物理化学简明教程（印永嘉）热力学第一定律ppt课件.ppt

第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多第一章 热力学第一定律 第一章第一章 热力学第一定律热力学第一定律物理化学简明教程(印永嘉)第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.1热力学的研究对象(1)变化过程中的能量转换的定量关系(2)变化过程的方向和限度1.热力学的研究对象(3)规定熵热力学第三定律，热力学第一定律热力学第二定律解决化学平衡的计算问题。2 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多热力学基本原理在化学中的应用化学热力学(1)研究化学过程及该过程中的能量效应；(2)判断化学过程在一定条件下是否可能进行，该过程的方向和所能取得的产物的最大产量。化学热力学主要研究和解决的问题：这些问题的解决，无疑将对生产和科学发展起着巨大的推动作用。3 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多热力学的重要意义在设计新的反应路线或试制新的化学产品时,变化的方向和限度问题,显然是十分重要的。只有确知存在反应的可能性的前提下，再去考虑反应的速率问题,否则将徒劳无功：如在19世纪末进行了从石墨制造金刚石的尝试，所有的实验都以失败告终。以后通过热力学计算知道，只有当压力超过15000倍时，石墨才有可能转变成金刚石。现在已经成功地实现了这个转变过程。4 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多()研究对象为大量质点的宏观体系即只研究物质的宏观性质，不考虑微观性质和个别分子的行为。()只须知道系统的始、终态，即不管过程进行的机理，也无须知道其结构变化。2.热力学的方法：逻辑推理法热力学的方法特点：这是热力学所以能简易而方便的得到广泛应用的重要原因。但亦正是由于这个原因，热力学对过程之能否自发进行的判断，就只是知其然而不知其所以然，即不知过程发生的内在原因。5 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例如根据热力学计算，金刚石可自发地变成石墨，但这个过程需用多少时间？发生变化的根本原因和机理？热力学中无法知道。热力学的方法特点：()在热力学研究中无时间概念，即不管（反应）变化速率。这些特点既是热力学方法的优点，也是它的局限性。6 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.2几个基本概念1.系统和环境2.状态和状态函数3.过程与途径4.热力学平衡系统7 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多系统敞开系统open system密闭系统closed system 孤立(隔离)系统isolated system物质交换可以不可能不可能能量交换可以可以不可能实例(见下页)水为系统水水蒸气所有物质系统的分类：1.系统和环境系统：研究对象环境：系统以外的，与系统有关的部分系统与环境有实际的或想象的界面分开8 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多绝热壁系统和环境例：水水水蒸气水蒸气孤立系统密闭系统敞开系统9 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多2.状态和状态函数状态：系统的物理，化学性质的综合表现；状态性质：系统处于某一状态时的性质，是系统本身所属的宏观物理量。状态性质之间互相联系的，不是独立的，在数学上有函数关系，所以又称状态函数。如：单相纯物质密闭系统，当温度、体积、压力其中两个量确定后，系统的状态也确定了。如：T，p,，V，m，U，H，S即p=f(T,V)，或V=f(T,p)10 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(1)状态函数的分类其数值与系统中物质的量成正比，且有加和性如：ViniV(总)=V1+V2+其数值与系统中物质的量无关，且不具有加和性如：T T1+T2，p p1+p2pp1+p2与分压定律的区别两个容量性质相除得强度性质。如：m/V,Vm=V/n容量性质：如体积V,质量m等强度性质：如温度T、压力p、密度等注意：11 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(2)状态函数的特点系统的状态函数只说明系统当时所处的状态，而不能说明系统以前的状态。例如标准压力下，50的水，只说明系统此时处于50，而不能知道这50的水是由100冷却而来，还是由0加热而来。所以状态函数的改变量只与始、终态有关，而与变化途径无关。12 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多如：纯物质单相密闭系统p=f(T,V)状态函数的微小变化是全微分。全微分：13 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多系统状态发生的变化为过程，变化的具体步骤称为途径。可分为三类：(1)简单状态变化过程，见下页：(2)相变过程：系统物态发生变化，如气化(vapor)：液气熔化(fusion)：固液升华过程(sublimation)：固气。(3)化学变化过程:化学反应，见下页：3.过程与途径14 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多25,p100,2p25,2p100,p定温过程()T定压过程()p定容过程()V 循环过程，绝热过程等。如:()T()T()p()p途径:()T+()p或()p+()T(1)简单状态变化循环15 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多CuSOCuSO4 4ZnSOZnSO4 4(3)化学变化过程:化学反应Zn定温定压下在烧杯中进行定温定压下在原电池中进行ZnZnCuCuZnSOZnSO4 4CuSOCuSO4 4Zn+CuSO4(aq)Cu+ZnSO4(aq)16 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.热力学平衡系统系统与环境间无物质、能量的交换，系统各状态性质均不随时间而变化时，称系统处于热力学平衡热力学平衡系统必须同时处于下列四个平衡:热平衡;机械平衡;化学平衡;相平衡17 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(1)热平衡：(2)机械平衡：(3)化学平衡：(4)相平衡：无阻碍下，系统中各部分温度相同。系统中无刚壁存在时，系统中压力相同。系统中无化学变化阻力存在时，无宏观化学反应发生系统中各相的数量和组成不随时间变化，无宏观相变18 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.3能量守恒热力学第一定律1.热力学能的概念2.功和热的概念3.热力学第一定律的数学表达式19 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多能量守恒原理:能量不能无中生有，也不会无形消失。对于热力学系统而言，能量守恒原理就是热力学第一定律。热力学第一定律的说法很多，但都说明一个问题能量守恒。能量可以从一种形式转换成另一种形式，如热和功的转换。但是，转换过程中，能量保持守恒。20 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多热力学第一定律的经典表述：不供给能量而可以连续不断对外做功的机器叫作第一类永动机。这种表述只是定性的,不能定量的主要原因是测量热和功所用的单位不同，它们之间没有一定的当量关系。1840年左右,Joule和mayer做了二十多年的大量实验后，得到了著名的热功当量:1cal=4.184J和1J=0.239cal。热功当量为能量守恒原理提供了科学的实验证明。无数事实表明，第一类永动机不可能存在。21 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(1)热力学能：除整体动能、整体势能以外的系统中一切形式的能量(如分子的平动能、转动能、振动能、电子运动能及原子核内的能等等)。(2)热力学能是系统的状态函数。(证明见下页)(3)热力学能是容量性质。(4)热力学能的绝对值现在无法测量，但对热力学来说，重要的是U。U=W绝热(5)dU在数学上是全微分。1.热力学能（内能）的概念22 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多证明：系统状态一定时，热力学能值就为定值。（反证法）系统状态从A经1或2到BU1=UBUA=U2若假设U1U2系统状态一次循环U=U1U20如此每经过一次循环，就有多余的能量产生不断循环进行，就构成了第一类永动机所以原假设不成立，即U1=U2。推论：系统状态发生变化时，系统的热力学能变化只决定于始终态，而与变化途径无关。12ABpV23 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多2.功和热的概念功和热是系统和环境之间交换能量的仅有两种形式符号规定：热Q：系统吸热为正，放热为负；功W：系统做功为负，环境对系统做功为正。功和热不是系统的状态性质，但与系统的状态变化有关，其数值大小与变化途径有关。定义：由于系统和环境之间的温度差而造成的能量传递叫作“热”；除热以外，在系统和环境之间其它形式的能量传递统称为“功”。功的种类：体积功WV,非体积功W。24 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3.热力学第一定律的数学表达式对于密闭系统：U=QW或dU=QW其中：W=WV+W因为功和热都不是状态函数，故用Q和W而不用dQ和dW以表示它们不是全微分。25 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 电源解：由于有大量水，通电时间短，故电炉丝、水的温度不变。2.系统为电炉丝和水，是绝热系统，故Q=0，电源(环境)做功W0，U=Q+W=W03.电炉丝、电源和水为系统时，是孤立系统，故U=0，Q=0，W=01.电炉丝为系统2.电炉丝和水为系统3.电炉丝、电源和水为系统。判断Q,W,U是0,0,还是=0?例题电源通电10秒大量水绝热壁1.系统为电炉丝，其状态未变，故U=0，水(环境)吸热Q026 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.体积功2.可逆过程3.相变体积功1.4体积功27 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多因系统体积变化而引起的系统与环境间交换的功称为体积功。1.体积功:压缩时膨胀时活塞抗外力移动了dl：W=-f外dl=-(f外/A)dlA=-p外dVp的单位：Pa=Nm-2活塞在外力下移动了dlW=-p外dV28 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多其中p外p外，显然功的大小与途径有关压缩时1.体积功:体积功计算公式:膨胀时29 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多向真空膨胀:p外=0抗恒外压膨胀:p外=p2可逆膨胀:p外=p内-dpW3=p外dV =(p内dp)dV p内dV(若是理想气体)W3=nRTdV/VW2=p2dV =p2(V1V2)W1=0=nRT ln(V1/V2)例如:在温度不变的条件下,体积从V1膨胀到V230 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多比较三者大小（绝对值）：膨胀过程：以可逆膨胀做功最大；压缩过程：以可逆膨胀做功最小；但是，可逆过程的膨胀功和压缩功相等。31 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多系统恢复原状的同时，环境也恢复原状，没有留下任何永久性的变化，这样的过程叫做可逆过程。2.可逆过程32 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多整个过程（1+2）系统恢复原状，U(总)=0,W(总)=W1+W2=0所以Q(总)=U(总)W(总)=0则环境也恢复原状，所以为可逆过程。其逆过程V2V1，p外=p+dp理想气体等温可逆膨胀V1V2，为何称作可逆过程？33 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.系统始终无限接近于平衡准静态过程;2.可逆过程无限缓慢;3.p外=pdp推动力和阻力只差一个无限小;4.可逆过程系统所做的功最大，环境对系统所做的功最小。可逆过程的特点：5.可视为无方向的过程。34 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多可逆功公式中的压力p要根据气态方程的具体形式代入后再进行积分。如理想气体定温膨胀：p=nRT/V若某气体气态方程为：pVm=RT+p注意：35 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(2)此过程为理想气体定温可逆过程，故J=3500J比较此两过程，可逆过程所做的功在数值上比恒外压不可逆过程所做的功大。J=5966J例题例题在25时，2molH2的体积为15dm3，此气体(1)在定温条件下(即始态和终态的温度相同），反抗外压为105Pa时膨胀到体积为50dm3；(2)在定温下，可逆膨胀到体积为50dm3。试计算两种膨胀过程的功。解(1)此过程是一恒外压不可逆过程，所以36 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多可逆相变：在温度T和平衡压力p(T)下的相变。例如：H2O(l)H2O(g)100，105Pa95，84.51kPa25，3.167kPa3.相变体积功无质量无摩擦的理想活塞恒温槽水蒸气水当理想活塞上的外压等于此温度时液体的饱和蒸气压时，则液体不蒸发，气体也不凝聚。气液两相平衡当p外=p+dp时，则气体凝聚。当p外=pdp时，则液体蒸发。37 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多相变体积功的计算：WV=p外(V1 V2)(相变)=p(V1 V2)(可逆相变)=p(Vl,s Vg)pVg(气化或升华VgVl,s)=nRT (理想气体)38 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例例 100，105Pa下1mol水经可逆相变向真空蒸发变成同温同压的水蒸气,0，105Pa下1mol冰变成同温同压的水，计算各做功多少？已知(冰)=0.917gcm-3，(水)=1.000gcm-3。W=p外V pVg=nRT=3.1kJW=p外V=0W=p外V=解解设水蒸气为理想气体39 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.5定容及定压下的热1.定容热:U=QV条件：只做体积功，定容2.焓H=U+pV3.定压热:H=Qp条件：只做体积功，定压40 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.定容热热力学第一定律 dU=QWVWU=QV条件：只做体积功(没有其它功），定容热不是系统的状态函数。但是在某些特定的条件下，某一特定过程的热却可变成一个定值。只做体积功时=QWV=QVp外dV(没有其它功）定容：=QV41 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多热力学第一定律dU=QWVW只做体积功时=QWV=Qp外dV(定压p1=p2=p外)=QppdV=Qpdp V2.定压热U=U2U1=QppVU2U1=Qp(p2V2p1V1)Qp=(U2+p2V2)(U1+p1V1)=H 2H1=HQp=H 条件：只做体积功，定压42 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(1)QV,Qp与U,H只是在特定条件下的数值上的联系；(2)U,H是系统的状态性质，系统无论发生什么过程，都有U,H，而不是定容过程、定压过程才有U,H，只不过在定容、定压条件下可用QV,Qp来计算；(3)这种关系是相互的，可由QV,Qp求U,H，也可反之。注意：注意：43 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3.焓H(1)焓是状态函数(由状态函数组合而成)；(2)容量性质：与热力学能一样，与n有关；(3)单位：J 或 kJH =U+pVdef44 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多因定压膨胀，Qp=H因绝热Qp=0所以H=Qp=0此结论是对吗？为什么？(1)若以气体为系统，电炉丝为环境，则不是绝热系统，Qp0；(2)若以气体加电炉丝为系统，则为绝热系统Qp=0，但因有电功，所以HQp。例例装置如图：恒外压，因p1=p2=p外所以是定压膨胀可见系统的选择是很重要的。电源缓慢加热p=p外p外缓慢膨胀解：结论是错的。因为45 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.6理想气体的热力学能与焓1.Joule实验2.理想气体的热力学能:U=f(T)3.理想气体的焓:H=f(T)46 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多实验结果：水浴温度不变即T=0，说明Q=0；1.Joule实验Joule实验装置1843年因向真空膨胀，W=0，所以U=Q+W=0；但V0，说明当温度恒定时，U与V无关。绝热壁47 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多纯物质单相密闭系统U=f(T,V)根据焦耳实验结果：dT=0,dV0,dU=0,则所以理想气体的热力学能只是温度的函数，即U=f(T)2.理想气体的热力学能48 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多理想气体分子之间无作用力，V增大，对U无影响；如绝热自由膨胀过程:Q=0,W=0,U=0,即为等热力学能过程，实际气体经等热力学能过程后，温度下降。气体热力学能与温度的关系的微观认识：若要维持T不变，须吸收能量，所以U增大,即实际气体膨胀时，必须克服分子内的引力(或对抗内聚力)而做功。由于分子间平均距离增大，平均位能将改变:若无外加能量时(U=0)，则要消耗分子的动能，所以T下降即=J(焦耳系数)49 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多根据H=U+pV而所以H=f(T)，理想气体的U和H只是温度的函数对于理想气体定温过程：U=0,H=0,Q=W3.理想气体的焓=U+nRT所以所以50 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.7热容2.理想气体的热容 1.定容热容和定压热容或 Cp,m=a+bT+cT 2Cp,m=a+bT+cT 2 3.热容与温度的关系51 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多CV（定容热容）=Cp（定压热容）=条件：()V或()p只做体积功，任何纯物质。1.热容52 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多对于任何纯物质:(dU)V=CV dT(dH)p=Cp dT53 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多dU id(g)=CV dTdH id(g)=Cp dT将上两式 代入焓的定义微分式 dH=dU+dpV 得 CpdT=CVdT +nRdT所以 Cp CV=nR或Cp,m CV,m=R理想气体的U、H均只是温度的函数，在无化学变化、只做体积功的任意过程中，其热力学能和焓的变化均可表示为：2.理想气体的热容54 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 CV,m Cp,m单原子分子双原子分子或线形多原子分子非线形多原子分子3R4RdU id(g)=CV dTdH id(g)=Cp dTU id(g)=CV THid(g)=CpT理想气体在无化学变化、只做体积功的任意过程中统计热力学可以证明，在通常温度下，理想气体的CV,m，Cp,m均可视为常数：32R52R52R72R55 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多纯物质的热容随温度升高而增大。其经验关系式：Cp,m=a+bT+cT 2 or Cp,m=a+bT+cT 2 注意：1.查表所得的是Cp,m Cp=nCp,m2.注意数据的适用温度范围；3.注意物质的物态。有相变化时，热的求算应分段进行，再加上相变热；4.不同书、手册所列数据可能不同，但多数情况下，计算结果差不多是相符的。高温下不同公式之间误差较大3.热容与温度的关系56 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例题2：试计算常压下，1molCO2温度从25升到200时所需吸收的热。解：上述过程为定压过程，定压下吸收的热为 查表可得CO2的Cp,m随温度的变化的经验公式为将此式代入上式可得57 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多58 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例题3：恒定压力下,2mol50的液态水变作2mol50水解：该过程包括升温、汽化和升温三个过程2mol100水2mol100水蒸气H1H22mol150水蒸气H3升温汽化升温150的水蒸汽，求过程的热。已知水和水蒸气的平均定压摩尔热容分别为75.31及33.47JK-1mol-1;水在100及标准压力下蒸发成水蒸汽的摩尔汽化热vapHm为40.67kJmol-1。59 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Qp=H=H1+H2+H3Qp1=H1=nCp,m(T2T1)=275.31(373323)J=7.531kJ=(240.67)kJ=81.341kJQp3 =H3=nCp,m(T2T1)=233.47(423373)J=3.347kJQp=H=H1+H2+H3=(7.531+81.341+3.347)kJ=92.22kJ60 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.8理想气体的绝热过程1.理想气体绝热过程2.理想气体绝热可逆过程方程pV=常数TV 1=常数Tp 1=常数61 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多绝热过程：Q=0,U=W只做体积功：U=WV=p外dV系统状态发生变化时，系统与环境之间没有热的传递，这种过程叫作“绝热过程”62 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多绝热，W=0：dU=WV=p外 dV可逆：dU=p内dV 其中 dU=CVdT 理想气体：pV=nRTCV dT=nRTdV/V整理CV dT/T=nRdV/V积分1.理想气体绝热可逆过程方程63 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多代入pV=nRT同理64 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多两边各除以CV 令Cp/Cv=65 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多T1 V1 1=T2 V2 1即TV1=常数代入T=pV/nRpV=常数代入V=nRT/pTp1=常数上面三式称为理想气体绝热可逆过程方程66 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例题例题4：求理想气体He 在下列各过程的Q,W,U,H1自由膨胀；始态：p1=106Pa,T1=273K,V1=10.0dm3终态：p2=105Pa,T2=？V2=？3定温可逆膨胀；4绝热可逆膨胀；5绝热恒外压膨胀p外=p22定温下，恒外压膨胀,p外=p267 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多U=0,H=0,T2=273K,V2=100dm3解：前三个过程均为理想气体定温过程，故2)定温恒外压膨胀:Q=W=p外V=p2(V2V1)3)理想气体定温可逆膨胀Q=W=nRTln(p1/p2)1)自由膨胀：W=Q=0,=p2V2 p2V1=p1V1 p2V1=V1(p1 p2)=9.00kJ=p1V1ln(p1/p2)=23.0kJ(n=4.406mol)68 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多根据U=(p2V2p1V1)/(1)=CV(T2T1)单原子分子：=5/3和1=2/34)根据理想气体绝热可逆过程方程：p1V1=p2V2求得V2=39.8dm3或T15/3p12/3=T25/3p22/3求得T2=108.7K代入：U=WV=(p2V2p1V1)/(1)=9.03kJ或U=WV=nCV,m(T2T1)=9.03kJH=CV,mU=15.1kJ后两个为理想气体绝热过程Q=0,U=WV=?69 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3/2(T2T1)=T1/10T2即5T2=3.2T1T2=174.7KU=WV=nCV,m(T2T1)=5.40kJH=Cp,mU=9.00kJ5)理想气体绝热恒外压膨胀:U=WVnCV,m(T2T1)=p2V1p2V270 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多过程Q/kJW/kJU/kJH/kJT2/K V2/dm3自由膨胀0000273100定温等外压9.09.0 00273100定温可逆23.023.0 00273100绝热可逆09.03 9.0315.110939.8绝热等外压05.40 5.409.017564.0例题例题5根据例题4的结果，比较不同过程功和热的大小，说明从同一始态出发，绝热可逆过程与绝热不可逆过程为何不能达到同一终态。71 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(1)1，2，3三个过程的始终态相同，所以状态函数的改变量相同。因对于理想气体T=0，U=H=0(2)上述五个过程的Q,W各不相同，说明Q,W与途径有关。在所有的过程中，等温可逆过程系统所做的功最大。(3)4，5过程的终态与前不同,所以U,H不相同。在简单状态变化过程中，定温过程与绝热过程不可能达到同一终态。（见下页的p-V图：）解72 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多p2p2V2V2 1,|slope|大，比较陡,从同一始态出发，绝热可逆线在等温线的下方。绝热可逆线pV=常数，p=C/V,所以终态V2相同时，因温度下降，p2p2pV终态p2相同时，因温度下降，V2V2定温可逆线pV=常数,p=nRT/Vp1V1温度升高73 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多根据WV=CV(T2T1)，所以|W|越大，T2越小。故绝热不可逆过程的终态温度应在定温可逆线与绝热可逆线之间当终态体积为V2时，p2p2p2。根据理想气体状态方程,当终态压力为p2时，V2V20,温度下降。大多数气体，如CO2,N2J-T0,温度上升。如H2,HeJ-T=0,温度不变。理想气体79 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例题例题6(1)CO2气通过一节流孔由5106Pa向105Pa膨胀，其温度由原来的25下降到39，试估算其J-T。（2）已知CO2的沸点为78.5，当25的CO2经过一步节流膨胀欲使其温度下降到沸点，试问其起始压力应为若干（终态压力为105Pa）？解解:(1)假设在实验的温度和压力范围内，J-T为一常数，则80 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 (2)根据J-T的定义和(1)的结果即81 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多例例:已知某实际气体的Cp,m和J-T，该气体经一等温变压(p1p2)过程后的H=？解：设计定压过程+定焓过程T1,p1T1,p2(H)T=？T2,p1定压H2=0H1=nCp,m(T2T1)定焓82 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多H=H1+H2=H1=nCp,m(T2T1)=nCp,mJ-T(p1p2)83 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.10化学反应的热效应1.化学反应的热效应2.定容反应热与定压反应热3.反应进度4.热化学方程式的写法5.反应热的测量84 第一章 热力学第一定律 返回目录退出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.化学反应的热效应一定温度，只做体积功的条件下，化学反应的热效应反应热。(反应物和产物的温度相同)热化学就是热力学第一定律在化学过程中的应用。一