习题课-热力学第一定律及其应用.ppt

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1、第一章第一章热力学第一定律及其应用热力学第一定律及其应用 （1）反抗反抗101.325kPa101.325kPa的外压恒温膨胀。的外压恒温膨胀。【P15 1-19P15 1-19】P外外=101.325kPa气体的物质的量气体的物质的量 n=W/M=100/28=3.57 mol V1=nRT1/P1=3.578.314298.2/1013250=8.7410-3 m3 V2=nRT2/P2=3.578.314298.2/101325=87.410-3m3 W2=P外外(V2 -V1)=101325(87.4-8.74)10-3=7970 J1-1 25时时100g理想气体理想气体N2从从10

2、13.25kPa经下列过程变经下列过程变化到化到101.325kPa，求体系在变化过程中所做的体积功。，求体系在变化过程中所做的体积功。P1=1013.25kPa T1=298K V1=P2=101.325KpaT2=298k V2=解：解：(2)恒温可逆膨胀。恒温可逆膨胀。(3)自由膨胀。自由膨胀。P外外=0 W3=0计算结果表明，可逆过程中所作的体积功最大。计算结果表明，可逆过程中所作的体积功最大。1-2 将将2mol100 、101.325kPa的水蒸气恒压加热至的水蒸气恒压加热至400 ，求过程吸收的热量。已知，求过程吸收的热量。已知H2O(g)的恒压摩尔的恒压摩尔热容为热容为【p21

3、 例例1-2】解：解：无非体积功恒温恒压蒸发过程无非体积功恒温恒压蒸发过程1-7 0.02kg1-7 0.02kg乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的蒸发焓为蒸发焓为857.7KJkg857.7KJkg-1-1，蒸气的比容为，蒸气的比容为0.607m0.607m3 3kgkg-1-1，试求蒸发过程的试求蒸发过程的W W、Q Q、U U、H(H(设液体乙醇的体积与设液体乙醇的体积与其蒸气相比可以忽略不计其蒸气相比可以忽略不计)。Qp=H=857.7 0.02=17.15 kJ U=Qp=15.88 kJ W=P外外(V汽汽 -V液液)P外外V汽汽 =101.3

4、251030.6070.02=1.23 kJ解：解：1-10 1mol单原子理想气体从单原子理想气体从202.65kPa、0.0112m3的的始态沿着始态沿着PT=K（k为常数）可逆压缩至为常数）可逆压缩至405.3kPa，求，求过程的过程的U U、H H、W W及及Q Q。P1=202.65kPaV1=0.0112m3 T1=P2=405.3kPa T2=V2=解：解：PT=KP P1 1T T1 1=P=P2 2T T2 2理想气体理想气体解：解：1-15（1）利用热力学关系式）利用热力学关系式证明对于理想气体证明对于理想气体(2)证明纯物质均相封闭体系证明纯物质均相封闭体系解：理想气体解

5、：理想气体并由此证明理想气体并由此证明理想气体P9 连锁法则连锁法则1-17 p1-17 p 下在下在100g100g、-5-5的过冷水中加入少量冰屑，的过冷水中加入少量冰屑，则过冷水将部分凝结为冰，最后形成则过冷水将部分凝结为冰，最后形成0 0的冰水混合的冰水混合物，由于过程进行得很快，可视为绝热。已知冰的物，由于过程进行得很快，可视为绝热。已知冰的熔化热为熔化热为333.46J333.46Jg g-1-1,0,0-5-5 水的比热容为水的比热容为4.238J4.238JK K-1-1g g-1-1。-5，100克水克水0,克冰克冰+(100-x)克水克水0，100克克 水水(1)求凝结出冰

6、的量；求凝结出冰的量；解：解：解：解：过程为绝热过程，则过程为绝热过程，则（2）过程的H H为多少？为多少？1-20 某理想气体某理想气体解：解：始态的温度为始态的温度为2525、压力为、压力为1013.25kPa1013.25kPa，求，求2mol2mol该气体经绝热该气体经绝热可逆膨胀至可逆膨胀至101.325kPa101.325kPa过程的过程的U U、HH、WW。1-21 上题中若气体反抗上题中若气体反抗101.325kPa的恒定外压绝热膨的恒定外压绝热膨胀到终态，求终态的温度及过程的胀到终态，求终态的温度及过程的U U、HH、WW。凡抗恒外压绝热膨胀，为不可逆过程，不能使用绝热可逆凡

7、抗恒外压绝热膨胀，为不可逆过程，不能使用绝热可逆过程方程。但是过程方程。但是 成立。成立。解：解：P26 例例1-41-29 求求25、P 下反应下反应的r rH Hmm（298.15k298.15k）。已知下列数据）。已知下列数据解：原式可由解：原式可由(1)2+(2)3+(3)6+(4)2所得所得1-31 在天然气的综合利用中甲烷氧化偶联制乙烯的在天然气的综合利用中甲烷氧化偶联制乙烯的反应是最有经济价值的，试由物质的标准摩尔生成反应是最有经济价值的，试由物质的标准摩尔生成焓的数据计算焓的数据计算25甲烷氧化偶联反应的标准摩尔反甲烷氧化偶联反应的标准摩尔反应焓应焓r rH Hmm（298.1

8、5k298.15k）。反应式如下：）。反应式如下：物质物质解：查热力学数据解：查热力学数据 1-33 25萘（萘（C10H8）的标准摩尔燃烧焓）的标准摩尔燃烧焓解：解：的标准摩尔的标准摩尔生成焓生成焓分别为分别为-393.51KJmol-1、-285.84KJ-285.84KJmolmol-1-1,试求试求C C1010H H8 8(s)(s)的标准摩尔生成焓的标准摩尔生成焓1-35 25丁二烯（丁二烯（g）解：解：的摩尔蒸发焓为的摩尔蒸发焓为44.01kJ44.01kJmolmol-1-1,H,H2 2O(g)O(g)、COCO2 2(g)(g)的的 分别为分别为-241.82kJ-241.

9、82kJmolmol-1-1、-393.51-393.51kJkJmolmol-1-1，求，求2525、p下由稳定单质生成下由稳定单质生成1mol1mol丁二丁二烯烯的的1-43 求反应求反应C（石墨）（石墨）+CO2（g）=2CO(g)在在25及及1000 时的标准摩尔反应焓时的标准摩尔反应焓r rH Hmm。已知下列数据。已知下列数据。解：解：物质Cp,m/JK-1mol-1C（石墨）017.15+4.2710-3T/KCO（g）-110.5226.86+6.9710-3T/KCO2(g)-393.5126.00+43.510-3T/K其中其中1-45 1molH1-45 1molH2 2

10、与过量与过量50%50%的空气在一绝热恒容密闭容器内混合的空气在一绝热恒容密闭容器内混合点火即发生爆炸，求爆炸所能达到的最高温度和最高压力。点火即发生爆炸，求爆炸所能达到的最高温度和最高压力。假定所有气体均按理想气体处理，且用平均摩尔热容做近似假定所有气体均按理想气体处理，且用平均摩尔热容做近似计算。计算。【P P47 47 例例1-151-15】解：爆炸反应在绝热恒容密闭解：爆炸反应在绝热恒容密闭容器内完成，容器内完成，Q=0,W=0,Q=0,W=0,r rU Um m=0=0反应式为反应式为:H:H2 2(g)+(g)+1/2O O2 2(g)=H(g)=H2 2O(g)O(g)(n nO

11、2O2:n:nN2N2=V=VO2O2:V:VN2N2=0.21:0.790.21:0.79)T T1 1=298.15K,p=298.15K,pH H2 2:1mol:1molO O2 2:0.75mol:0.75molN N2 2:0.750.79/0.21 0.750.79/0.21 =2.82mol=2.82mol rHm H2 rHm(298.15k)T T1 1=?,p=?,pH H2 2O:1molO:1molO O2 2:0.25mol:0.25molN N2 2:2.82mol:2.82molT T1 1=298.15K,p=298.15K,pH H2 2O:1molO:1molO O2 2:0.25mol:0.25molN N2 2:2.82mol:2.82mol以以1molH1molH2 2(g)(g)为计算基准，反应始、终态及物料关系如下：为计算基准，反应始、终态及物料关系如下：rUm=0 U2 rUm(298.15k)解：解：反应式为反应式为:H:H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)=H(g)=H2 2O(g)O(g)(查表查表)