2017物理化学热力学第一章ppt课件.ppt
资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值第一章：热力学第一定律1.1 基本概念1.2 热力学第一定律1.3 体积功与可逆过程1.4 定容和定压过程1.5 热容热容1.6 理想气体绝热过程 1.7 实际气体的节流过程1.8 热化学与各种热效应1.9 反应热与温度的关系 2023/3/22资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值31.理想气体的内能只是温度的函数焦耳实验焦耳实验(空气向空气向真空真空膨胀）膨胀）空气自由膨胀空气自由膨胀 W0；水温水温T 不变，空气温度不变，不变，空气温度不变，Q0；由由 UQ+W 得得 U0。空气空气 真空真空膨胀前膨胀前 膨胀后膨胀后 T TT T图图:空气向空气向真空真空膨胀膨胀说明：温度一定时，气体的内能是一定值，与体积无关说明：温度一定时，气体的内能是一定值，与体积无关 1.5 热容资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值4 结论：物质的量不变结论：物质的量不变(组成及量不变组成及量不变)时，理想气体的内能时，理想气体的内能U 只是温度的函数只是温度的函数。Uf（T）0 0 0在焦耳在焦耳试验试验中中 1.5 热容 对纯物质单相密闭系统，所发生的任意过程，其内能变化可表示为对纯物质单相密闭系统，所发生的任意过程，其内能变化可表示为资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值52.理想气体的理想气体的焓焓只是温度的函数只是温度的函数结论：理想气体的焓也不随体积和压力而变化结论：理想气体的焓也不随体积和压力而变化 Hf（T）pVnRT恒温时，恒温时，T不变不变 0 0 1.5 热容资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值定温过程定温过程:U=0，H=0因因为为U=Q+W Q=-W 1.5 热容6资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 对对于于不不发发生生相相变变和和化化学学变变化化的的均均相相封封闭闭系系统统，不不做做非非体体积积功功，热热容容的的定定义义是是：一系统每升高单位温度所需吸收的热一系统每升高单位温度所需吸收的热。单位：单位：JK-1摩尔热容：摩尔热容：单位单位:JK-1mol-1 热容的大小与系统所含物质的量和升温的条件有关，所以有各种不同的热容。热容的大小与系统所含物质的量和升温的条件有关，所以有各种不同的热容。如物质的量为如物质的量为1mol 则称为摩尔热容。则称为摩尔热容。Q不不是是一一个个全全微微分分，如如果果不不指指定定条条件件，则则热热容容是是一一个个数数值值不不确确定定的的物物理理量量。通通常只有在定容和定压的条件下，热容有一定的数值。常只有在定容和定压的条件下，热容有一定的数值。1.5 热容3.热热容容7资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(1)(1)定容热容和定容摩尔热容定容热容和定容摩尔热容定容热容就是定容条件下系统内能随温度增加的变化率。定容热容就是定容条件下系统内能随温度增加的变化率。定容过程中，系统的内能的变化，可写为定容过程中，系统的内能的变化，可写为封闭系统，封闭系统，定容定容，只做体积功，只做体积功 QV=dU 1.5 热容8资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值对定压热容，不做非体积功对定压热容，不做非体积功 Qp=dH(2)(2)定压热容和定压摩尔热容定压热容和定压摩尔热容定压热容就是定压条件下系统的焓随温度增加的变化率。定压热容就是定压条件下系统的焓随温度增加的变化率。对任何物质，定压过程中对任何物质，定压过程中注意点注意点a)C不是系统的性质，与路径有关；不是系统的性质，与路径有关；b)CV,m(T,V)，Cp,m(T,p)是系统的性质，是与是系统的性质，是与T、p和和V有关的强度量。有关的强度量。1.5 热容9资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值对于不做非体积功的过程 式式(a)及及(b)对对气气体体分分别别在在等等容容、等等压压条条件件下下单单纯纯发发生生温温度度改改变变时时计计算算 U，H均均适适用用。而而对对液液体体、固固体体不不分分定定容容、定定压压，单单纯纯发发生生温温度度变变化化时时均均可可近近似似应应用。用。(a)(b)1.5 热容10资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值对于纯物质单相密闭系统（双变量系统）：CV 和和Cp的关系（的关系（习题21）1.5 热容11资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值CV 和和Cp的关系（的关系（习题21）1.5 热容设任意物任意物质U=f(T,V)根据定根据定义式式 dH =dU+dpV整理整理为：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值CV 和和Cp的关系（的关系（习题21）1.5 热容等式两等式两边各除以各除以(dT)p，等式右，等式右边第二第二项为零零等式两等式两边各除以各除以(dT)V，等式右，等式右边第一第一项为零零 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 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：理想气体的理想气体的热容容 1.5 热容14资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值将上两式将上两式 代入焓的定义微分式代入焓的定义微分式 理想气体的理想气体的热容容 1.5 热容2023/3/22资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值CV,mCp,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 统计热力学可以证明，在通常温度下，理想气体的统计热力学可以证明，在通常温度下，理想气体的C CV,mV,m，C Cp,mp,m均可视为常均可视为常数：数：理想气体的理想气体的热容容 1.5 热容16资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值纯物物质的的热容随温度升高而增大。其容随温度升高而增大。其经验关系式：关系式：Cp,m=a+bT+cT 2 或或 Cp,m=a+bT+cT 2 热容与温度的关系容与温度的关系 1.5 热容 式式中中a，b，c和和c是是经经验验常常数数，由由各各种种物物质质本本身身的的特特性性决决定定，可由热力学数据表查得。可由热力学数据表查得。气气体体、液液体体及及固固体体的的热热容容与与温温度度有有关关，其其值值随随温温度度的的升升高高而而逐逐渐渐增增大大。热热容容与与温温度度的的关关系系不不能能用用简简单单的的数数学学式式表表示示。两两个常用的经验公式个常用的经验公式17资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值注意：注意：1.查表所得的是表所得的是Cp,m ；Cp=nCp,m2.注意数据的适用温度范注意数据的适用温度范围；3.注意物注意物质的物的物态。有相。有相变化化时，热的求算的求算应分段分段进行，再加上相行，再加上相变热；4.不不同同书、手手册册所所列列数数据据可可能能不不同同，但但多多数数情情况况下下，计算算结果果差差不不多多是是相相符符的。高温下不同公式之的。高温下不同公式之间误差差较大大 1.5 热容资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值解解 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例题19资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值例题20资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2mol 50水解解 该过程包括升温、汽化和升温三个过程该过程包括升温、汽化和升温三个过程2mol 100水2mol 100水蒸气H1H22mol 150水蒸气H3升温汽化升温恒定压力下,2mol 50的液态水变作150的水蒸气，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 JK-1 mol-1及33.47 JK-1 mol-1；水在100及标准压力下蒸发成水蒸气的摩尔气化热vapHm 为40.67 kJmol-1。例题21资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值Qp,1=H1=nCp,m(T2 T1)=275.31(373 323)J=7.531kJ =(240.67)kJ=81.34 kJQp,3 =H3=nCp,m(T2 T1)=233.47(423 373)J=3.347 kJQp=H=H1+H2+H3 =(7.531+81.34+3.347)kJ=92.22 kJQp=H=H1+H2+H3例题22资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值第一章：热力学第一定律1.1 基本概念1.2 热力学第一定律1.3 体积功与可逆过程1.4 定容和定压过程1.5 热容热容1.6 理想气体绝热过程 1.7 实际气体的节流过程1.8 热化学与各种热效应1.9 反应热与温度的关系 2023/3/22资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 在在绝绝热热过过程程中中，系系统统与与环环境境间间无无热热的的交交换换，但但可可以以有有功功的的交交换换。根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：若若系系统统对对外外做做功功，热热力力学学能能下下降降，系系统统温温度度必必然然降降低低。反反之之，则则系系统统温温度度升升高高。因因此此绝绝热热压压缩缩，使使系系统统温温度度升升高高，而而绝绝热热膨膨胀胀，可可获获得得低低温温。若若一一系系统统在在状状态态发发生生变变化化的的过过程程中中，系系统统与与环环境境之之间间无无热热的的交交换换，此过程称为此过程称为绝热过程绝热过程。1.6 理想气体的绝热过程资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值251.理想气体绝热过程1）绝热过程的基本公式：理想气体单纯p，V，T 变化所以若视CV，m为常数无论绝热过程是否可逆，上式均成立。Q0，dUW1.6 理想气体的绝热过程资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值262）理想气体绝热可逆过程方程式Q0，若W 0则 dUW因为 1.6 理想气体的绝热过程资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值271.6 理想气体的绝热过程资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值式(1)(2)(3)(4)应用条件：封闭体系，W0，理想气体，绝热，可逆过程。(2)(1)(3)(4)1.6 理想气体的绝热过程2023/3/22资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值29 T1273K V110LT2？V2？绝热可逆过程T2，Q，W，U，H？解：气体氦是单原子分子=Cp,m/CV,m=1.67例题气体氦资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值T2=143K(1)方法(A)例题资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值31方法(B)Tp(1)=常数例题资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值32(3)(4)(5)(2)因为是绝热过程，所以Q0例题资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值33等温可逆与绝热可逆膨胀过程的比较等温可逆与绝热可逆膨胀过程的比较膨胀至相同体积膨胀至相同体积膨胀至相同压力膨胀至相同压力dT=0Q=0dT=0Q=0dp=0例题资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值341.在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间:()(A)一定产生热交换 (B)一定不产生热交换 (C)不一定产生热交换 (D)温度恒定与热交换无关 C练习2.1mol，373K，标准压力下的水经下列两个不同过程达到 373K标准压力下的水气，(1)等温等压可逆蒸发 (2)真空蒸发，这两个过程中功和热的关系为:()(功都按绝对值计算)(A)W1 W2 Q1 Q2 (B)W1 W2 Q1 W2 Q1 Q2A资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值353.1mol单原子理想气体，从273K，202.65 kPa,经pT=常数的可逆途径压缩到405.3 kPa 的终态，该气体的U为:()(A)1702 J (B)-406.8 J (C)406.8 J (D)-1702 J D练习资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值364.判断以下各过程中Q，W，U，H是否为零？若不为零，请判断是大于零还是小于零？过程过程 QW U H1.理想气体恒温可逆膨胀理想气体恒温可逆膨胀2.理想气体真空膨胀理想气体真空膨胀3.理想气体绝热、反抗恒理想气体绝热、反抗恒外压膨胀外压膨胀4.273K,p下，冰融化成，冰融化成水水00=0=0=0=0=0=000000=00练习资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值375.填空题 1）1mol理想气体绝热可逆膨胀，W _ 0。2）1mol理想气体经恒温可逆膨胀、恒容加热、恒压压缩回到始态，U _ 0，H_ 0，W_ 0。练习练习
