热力学第一定律5

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 热力学第一定律,1-1,基本概念,1-2,可逆过程,1-3,热力学第一定律,1-4,两种过程的热,-Q,V,，,Q,P,1-5,简单变温过程热的计算,1-6,关于相变的初步讨论,1-7,理想气体状态变化时能量转换关系,1-8,第一定律对化学反应的应用,-,热化学,1-7,理想气体状态变化时能量转换关系,1-7-1,自由膨胀,1-7-2,等温过程,1-7-3,等容过程,1-7-4,等压过程,1-7-5,绝热过程,1-7-1,自由膨胀,1843 Joule,实验,实验结果及讨论,焦耳实验结果：空气膨胀前后水的温度不变，就是说，空气温度不变。,讨论：,Q=0,，,W=0,，,U=0,。,结论：,物质的量不变,(,组成及量不变,),时，理想气体的热力学能只是温度的函数。用数学式可表述为,U,f,（,T,）,或,理想气体的焓只是温度的函数,数学式表述为,H,f,（,T,）,或,学完第二定律后可严格证明。,-Joule,定律,注意：上述结论只适用于一定量的理想气体,单纯,p,，,V,，,T,变化,！,Question,理想气体自由膨胀,Q=0,，,W=0,，,U=0,，,H=0,。,1-7-2,等温过程,1-7-3,等容过程,1-7-4,等压过程,总结,因为理想气体的热力学能及焓只是温度的函数，所以上面二式对理想气体的单纯,p,，,V,，,T,变化,(,包括等压、等容、等温、绝热等,),均适用。,1-7-5,绝热过程,（,1,）从先,求,U,入手：,（,2,）从先求,W,入手：,绝热可逆过程方程式,应用条件：封闭系统，,W,0,，,理想气体，绝热，可逆过程。,理想气体等温可逆过程：,理想气体状态方程：,绝热可逆过程功的计算,举例,（,1,）绝热可逆过程；,（,2,）反抗恒外压,p,的绝热不可逆过程。,解：,（,1,）绝热可逆过程,可由下面过程方程求得末态温度：,（,2,）反抗恒外压,p,的绝热过程,二式联立可得末态温度,T,2,=202.8K,。,示意图,结论,（,1,）,（,2,）从同一始态，经绝热可逆与绝热不可逆过程，不可能达同一末态。,换句话说，在同一始末态间，若存在绝热可逆过程，则不可能存在绝热不可逆过程。,Question 1,Answer,Question 2,判断下列过程,Q,、,W,、,H,、,U,的符号。,Question 3,Question 4,Question 5,作业,1-3.,10 mol,理想气体由,25,、,10,Pa,膨胀到,25,、,10,5,Pa,设过程为,(i),自由膨胀,;(ii),对抗恒外压,10,5,Pa,膨胀,;(iii),等温可逆膨胀。分别计算以上各过程的,W,Q,U,和,。,1-4.,在,298.15,，,101.3,kPa,压力下,1 mol,单原子理想气体进行绝热膨胀,最后压力为,101.3,kPa,若为,(i),可逆膨胀,;(ii),对抗恒外压,101.3,kPa,膨胀,求上述二绝热膨胀过程的气体对外界所作的功,;,气体的热力学能变化及焓变。,作业,1-5,.1 mol,水在,100,101.325kPa,下变成同温同压下的水蒸气,(,视水蒸气为理想气体,),然后等温可逆膨胀到,10132.5Pa,计算全过程的,U,，,H,。,已知水的汽化焓,vap,H,m,(373.15 K),40.67,kJ,mol,-1,。,1-8,热化学,-,第一定律对化学反应的应用,1-8-1,关于化学反应的热效应,1-8-2,Hess,定律,1-8-3,热效应计算方法,1,、定义,在等温等压或等温等容不作非体积功的条件下，化学反应放出或吸收的热量，称为化学反应的热效应。,1-8-1,化学反应的热效应,示意图,（,1,）人类生产条件一般为等压或等容；,（,2,）在理论上易处理；,（,3,）反应热效应一般是等温的。,2,、影响因素,（,1,）,T,（,2,）,p,或,V,（,3,）,聚集状态,（关于标准状态）,（,4,）物质数量,（关于反应进度）,物质的热力学标准态的规定,气体的标准态：,温度为,T,，,压力,p,y,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：,纯液体（或固体）：,温度为,T,，,压力,p,y,下液体,(,或固体,),纯物质,B,的状态。,溶液或混合物：第四章详细介绍。,注意：,按,GB3102.893,中的规定，标准状态时的压力,标准压力,p,100kPa,，,右上角标“,y,”,表示标准态的符号。我们课上及考试,中,p,101.325kPa,。,3,、反应的量及反应进度概念,例：,Question,（,1,）,1mol,指哪种物质？,（,2,）如何表示反应的量？,具体数据,定义反应进度,讨论,（,1,）单位：,mol,；,=mol,（,2,）,意义,；,（,3,）,反应计量方程式写法不同时，,值不同；,意义,0mol,，,n,B,=0,，,未反应；,1mol,，,n,B,=,B,，,表示按计量数反应，即,1mol,的,N,2,和,3mol,的,H,2,反应生成,2mol,的,NH,3,。,将整个反应当作一个单位，例：,1mol,表示进行了一个单位的反应，,称做进行了,1mol,的化学反应。,前例,2.5mol,，,表示：,Question-Answer,Answer:,1mol,热化学方程式：,注明具体反应条件,(,如,T,p,聚集态,焓变,),的化学反应方程式。,如,2C,6,H,5,COOH,（,s,p,298.15K,）,15O,2,（,g,p,298.15K,）,6H,2,O,（,l,p,298.15K,）,14CO,2,（,g,p,298.15K,）,其标准摩尔焓变,D,r,H,m,（,298.15K,）,6445.0kJmol,1,1mol,的意义？,举例,4,、,Q,p,Q,V,的关系,讨论,（,1,）,D,为,g,且设为理想气体，则,：,H,3,=0,。,（,2,）,D,为,l,或,s,，,H,3,0,，,但对凝聚体系而言，,同样有：,对任意反应：,亦可表示为,：,