秋热力学第一二定律习题课.pptx
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1、会计学1秋热力学第一二定律习题课秋热力学第一二定律习题课:H2O(g)p1=0.5101.325kPaV1=100dm3T1=373.15Kn=?:H2O(g)p2=101.325kPaV2=?T2=373.15Kn=?:H2O(g+l)p3=101.325kPaV3=10.0dm3T3=?ng=?,nl=?等温可逆等温可逆等压等压(1)(2)求整个过程的求整个过程的Q、W、U和和H。各状态下物质的量;各状态下物质的量;各状态下各状态下p、V、T;求求Q、W、U和和H。解题分析解题分析第1页/共47页:H2O(g)p1=0.5101.325kPaV1=100dm3T1=373.15Kn=?状态
2、状态I:根据:根据 pV=nRT 可得可得等温可逆等温可逆(1)状态状态II:根据:根据 pV=nRT 可得可得 V2=50dm3III:H2O(g+l)p3=101.325kPaV3=10.0dm3T3=?ng=?,nl=?等压等压(2):H2O(g)p2=101.325kPaV2=?T2=373.15Kn=1.633mol解解设气体为理想气体设气体为理想气体第2页/共47页III:H2O(g+l)p3=101.325kPaV3=10.0dm3T3=?ng=?,nl=?等压等压(2):H2O(g)p2=101.325kPaV2=?T2=373.15Kn=1.633mol判断过程的可逆性:判断
3、过程的可逆性:373.15K、101.325kPa下,水发生下,水发生(等温等压等温等压)可逆相变可逆相变:等温等压可逆相变:等温等压可逆相变T3=T2=373.15K又又l(958kgm3)g(0.588kgm-3)Vg V3=10.0dm3;第3页/共47页I:H2O(g)p1=0.5101.325kPaV1=100dm3T1=373.15Kn=1.633molII:H2O(g)p2=101.325kPaV2=50dm3T2=373.15Kn=1.633molIII:H2O(g+l)p3=101.325kPaV3=10.0dm3T3=373.15Kng=0.327mol,nl=1.306m
4、ol等温可逆等温可逆(2)等温等压可逆相变等温等压可逆相变(1)求求 Q、W、U和和H。第4页/共47页(1)理想气体等温可逆压缩过程理想气体等温可逆压缩过程,且,且没有没有发生相变发生相变,则则U1=H1=0;I:H2O(g)p1=0.5101.325kPaV1=100dm3T1=373.15Kn=1.633molII:H2O(g)p2=101.325kPaV2=50dm3T2=373.15Kn=1.633mol等温可逆等温可逆(1)第5页/共47页II:H2O(g)p2=101.325kPaV2=50dm3T2=373.15Kn=1.633mol(2)等温等压可逆相变等温等压可逆相变(2)
5、等温等压可逆相变等温等压可逆相变III:H2O(g+l)p3=101.325kPaV3=10.0dm3T3=373.15Kng=0.327mol,nl=1.306mol因为等压,故因为等压,故第6页/共47页I:H2O(g)p1=0.5101.325kPaV1=100dm3T1=373.15Kn=1.633molII:H2O(g)p2=101.325kPaV2=50dm3T2=373.15Kn=1.633molIII:H2O(g+l)p3=101.325kPaV3=10.0dm3T3=373.15Kng=0.327mol,nl=1.306mol等温可逆等温可逆(2)等温等压可逆相变等温等压可逆
6、相变(1)所以所以第7页/共47页求解热力学过程中热力学函数变化值应该注意的地方:求解热力学过程中热力学函数变化值应该注意的地方:1.不同的热力学过程有不同的公式计算,需要不同的热力学过程有不同的公式计算,需要记忆记忆。以下是一些基本的热力学变化过程:以下是一些基本的热力学变化过程:第一类:简单状态变化:第一类:简单状态变化:理想气体的等温、等容、等压、恒外压、绝热、自由膨理想气体的等温、等容、等压、恒外压、绝热、自由膨胀、多方可逆。胀、多方可逆。实际气体根据题目提供的气体状态方程计算。实际气体根据题目提供的气体状态方程计算。第二类:发生相变或化变:第二类:发生相变或化变:等温等压可逆相变、等
7、温等压化学反应。等温等压可逆相变、等温等压化学反应。第8页/共47页求解热力学过程中热力学函数变化值应该注意的地求解热力学过程中热力学函数变化值应该注意的地方:方:2.准确判断题目中所发生的热力学过程。准确判断题目中所发生的热力学过程。例如,作业例如,作业Page201-14题:将题:将1mol液态苯在正常沸液态苯在正常沸点点353K、101.3kPa压力下,向真空蒸发为同温同压压力下,向真空蒸发为同温同压的蒸汽的蒸汽判断该过程为:判断该过程为:A.等温等压可逆相变;等温等压可逆相变;B.自由膨胀;自由膨胀;C.恒外压为恒外压为0的相变过程。的相变过程。C第9页/共47页求解热力学过程中热力学
8、函数变化值应该注意的地方:求解热力学过程中热力学函数变化值应该注意的地方:3.对于计算得到的结果,应运用所学知识,判断是否合对于计算得到的结果,应运用所学知识,判断是否合理:理:“毛估毛估”。(1)根据化学常识判断过程的根据化学常识判断过程的吸放热吸放热、系统做功还是环系统做功还是环境做功境做功,判断,判断Q、W的的符号符号。(2)常见的热力学题型有两种:常见的热力学题型有两种:对于题型对于题型A,U既可从既可从Q+W求解,也可从求解,也可从U1+U2的角度求解,因此,得到计算结果后,可以用另一种途的角度求解,因此,得到计算结果后,可以用另一种途径检验一下,是否一致。径检验一下,是否一致。始态
9、始态I状态状态IIn-1状态状态终态终态n21(A)第10页/共47页 对对于于题题型型B,根根据据状状态态函函数数的的定定义义,U、H、S、A、G只只取取决决于于始始终终态态,因因此此各各个个途途径径求求解解得得到到的的变变化化值值应应相相同同。解解题题时时既既可可利利用用此此性性质质直直接接求求解解,也也可可按按过过程程求求解解,依依此此性性质质检检查查结结果果是是否正确。否正确。始态始态I3终态终态II21(B)第11页/共47页2已知在已知在263.15K时水和冰的饱和蒸气压分别为时水和冰的饱和蒸气压分别为pl611Pa 和和 ps552Pa,273.15K下水的凝固热为下水的凝固热为
10、6028 Jmol1,水和冰的等压摩尔热容分别为,水和冰的等压摩尔热容分别为75.4JK1mol1和和37.1JK1mol1。试求:。试求:(1)273.15K、101.325kPa下下1mol水凝结为冰过程的水凝结为冰过程的S,G;(2)263.15K、101.325kPa下下1mol水凝结为冰过程的水凝结为冰过程的S和和G,并判断该过程能否自动进行。,并判断该过程能否自动进行。第12页/共47页(1)求解求解273.15K、101.325kPa下下1mol水凝结为冰过水凝结为冰过程的程的S,G。解:由于该过程为解:由于该过程为等温等压可逆相变等温等压可逆相变,G=0。可逆过程,可逆过程,已
11、知已知273.15K下水的凝固热为下水的凝固热为6028 Jmol1,说明说明系统放热系统放热引起熵变为引起熵变为22.07JK-1,则,则环境吸热引环境吸热引起熵变起熵变22.07JK-1。总熵变为。总熵变为0。第13页/共47页(2)263.15K、101.325kPa下下1mol水凝结为冰过程的水凝结为冰过程的S 和和 G,并判断该过程能否自动进行。,并判断该过程能否自动进行。分析分析:过冷水的凝结,为:过冷水的凝结,为不可逆不可逆过程,需过程,需根据已知条根据已知条件件设计可逆设计可逆过程求解。过程求解。已知条件:已知条件:在在263.15K时水和冰的饱和蒸气压分别为时水和冰的饱和蒸气
12、压分别为pl611Pa 和和 ps552Pa,273.15K下水的凝固热为下水的凝固热为6028 Jmol1,水和冰的等压摩尔热容分别为水和冰的等压摩尔热容分别为75.4 JK1mol1和和37.1 JK1mol1。263.15K,611Pa,H2O(l)H2O(g)263.15K,552Pa,H2O(s)H2O(g)273.15K,101.325kPa,H2O(l)H2O(s)第14页/共47页解法一:解法一:根据根据已知的已知的饱和蒸汽压设计可逆过程饱和蒸汽压设计可逆过程H2O(l,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(s,1mol)263.15K,101.325kPa?H
13、2O(l,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,552PaH2O(s,1mol)263.15K,552Pa等温可逆等温可逆等温等压可逆相变等温等压可逆相变等温等压可逆相变等温等压可逆相变等温可逆等温可逆等温可逆等温可逆G=?第15页/共47页H2O(l,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(s,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(l,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,552PaH2O(s,1
14、mol)263.15K,552Pa凝聚态的等温可逆过程凝聚态的等温可逆过程等温等压可逆相变等温等压可逆相变气体等温可逆气体等温可逆G2=G4=0第16页/共47页根据热力学基本方程根据热力学基本方程dG=SdT+Vdp,得,得G1=Vdp 由于凝聚态的等温变压过程可忽略其体积变化,由于凝聚态的等温变压过程可忽略其体积变化,G1=Vdp=Vl(p2 p1)=Vl(611Pa101325Pa);同理同理G5=Vs(p2 p1)=Vs(101 325Pa552Pa);H2O(l,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(s,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(l,1mo
15、l)263.15K,611PaH2O(s,1mol)263.15K,552Pa凝聚态的等温可逆过程凝聚态的等温可逆过程第17页/共47页G1=Vl(611Pa 101 325Pa);G5=Vs(552Pa 101 325Pa);由由于于液液态态水水与与固固态态水水密密度度接接近近,因因而而有有VlVs,且且值值很很小小,同同时时(611Pa101325Pa)(552Pa101325Pa),则有则有 G1 G5;H2O(l,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(s,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(l,1mol)263.15K,611PaH2O(s,1mol)
16、263.15K,552Pa凝聚态的等温可逆过程凝聚态的等温可逆过程第18页/共47页H2O(g,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,552Pa气体等温可逆气体等温可逆过程过程(3)可视为理想气体等温可逆膨胀,则可视为理想气体等温可逆膨胀,则 dG=Vdp综上,综上,G1G5;G2=G4=0;G3=222.2J;则则G=G1+G2+G3+G4+G5222.2J。G0 说明说明263.15K、101.325kPa下,水凝结为冰为自下,水凝结为冰为自发过程。发过程。第19页/共47页S=?H2O(l,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(s,1m
17、ol)263.15K,101.325kPaH2O(l,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,611PaH2O(g,1mol)263.15K,552PaH2O(s,1mol)263.15K,552Pa凝聚态的等温可逆过程凝聚态的等温可逆过程等温等压可逆相变等温等压可逆相变气体等温可逆气体等温可逆第20页/共47页求:求:(2)263.15K、101.325kPa下下1mol水凝结为冰过程水凝结为冰过程的的S 和和 G,并判断该过程能否自动进行。,并判断该过程能否自动进行。已知条件:已知条件:在在263.15K时水和冰的饱和蒸气压分别为时水和冰的饱和蒸气压分别为
18、pl611Pa 和和 ps552Pa;273.15K下水的凝固热为下水的凝固热为6028 Jmol1,水和冰的等压摩尔热容分别为水和冰的等压摩尔热容分别为75.4 JK1mol1和和37.1 JK1mol1。G=222.2J;S=?273.15K,101.325kPa,H2O(l)H2O(s)第21页/共47页解法二:解法二:依据条件依据条件273.15K下水的凝固热为下水的凝固热为6028 Jmol1,水和冰的等压摩尔热容分别为水和冰的等压摩尔热容分别为75.4 JK1mol1和和37.1 JK1mol1。H2O(l,1mol)263.15K,101.325kPaH2O(s,1mol)263
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