓。

常见的相变焓：蒸发焓?vap H m 熔化焓?fus H m 升华焓?sub H m 晶型转变焓?trs H m

1.7.2 相变化过程W 、?U 和?H 的计算

1、相变化过程： W 和?U 的计算（凝聚相→气相） 若α为凝聚相（液相或固相），β为气相（恒压过程） W ＝－p su (V β－V α) V β >>V α， W ＝－p su V β ＝－pV β

若气相为理想气体，W ＝－pV β=－nRT （恒温过程） ?U ＝Q p ＋W ＝?H －p su (V β－V α ） V β>>V α， ?U ＝?H －pV β 若蒸气为理想气体，?U ＝?H －nRT 2、相变焓与温度的关系： ?H 的计算

第一种情况：标准压力下，平衡温度、平衡压力下的相变过程。如： 液体在沸点（T b ）时汽化和液化； 或固体在熔点（T f ）时熔解和凝固。

p Q H β

α=?与物质的本性有关，在p ?

时的数值可由文献查阅！在解题中一般作为已知数据给出。

第二种情况：非标准压力下，平衡温度、平衡压力的可逆相变过程。

如：已知水在80℃时的饱和蒸气压为47 360Pa ，?vap H (T 1)=?

()()113

eq

vap vap H T H H T

H

?=?+?+?

凝聚相系统，若不是恒容过程，但在系统压力变化不大的情况下，可近似按恒压过程处理。

eq 1

1,m 2 (H O,l)d T p T H nC T ?=?

理想气体的焓仅仅是温度的函数。(IV)可认为是恒压变温过程。

1

eq

3,m 2 (H O,g)d T p T H nC T ?=?

()()113eq vap vap H T H H p T H Θ?=?+?+?，

eq

1

eq

1

,m 2,m 2 (H O,l)d ()(H O,g)d T T eq p vap p T T nC T H T nC T =+?+?

?

1eq ,m 2,m 2 ()[(H O,g)(H O,l)]d T eq vap p p T H T n C C T =?+-? 1

eq

,m 2 ()(H O)d T eq vap p T H T n C T =?+??

第三种情况：非平衡温度、平衡压力的不可逆相变过程！

eq

1

1,m 2 (H O,l)d T p T H nC T ?=?

1

eq

3,m 2 (H O,g)d T p T H nC T ?=?

()()1eq

113

,m 2 ()(H O)d T eq

vap p T eq

vap vap H T n C H T H H p T T H

Θ

?=?+???=?++?

，

【例2】在恒压下将2mol 、0℃的冰加热，使之变成100℃的水蒸气，已知冰的()0 6.02fus m H ?=℃

1kJ mol -?，水的()110040.64kJ mol vap m H -?=?℃，液态水的()11,75.3J K mol p m C l --=??。求该

过程的Q 、W 、?H 、?U 。

解：设计过程如下：

——可逆过程，可逆相变

注：C p,m 是T 的关系式，务必先展开积分、后代入温度计算。

?H

H 2O （s ） 2mol 101.325kpa T 1=273.15K H 2O （g ） 2mol

101.325kpa T α=373.15K

【例3】200mol 邻二甲苯液体在101.325kpa 下，由298.15K 加热蒸发为443.15K 邻二甲苯蒸气，

求此过程的Q 、W 、?H 、?U 。（已知邻二甲苯的正常沸点为144.4℃、该温度下邻二甲苯的

136.6kJ mol vap m H -?=?，()11,0.203J K mol p m C l --=??，()11,0.160J K mol p m C g --=??。

）

解：设计过程如下：

?H 邻二甲苯（l ） 101.325kpa T 1=298.15K n=200mol 邻二甲苯（g ）

101.325kpa T 2=443.15K n=200mol

§1.8 热力学第一定律在化学变化中的应用

——化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓

1.8.1 化学计量数与反应进度

对于化学反应一般式 a A + b B = y Y + z Z 可简写成 0 = ΣνB B

式中——B ：参加化学反应的各物质；νB ：化学计量数。

1、化学计量数νB ：

? 量纲一的量，单位为1；

? 化学计量数对反应物为负值，生成物为正值，即νA =－a ，νB =－b ，νY = y , νZ = z ； ? 化学计量数与化学反应方程式的书写有关，可以是整数，也可以是简分数。 2、反应进度ξ : 表示化学反应进行的程度。

? 定义式：B

def d d B

n ξν

式中——n B ：化学反应式中任一物质B 的物质的量。

? 对一确定的化学反应的ξ 与选用参与反应的哪种物质无关。 ? ξ也与化学方程式的书写有关。单位：mol 。

1.8.2 标准摩尔反应焓 1、化学反应热效应

在一定温度、非体积功为零条件下，化学反应过程中吸收或放出的热叫做化学反应热效应。 等压热效应Q p Q p =?H 等压条件下的反应 等容热效应Q V Q V =?U 氧弹中的反应 2、热化学方程式

注明具体反应条件（如T ，p ，聚集态）和化学反应热效应（等压热效应：焓变）的化学反应方程式叫热化学方程式。

Q p =?r H （化学反应焓变）

3、摩尔反应焓?r H m ：单位反应进度下的化学反应焓变。

r r m H

H ξ

??=?

4、物质的热力学标准态规定

按GB3102.8-93中的规定，标准压力 p ?＝100kPa.

气体的标准态：是温度T ，压力p ?下并表现出理想气体特性的气体纯物质B 的（假想）状态； 液体（或固体）的标准态：是温度T ，压力p ?下液体（或固体）纯物质B 的状态。

? 标准摩尔反应焓?r H m ?：在一定温度下，由标准态的反应物生成标准态的生成物，单位反应进

度下的化学反应焓变。

『注意：热力学标准态的温度T 是任意的，标准态并不是唯一的。』

§1.9 化学反应的标准摩尔焓变?r H m ? (T )的计算

——标准摩尔生成焓?f H m ? (B ，相态，T )

标准摩尔燃烧焓?c H m ? (B ，相态，T )

1.9.1 化学反应的标准摩尔焓变?r H m? (T )的计算

1、?f H m? (B，相态，T )的定义：在标准状态及反应的温度T下，由最稳定的单质生成νB＝＋1物质B 时的标准摩尔焓变。

规定：标准态时最稳定单质的标准摩尔生成焓，在任何温度T 时均为零。

P(s，白) C（石墨）Br2(l)

例如?f H m? (C，石墨，T）＝0。

2、由?f H m?(B，相态，T)计算?r H m?(T)

由Hess定律：?r H m? (2)= ?r H m?(1)+ ?r H m?

?r H m? (298.15K) = y?f H m? (Y,g,298.15K) ＋z?f H m? (Z,g,298.15K)－a?f H m? (A, g,298.15K) －b?f H m?(B, s,298.15K) =∑v B?f H?m(T)

3?c H m?(B，相态，T)的定义：在标准状态、反应的温度T下，νB＝-1的物质B完全氧化成相

。

规定：标准状态下的H2O(l)，CO2(g)等指定产物的标准摩尔燃烧焓，在任何温度T 时均为零。

4、由?c H m? (B，相态，T )计算?r H m? (T)

5、基希霍夫(Kirchhoff)公式

298.15K，p?

在任意温度T ，p ?

设计过程如下：

所以 2

1

T B r m 1r m 2p,m T

H (T )H (T )νC (B)dT ?=?+∑?

∑νB C p,m (B) = yC p,m （Y ）＋zC p,m （Z ）－aC p,m （A ）－bC p,m （B ）

——标准摩尔焓与温度的关系式：基希霍夫（Kirchhoff)公式

注：C p,m 是T 的关系式，务必先展开积分、后代入温度计算。

§1.10 热力学第一定律在真实气体节流过程中的应用

——Joule -Thomson 效应

对 理想气体 U ＝f ( T ) ， H ＝f ( T ) 真实气体 ？U ＝f (T ，V )，H ＝f (T ，p )

1.10.1 焦耳-汤姆生实验

1、实验装置：绝热筒，多孔塞，无摩擦的活塞杆。活塞杆中间封闭有不同压力的气体（空气）；

『多孔塞：气体不能很快通过，在塞子两边能够维持一定的压力差，p 1 >p 2。』

2、实验过程：在左侧活塞杆施加一微小作用力，使左侧气体缓慢向右侧扩散，推动右侧活塞杆向

右移动。

3、实验现象：系统达终态平衡时，系统右边的温度T 2发生改变。

4、分析：确定系统！

p 1 V 1 T 1→p 2V 2 T 2

在绝热条件下，气体始终态压力分别保持恒定条件下的膨胀过程——节流膨胀过程。

物理化学热力学第一定律总结

热一定律总结 一、 通用公式 ΔU = Q + W 绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W ’=0)：W = 0，ΔU = Q V 恒压(W ’=0)：W =-p ΔV =-Δ(pV )，ΔU = Q -Δ(pV ) → ΔH = Q p 恒容+绝热(W ’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W ’=0) ：ΔH = 0 焓的定义式：H = U + pV → ΔH = ΔU + Δ(pV ) 典型例题：3.11思考题第3题，第4题。 二、 理想气体的单纯pVT 变化 恒温：ΔU = ΔH = 0 变温： 或 或 如恒容，ΔU = Q ，否则不一定相等。如恒压，ΔH = Q ，否则不一定相等。 C p , m – C V , m = R 双原子理想气体：C p , m = 7R /2, C V , m = 5R /2 单原子理想气体：C p , m = 5R /2, C V , m = 3R /2 典型例题：3.18思考题第2,3,4题 书2.18、2.19 三、 凝聚态物质的ΔU 和ΔH 只和温度有关 或 典型例题：书2.15 ΔU = n C V , m d T T 2 T 1 ∫ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU = nC V , m (T 2-T 1) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔU ≈ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU ≈ ΔH = nC p, m (T 2-T 1)

四、可逆相变（一定温度T 和对应的p 下的相变，是恒压过程） ΔU ≈ ΔH –ΔnRT (Δn ：气体摩尔数的变化量。如凝聚态物质之间相变，如熔化、凝固、转晶等，则Δn = 0，ΔU ≈ ΔH 。 101.325 kPa 及其对应温度下的相变可以查表。 其它温度下的相变要设计状态函数 不管是理想气体或凝聚态物质，ΔH 1和ΔH 3均仅为温度的函数，可以直接用C p,m 计算。 或 典型例题：3.18作业题第3题 五、化学反应焓的计算 其他温度：状态函数法 Δ H m (T ) = ΔH 1 +Δ H m (T 0) + ΔH 3 α β β α Δ H m (T ) α β ΔH 1 ΔH 3 Δ H m (T 0) α β 可逆相变 298.15 K: ΔH = Q p = n Δ H m α β Δr H m ? =Δf H ?(生) – Δf H ?(反) = y Δf H m ?(Y) + z Δf H m ?(Z) – a Δf H m ?(A) – b Δf H m ?(B) Δr H m ? =Δc H ?(反) – Δc H ?(生) = a Δc H m ?(A) + b Δc H m ?(B) –y Δc H m ?(Y) – z Δc H m ?(Z) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫

第四章 第2节 热力学第一定律

第2节热力学第一定律 一、改变物体内能的两种方式 1．改变内能的两种方式：做功和热传递。 2．做功：外力对物体做功，可以使物体的内能增加。 3．热传递：没有做功而使物体内能改变的物理过程。 4．做功和热传递对物体内能的改变是等效的，但本质不同。 二、热力学第一定律 1．定义：功、热量跟内能改变之间的定量关系。 2．数学表达式：ΔU＝Q＋W。 1．判断：(1)物体吸收热量，内能一定增大。() (2)物体对外做功，内能一定减小。() (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。() (4)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。() 答案：(1)×(2)×(3)√(4)× 2．思考：运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么？ 提示：“钻木取火”即人对木头做功，使木头的内能增大，温度升高，当温度达到木头的着火点时，木头便开始燃烧，即利用做功的方式改变木头的内能。 1.

内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成。热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程则毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，不能谈到“热量”或“功”。 (1)内能是状态量，热量、功是过程量。 (2)热量、功、内能本质是不同的。 1．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是() A．一定是外界对物体做了20 J的功 B．一定是物体吸收了20 J的热量 C．一定是物体分子动能增加了20 J D．物体分子的平均动能可能不变 解析：选D做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误。 1. (1)对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量。 (2)与热力学第一定律相对应的符号法则：

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中，接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问 A U ， Q，W为正为负还是为零？ (1) 以电炉丝为系统； (2 )以电炉丝和水为系统； (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，AJ, Q, W为正为负还是为零？(2) 如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，A U, Q , W为正为负还是为零？ 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功，内能增加了200J，试问系统将吸收或是放出多少热？(2)一系统在膨胀过程中，对环境做了10 540J的功，同时吸收了27 110J的热，试问系统的内能变化为若干？ [答案：⑴吸收40J; (2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量，如果以礼堂中的 空气和椅子等为系统，则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少？如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统，则其AU = ? [答案:1.3 M08J;0] 3 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热？ [答案：放热401000J] 4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大 功为若干？ [答案：9441J] 5在25C下，将50gN2作定温可逆压缩，从105Pa压级到2X106Pa，试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？ [答案：-.33 X04J; 4.20 X03J] 6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3; 始态及终态温度均为100 Co (1) 向真空膨胀； (2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀； (3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3(此时温度仍为100C) 以后，再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀； (4) 定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题？ [答案:0; 2326J; 310l J; 4299J] 习

大学物理习题详解No.11 热力学第一定律

?物理系_2012_09 《大学物理AII 》作业 No.11 热力学第一定律 一、判断题：（用“T ”和“F ”表示） [ F ] 1．热力学第一定律只适用于热力学系统的准静态过程。 解：P284我们把涉及热运动和机械运动范围的能量守恒定律称为热力学第一定律。无论是准静态过程还是非静态过程均是适用的，只是不同过程的定量化的具体形式不同 [ F ] 2．平衡过程就是无摩擦力作用的过程。 解：平衡过程即是过程中的中间状态均视为平衡态，与是否存在摩擦无关。 [ T ] 3．在p －V 图上任意一线段下的面积，表示系统在经历相应过程所作的功。 解：P281，根据体积功的定义。 [ F ] 4．置于容器内的气体，如果气体内各处压强相等，或气体内各处温度相同，则这两种情况下气体的状态一定都是平衡态。 解：P253平衡态就是系统的宏观量具有稳定值的状态。 [ T ] 5．热力学第一定律表明：对于一个循环过程，外界对系统作的功一定等于系统传给外界的热量。 解：P294 二、选择题： 1．一定量的理想气体，开始时处于压强、体积、温度分别为1p 、1V 、1T 的平衡态，后来变到压强、体积、温度分别为2p 、2V 、2T 的终态，若已知12V V >，且12T T =，则以下各种说法中正确的是： ［ D ］ (A) 不论经历的是什么过程，气体对外所作的净功一定为正值 (B) 不论经历的是什么过程，气体从外界所吸的净热量一定为正值 (C) 若气体从始态变到终态经历的是等温过程，则气体吸收的热量最少 (D) 如果不给定气体所经历的是什么过程，则气体在过程中对外所作的净功和从外界吸热的正负皆无法判断 解：? = 2 1 d V V V p A 只适用于准静态过程，对于任意过程，无法只根据12V V >，12T T =判断A 和Q 的正负。 2．一定量的理想气体，经历某过程后，它的温度升高了。则根据热力学定律可以断定： (1) 该理想气体系统在此过程中吸了热； (2) 在此过程中外界对该理想气体系统作了正功。 (3) 该理想气体系统的内能增加了。 (4) 在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功。 以上正确的断言是： ［ C ］ (A) (1)、(3) (B) (2)、(3) (C) (3) (D) (3)、(4) (E) (4) 解：内能是温度的单值函数，温度升高只能说明内能增加了，而功和热量都与过程有关，不能只由温度升降而判断其正负。 3．若在某个过程中，一定量的理想气体的内能E 随压强 p 的变化关系为一直线（其延长线过E ~ p 图的原点），则该过程为 [ C ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等容过程 (D) 绝热过程 解:由图可以看出， 恒量，即等容过程。，而恒量==?===imR CM P T PC RT i M m E C P E 22)( 4．如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为0p ，右边为真空。今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 ［ B ］ (A) 0p (B) 2/0p (C) 02p r (D) r p 2/0 () v p C C /=γ 解：绝热自由膨胀过程中Q = 0，A = 0，由热力学第一定律，有 0=?E ，膨胀前后T 不变。由状态方程知膨胀前后：

第一章热力学第一定律练习题

第一章 热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1．道尔顿分压定律，对理想气体和实际混合气体来说关系式PB=Nb(RT/V)都成立。 2．在两个封闭的容器中，装有同一种理想气体，压力、体积相同，那么温度也相同。 3．物质的温度越高，则热量越多；天气预报：今天很热。其热的概念与热力学相同。 4．恒压过程也就是恒外压过程，恒外压过程也就是恒过程。 5．实际气体在恒温膨胀时所做的功等于所吸收的热。 6．凡是温度升高的过程体系一定吸热；而恒温过程体系不吸热也不放热。 7．当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生变化时， 所有的状态函数的数值也随之发生变化。 8．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力 一定时；系统的体积与系统中水和NaCl 的总量成正比。 9．在101.325kPa 、100℃下有lmol 的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态完全确定。 10．一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完全确定。 11．系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 12．从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q 和W 的值一般不同，Q + W 的值一般也 不相同。 13．因Q P = ΔH ，Q V = ΔU ，所以Q P 与Q V 都是状态函数。 14．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 15．对于一定量的理想气体，当温度一定时热力学能与焓的值一定，其差值也一定。 16．在101.325kPa 下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想 气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 17．1mol ，80.1℃、101.325kPa 的液态苯向真空蒸发为80.1℃、101.325kPa 的气态苯。已 知该过程的焓变为30.87kJ ，所以此过程的Q = 30.87kJ 。 18．1mol 水在l01.325kPa 下由25℃升温至120℃，其ΔH = ∑C P ,m d T 。 19．因焓是温度、压力的函数，即H = f (T ,p )，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于 d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 20．因Q p = ΔH ，Q V = ΔU ，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W 。 21．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 22．一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 23．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。 24．若一个过程是可逆过程，则该过程中的每一步都是可逆的。 25．1mol 理想气体经绝热不可逆过程由p 1、V 1变到p 2、V 2， 则系统所做的功为 V p C C V p V p W =--=γγ，11122。 26．气体经绝热自由膨胀后，因Q = 0，W = 0，所以ΔU = 0，气体温度不变。 27．(?U /?V )T = 0 的气体一定是理想气体。 28．因理想气体的热力学能与体积压力无关，所以(?U /?p )V = 0，(?U /?V )p = 0。 29．若规定温度T 时，处于标准态的稳定态单质的标准摩尔生成焓为零，那么该温度下

第一章 热力学第一定律

第一章热力学第一定律 一、单选题 1) 如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为体系有：( ) A.W =0，Q <0，?U <0 B.W <0，Q<0，?U >0 C.W<0，Q<0，?U >0 D.W<0，Q=0，?U>0 2) 如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气(视为理想气体)，已 知p 右> p 左， 将隔板抽去后: ( ) A.Q＝0, W＝0, ?U＝0 B.Q＝0, W <0, ?U >0 C.Q >0, W <0, ?U >0 D.?U＝0, Q＝W≠0 3）对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的：( ) A. (?U/?T)V＝0 B. (?U/?V)T＝0 C. (?H/?p)T＝0 D. (?U/?p)T＝0 4）凡是在孤立孤体系中进行的变化，其?U和?H的值一定是：( ) A.?U >0, ?H >0 B.?U＝0, ?H＝0 C.?U <0, ?H <0 D.?U＝0，?H大于、小于或等于零不能确定。 5）在实际气体的节流膨胀过程中，哪一组描述是正确的: ( ) A.Q >0, ?H＝0, ?p < 0 B.Q＝0, ?H <0, ?p >0 C.Q＝0, ?H＝0, ?p <0 D.Q <0, ?H＝0, ?p <0 6）如图，叙述不正确的是：( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.?H1表示无限稀释积分溶解热 C.?H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 7）?H＝Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPa B.在0℃、101325Pa下，冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K，101325Pa)可逆变化到(373K，10132.5Pa ) 8) 一定量的理想气体，从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态，终态体积分别为V1、V2。( ) A.V1 < V2 B.V1 = V2 C.V1> V2 D.无法确定 9) 某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行，体系温度由T1升高到T2，则此过程的焓变?H:( )

第二章热力学第一定律练习题及答案

第一章热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1.当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q和W的值一般不同，Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH，Q V = ΔU，所以Q P与Q V都是状态函数。 7．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力一定时；系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9．在101.325kPa下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 11．1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃，其ΔH= ∑C P,m d T。12．因焓是温度、压力的函数，即H = f(T,p)，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 13．因Q p = ΔH，Q V = ΔU，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 15．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。16．(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17．一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡，则末态温度不变。 18．当系统向环境传热(Q < 0)时，系统的热力学能一定减少。

高中物理-热力学第一定律

热力学第一定律 热力学第一定律 热力学第一定律内容是：研究对象内能的改变量，等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功之和。 注：热量的传导与做功均需要注意正负性。 热力学第一定律公式 热力学第一定律公式： △U=W+Q 其中，△U——内能的变化量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象内能减小。 Q——研究对象吸收的热量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象向外释放热量。 在自然态下，Q传导具有方向性，即只能从高温物体向低温物体传递热量。 W——外界对研究对象做的功，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象对外界做功。

热力学第一定律理解误区之吸热内能一定增加？ 老师：并非如此。如果对外做功，内能可能不变，甚至减小。 物体的内能是变大还是变小，取决于两个外在因素，其一是吸收（或放出）热量，另外一个是做功。 如果吸收了10J的热量，向外界做了20J的功，物体的内能不会增加，反而会减小（减小10J）。 热力学第一定律深入理解之温度与分子平均动能关系 老师：分子平均动能Ek与热力学温度T是正比例关系，即分子平均动能Ek越大，热力学温度T就越大。 分子平均动能Ek是微观表现方式，而热力学温度T是宏观表现方式。 热力学第一定律深入理解之做功与气体体积关系 老师：W与气体的体积相关，V减小，则是外界对气体做正功（压缩气体）。

反之，V增大，则是外界对气体做负功（气体膨胀向外界做功）。 热力学第一定律深入理解之能量守恒定律在热学的变形式 老师：从热力学第一定律公式来看： △U=W+Q 这与能量守恒定律是一致的。能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。 在热学领域，物体内能改变同样遵守能量守恒定律。物体内能的增加，要么是伴随着外界做功，要么是由外界热量传导引起的。 在物体A内能增加的同时，物体B因为向A做功能量减小，或者物体C把自身内能以热量形式向物体A传导，自身能量减小。 如果以A+B+C总系统为研究对象，这个系统的总能量，依然是守恒的。 热力学第一定律深入理解之理想气体的内能 老师：如果研究对象是一定量的理想气体，就不用考虑分子势能。 那么这部分气体内能变化△U，就只与分子平均动能Ek相关，宏观表现就是只和温度T相关。热力学第一定律的发展与意义简介 热力学第一定律本质上与能量守恒定律是的等同的，是一个普适的定律，适用于宏观世界和微观世界的所有体系，适用于一切形式的能量。 自1850年起，科学界公认能量守恒定律是自然界普遍规律之一。

工程热力学第四章思考题答案

第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A、B两部分。A中气体参数为P A、T A，B为真空。现将隔板抽去，气体作绝热自由膨胀，终压将为P2，试问终了温 度T2是否可用下式计算？为什么? 1 2 2 () k k A A p T T p -= 答：气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程，因此终了温度T2不可用上式计算。 4-2 今有任意两过程a-b，b-c，b、c两点在同一定熵线上，如图所示。试问：Δｕab、Δｕac哪个大？再设b、c 两点在同一条定温线上，结果又如何？ 答：由题可知，因b、c两点在同一定熵 线上T b>T c, ｕb>ｕc. Δｕab>Δｕac。若b、 c两点在同一条定温线上，T b=T c, ｕb=ｕ c. Δｕab=Δｕac。 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上（工质为空气）。

（1）工质又升压、又升温、又放热；（2）工质又膨胀、又降温、又放热； （3）n=1.6的膨胀过程，判 断q，w，Δu的正负； 答：n=1.6的压缩过程在p-v 图和T-s图上表示为1→2 过程。在此过程中q>0, w<0，Δu>0 （4）n=1.3的压缩过程，判断q，w，Δu的正负。

答：n=1.3的压缩过程在p-v图和T-s图上表示为1→2过程。在此过程中q<0，w<0，Δu>0 4-4将p-v图表示的循环，如图所示，表示在T－s图上。图中：2-3，5-1，为定容过程；1-2，4-5为定熵过程；3-4为定压过程。 答：T-s图如图 所示

4-5 以空气为工质进行的某过程中，加热量的一半转变为功，试问过程的多变指数n 为多少？试在p-v 图和T-s 图上画出该过程的大概位置（比热容比可视为定值）。 答：多变过程中，遵循热力学第一定律q u w =?+，由题可知12q u =?，由于v 21()1n -k q c T T n =--，所以() v 21v 21()()21n -k c T T c T T n -=--即： () 121n -k n =-，0.6n = 4-6如果采用了有效的冷却方法后，使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩，这时是否还需要采用多级压缩？为什么？（6分） 答：还需要采用多级压缩，由余隙效率可知， 12111n v p c p λ??????=-- ????????? ，余隙使一部分气缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。因此，当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩。

高中物理-热力学第一定律

高中物理-热力学第一定律 如图,一个质量为m 的T 形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体,活塞体积可忽略不计,距气缸底部h 0处连接一U 形细管（管内气体的体积可忽略）。初始时,封闭气体温度为T 0,活塞距离气缸底部1.5h 0,两边水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ,大气压强为p 0,气缸横截面积为S ,活塞竖直部分高为1.2h 0,重力加速度为g 。 （1）通过制冷装置缓慢降低气体温度,当温度为多少时两边水银面恰好相平？ （2）从开始至两水银面恰好相平的过程,若气体放出的热量为Q ,求气体内能的变化。 【参考答案】（1） （2）0.3h 0(p 0S +mg )–Q 【试题解析】（1）初态时,气体压强,体积V 1=1.5h 0S ,温度为T 0 要使两边水银面相平,气缸内气体的压强p 2=p 0,此时活塞下端一定与气缸底接触,V 2=1.2h 0 设此时温度为T ,由理想气体状态方程有 解得 （2）从开始至活塞竖直部分恰与气缸底接触,体积变小,气体压强不变,外界对气体做功,其后体积不变,外界对气体不做功,故外界对气体做的功W =p 1ΔV =()×0.3h 0S 由热力学第一定律有ΔU =W –Q =0.3h 0(p 0S +mg )–Q 【知识补给】 状态变化与内能变化 中学常见的状态变化主要有等温变化、等容变化、等压变化和绝热变化。 000455p ST p S mg +10mg p p S =+11220p V p V T T =000455p ST T p S mg =+0mg p S +

（1）等温变化：理想气体的内能等于分子动能,不变；一般气体的分子间距较大,分子间作用力为引力,体积增大,则分子势能增大,内能增大。 （2）等容变化：理想气体的内能随温度升高而增大；一般气体分子势能不变,温度升高时分子动能增大,内能增大；体积不变则外界对气体不做功,内能变化只与热传递有关。 （3）等压变化：理想气体的内能随温度升高而增大；一般气体温度升高时,分子平均速率增大,压强不变,则分子数密度应减小,即体积增大,分子势能和分子动能都增大,内能增大。（4）绝热变化：与外界无热交换,内能变化只与体积变化,即外界对气体做的功有关；理想气体的体积增大时,内能减小,温度降低,压强减小；一般气体的体积增大时,内能减小,分子势能增大,分子动能减小,温度降低,压强减小。 下列说法正确的是 A．物体的温度升高,物体内所有分子热运动的速率都增大 B．物体的温度升高,物体内分子的平均动能增大 C．物体吸收热量,其内能一定增加 D．物体放出热量,其内能一定减少 如图所示为密闭的气缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的 A．温度升高,内能增加600 J B．温度升高,内能减少200 J C．温度降低,内能增加600 J D．温度降低,内能减少200 J 如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程,D→A为等容过程。

第一章热力学第一定律答案

第一章 热力学练习题参考答案 一、判断题解答： 1．错。对实际气体不适应。 2．错。数量不同，温度可能不同。 3．错。没有与环境交换能量，无热可言；天气预报的“热”不是热力学概念，它是指温度，天气很热，指气温很高。 4．错。恒压（等压）过程是体系压力不变并与外压相等，恒外压过程是指外压不变化，体系压力并不一定与外压相等。 5．错。一般吸收的热大于功的绝对值，多出部分增加分子势能（内能）。 6．错。例如理想气体绝热压缩，升温但不吸热；理想气体恒温膨胀，温度不变但吸热。 7．第一句话对，第二句话错，如理想气体的等温过程ΔU = 0，ΔH = 0，U 、H 不变。 8．错，两个独立变数可确定系统的状态只对组成一定的均相组成不变系统才成立。 9．错，理想气体U = f (T )，U 与T 不是独立的。描述一定量理想气体要两个独立变量。 10．第一个结论正确，第二个结论错，因Q+W ＝ΔU ，与途径无关。 11．错，Q V 、Q p 是过程变化的量、不是由状态决定的量，该式仅是数值相关而已。在一定条件下，可以利用ΔU ，ΔH 来计算Q V 、Q p ，但不能改变其本性。 12．错，(1)未说明该过程的非体积功W '是否为零； (2)若W ' = 0，该过程的热也只等于系统的焓变，而不是体系的焓。 13．对。因为理想气体热力学能、焓是温度的单值函数。 14．错，这是水的相变过程，不是理想气体的单纯状态变化，ΔU > 0。 15．错，该过程的p 环 = 0，不是恒压过程，也不是可逆相变，吸的热，增加体系的热力学能。吸的热少于30.87 kJ 。 16．错，在25℃到120℃中间，水发生相变，不能直接计算。 17．错，H = f (T ,p )只对组成不变的均相封闭系统成立，该题有相变。 18．错，Δ(pV )是状态函数的增量，与途径无关，不一定等于功。 19．错，环境并没有复原，卡诺循环不是原途径逆向返回的。 20．错，无限小过程不是可逆过程的充分条件。如有摩擦的谆静态过程。 21．错，若有摩擦力(广义)存在，有能量消耗则不可逆过程，只是准静态过程。 22．对。只有每一步都是可逆的才组成可逆过程。 23．对。() ()()12m ,121122n n 1T T C C C C T T R V p V p W V V V p -=--=--= γ。该公式对理想气体可逆、 不可逆过程都适用。 24．错，若是非理想气体的温度会变化的，如范德华气体。 25．错，该条件对服从pV m = RT + bp 的气体(钢球模型气体)也成立。 26．错，(?U /?V )p ≠(?U/?V )T ；(?U /?P )V ≠(?U/?V )T ，因此不等于零。 27．错，U = H －pV 。PV 不可能为零的。 28．错。CO 2在1000K 的标准摩尔生成焓可以由298K 标准摩尔生成焓计算出：由基尔霍夫定律得出的计算公式：

第五章热力学第一定律

第四章热力学第一定律 4－1 0.020Kg的氦气温度由升为，若在升温过程中：（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换热量，试分别求出气体内能的改 变，吸收的热量，外界对气体所作的功，设氦气可看作理想气体，且， 解：理想气体内能是温度的单值函数，一过程中气体温度的改变相同，所以内能的改变也相同，为： 热量和功因过程而异，分别求之如下： （1）等容过程： V=常量A＝0 由热力学第一定律， （2）等压过程： 由热力学第一定律， 负号表示气体对外作功， （3）绝热过程 Q＝0 由热力学第一定律 4－2分别通过下列过程把标准状态下的0.014Kg氮气压缩为原体积的一半；（1）等温过程；（2）绝热过程；（3）等压过程，试分别求出在这些过程中气体内能的改变，传递的热量和外界对气体所作的功，设氮气可看作理想气体，且 ，

解：把上述三过程分别表示在P-V图上， （1）等温过程 理想气体内能是温度的单值函数，过程中温度不变，故 由热一、 负号表示系统向外界放热 （2）绝热过程 由或 得 由热力学第一定律 另外，也可以由 及 先求得A

（3）等压过程，有 或 而 所以＝ ＝ ＝ 由热力学第一定律， 求之 也可以由 另外，由计算结果可见，等压压缩过程，外界作功，系统放热，内能减少，数量关系为，系统放的热等于其内能的减少和外界作的功。 4－3 在标准状态下的0.016Kg的氧气，分别经过下列过程从外界吸收了80cal 的热量。（1）若为等温过程，求终态体积。（2）若为等容过程，求终态压强。 （3）若为等压过程，求气体内能的变化。设氧气可看作理想气体，且 解：（1）等温过程

物理化学知识点总结(热力学第一定律)

物理化学知识点总结 (热力学第一定律) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

热力学第一定律 一、基本概念 1.系统与环境 敞开系统：与环境既有能量交换又有物质交换的系统。 封闭系统：与环境只有能量交换而无物质交换的系统。（经典热力学主要研究的系统） 孤立系统：不能以任何方式与环境发生相互作用的系统。 2.状态函数：用于宏观描述热力学系统的宏观参量，例如物质的量n、温度 T、压强p、体积V等。根据状态函数的特点，我们 把状态函数分成：广度性质和强度性质两大类。 广度性质：广度性质的值与系统中所含物质的量成 正比，如体积、质量、熵、热容等，这种性质的函数具 有加和性，是数学函数中的一次函数，即物质的量扩大 a倍，则相应的广度函数便扩大a倍。 强度性质：强度性质的值只与系统自身的特点有关，与物质的量无关，如温度，压力，密度，摩尔体积等。 注：状态函数仅取决于系统所处的平衡状态，而与此状态的历史过程无关，一旦系统的状态确定，其所有的状态函数便都有唯一确定的值。

二、热力学第一定律 热力学第一定律的数学表达式： 对于一个微小的变化状态为： dU= 公式说明：dU表示微小过程的内能变化，而δQ和δW则分别为微小过程的热和功。它们之所以采用不同的符号，是为了区别dU是全微分，而δQ和δW不是微分。或者说dU与过程无关而δQ和δW却与过程有关。这里的W既包括体积功也包括非体积功。 以上两个式子便是热力学第一定律的数学表达式。它们只能适用在非敞开系统，因为敞开系统与环境可以交换物质，物质的进出和外出必然会伴随着能量的增减，我们说热和功是能量的两种传递形式，显然这种说法对于敞开系统没有意义。 三、体积功的计算 1.如果系统与环境之间有界面，系统的体积变化时，便克服外力做功。将一 定量的气体装入一个带有理想活塞的容器中，活塞上部施加外压。当气体膨胀微小体积为dV时，活塞便向上移动微小距离dl，此微小过程中气

热学(秦允豪编)习题解答第四章-热力学第一定律

普通物理学教程《热学》（秦允豪编） 习题解答 第四章 热力学第一定律 4.2.1 解： ?-=21V V PdV W C T = （1）()RT b v P =- b v RT P -= ???? ??---=--=?b v b v dv b v RT W i f v v f i ln （2） ??? ??-=v B RT Pv 1 ??? ??-=v B RT P 1 ???? ??-+-=??? ??--=? i f i f v v v v BRT v v RT dv v B RT W f i 11ln 1 4.2.2 应用（4.3）式 ?-=21V V PdV W 且 k PiV PV i ==γγ γγ-=V V P P i i 故有：f i f v v i i V Vi i i V V P dV V V P W γ γ γγγ----=-=? 111 () ()i i f f i f i i V P V P V V V P --=--=--111 111γγγγγ （应用了γγf f i i V P V P =） 4.4.2 （1） 2v a b v RT P --= ???+--=-=dv v a dv b v RT Pdv W 2 a V V b V b V RT ???? ??--???? ??---=121211ln （2）d v a cT u +-=2当C V =时， V V V dt du dT dQ C ??? ??=??? ??= ∴C C V = T C CdT Q T T ?==?21 4.4.3 水蒸气的凝结热即为定压状况下单位质量物质相变时吸收（或释放）的热量，在等压下此值即为比焓变化，即： ()kJ h m H l V 4.244459.1000.2545-=--=?-=?= （系统放热）

第一章热力学第一定律

第一章 热力学第一定律 一、选择题 1．下述说法中，哪一种正确（ ） (A)热容C 不是状态函数； (B)热容C 与途径无关； (C)恒压热容C p 不是状态函数；(D)恒容热容C V 不是状态函数。 2．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是（ ） (A) 体系处于一定的状态，具有一定的内能； (B) 对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值； (C) 状态发生变化，内能也一定跟着变化； (D) 对应于一个内能值，可以有多个状态。 3．某高压容器中盛有可能的气体是O 2 ,Ar, CO 2, NH 3中的一种，在298K 时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，温度降低21K ，则容器中的气体（ ） (A) O 2 (B) Ar (C) CO 2 (D) NH 3 4．戊烷的标准摩尔燃烧焓为-3520kJ·mol -1，CO 2(g)和H 2O(l)标准摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol -1和-286 kJ·mol -1，则戊烷的标准摩尔生成焓为（ ） (A) 2839 kJ·mol -1 (B) -2839 kJ·mol -1 (C) 171 kJ·mol -1 (D) -171 kJ·mol -1 5．已知反应)()(2 1)(222g O H g O g H =+的标准摩尔反应焓为)(T H m r θ ?，下列说法中不正确的是（ ）。 (A). )(T H m r θ?是H 2O(g)的标准摩尔生成焓 (B). )(T H m r θ ?是H 2O(g)的标准摩尔燃烧焓 (C). )(T H m r θ?是负值 (D). )(T H m r θ?与反应的θ m r U ?数值相等 6．在指定的条件下与物质数量无关的一组物理量是（ ） (A) T , P, n (B) U m , C p, C V (C) ΔH, ΔU, Δξ (D) V m , ΔH f,m (B), ΔH c,m (B) 7．实际气体的节流膨胀过程中，下列那一组的描述是正确的（ ） (A) Q=0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 (B) Q=0 ΔH<0 ΔP> 0 ΔT>0 (C) Q>0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT<0 (D) Q<0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 8．已知反应 H 2(g) + 1/2O 2(g) →H 2O(l)的热效应为ΔH ，下面说法中不正确的是（ ） (A) ΔH 是H 2O(l)的生成热 (B) ΔH 是H 2(g)的燃烧热 (C) ΔH 与反应 的ΔU 的数量不等 (D) ΔH 与ΔH θ数值相等 9．为判断某气体能否液化，需考察在该条件下的（ ） (A) μJ-T > 0 (B) μJ-T < 0 (C) μJ-T = 0 (D) 不必考虑μJ-T 的数值

(完整word版)第 二 章 热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。 答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 答：是错的。因为只要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。 （3）因为ΔU=Q V ，ΔH=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗？ 答：是错的。?U ，?H 本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与Q V ，Q p 的数值相等，所以Q V ，Q p 不是状态函数。 （4）根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如要对外做功，必须从外界吸收热量。 答：是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+，它不仅说明热力学能（ΔU ）、热（Q ）和功（W ）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化形式不仅有热，也可转化为热力学能系。 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时ΔH=Q p =0 答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即W f ≠0，所以ΔH≠Q p 。 （6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1，焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q 2，焓变为ΔH 2，则ΔH 1=ΔH 2。 答：是对的。Q 是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q 值不同，焓（H ）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题，并说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火车的速度加快？ 答？不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。

第一章热力学第一定律

第一章热力学第一定律 本章主要内容 1.1热力学概论 1.2热力学第一定律 1.3 可逆过程和最大功 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用1.7实际气体 1.8热化学 1.9化学反应热效应的求算方法 1.10反应热与温度的关系——基尔霍夫定律

§1.1热力学概论 1.1.1热力学的研究对象 （1）研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律； （2）研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应； （3）研究化学变化的方向和限度。 1.1.2 热力学的方法和局限性 热力学方法： 热力学在解决问题是使用严格的数理逻辑推理方法，其研究对象是大量质点的集合体，所观察的是宏观系统的平均行为，并不考虑个别分子或质点，所得结论具有统计意义。 优点：只须知道宏观系统变化的始终态及外部条件，无须知道物质的微观结构和变化的细节即可进行有关的定量计算。 局限性： （1）对所得的结论只知其然而不知所以然； （2）不能给出变化的实际过程，没有时间的概念，也不能推测实际进行的可能性。 （3）只能适应用于人们所了解的物质世界，而不能任意推广到整个宇宙。 1.1.3 几个基本概念： 1、系统与环境 系统（System）——把一部分物质与其余分开作为研究对象，这这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或系统。 环境（surroundings）——与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。 （1）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。 （2）封闭系统（closed system）-系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。

第四章 热力学第一定律

华北科技学院
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第四章 热力学第一定律

4.1 闭系非流动过程的能量平衡
能量平衡式 体系能量的变化=体系与环境交换的净能量。 即：
(能量)入 ? (能量)出 = (能量)存
封闭体系非流动过程的热力学第一定律：
ΔU = Q + W
4.2 开系通用的能量平衡方程

4.3 稳流过程的能量平衡
1. 开系稳流过程的能量平衡
状态是稳定的 稳流过程 流动是稳定的 1)外部环境对流体提供的能量(对于1kg流体): ①外功(ws)—净功或有效功，J/kg； 规定：外界提供给流体功， ws为正； 流体传递给外界功，ws为负。 ②热量(q)—获得的热量，J/kg；

4.3 稳流过程的能量平衡
2) 流体在流动过程中本身所具有的能量(对于1kg流体): ① 内能 U: J/kg； ② 位能: ③ 动能: ④ 静压能(压强能) m kg： 动能 = mu2/2， J 1 kg： 动能 = u2/2 ， J/kg m kg： 位能 = mgZ， J 1 kg： 位能 = gZ， J/kg
m kg-V m3 ： 静压能 = pV , J 1
V kg- m3 m
：静压能
=
pV p = m ρ
, J/kg

4.3 稳流过程的能量平衡
衡算范围：1-1′至2-2′截面 衡算基准：1kg不可压缩流体 基准水平面：0-0′平面
流动系统
依据: 输入总能量=输出总能量
1 2 p1 1 2 p2 U 1 + gz1 + u1 + + we + q = U 2 + gz2 + u2 + 2 ρ 2 ρ
总能量衡算式