热力学第一定律1

热力学第一定律

能量守恒定律

[学习目标定位]1.理解热力学第一定律及其符号规定.2.能运用热力学第一定律讨论理想气体

等压、等容和等温过程的能量转换关系.3.

理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵

从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能造成的．

1

．改变物体内能的两种方式：做功和热传递．两者在改变系统内能方面是等效的．

2

．物体的内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，物体的内能跟物体

的温度、体积和物质的量有关．

一、热力学第一定律：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增

加ΔU

就等于物体吸收的热量Q

和外界对物体做的功W

之和．即ΔU

＝Q

＋W.

二、理想气体的特点

1

．理想气体的微观模型：忽略了分子之间的作用力，忽略了分子势能，所以理想气体的内

能等于分子热运动动能的总和．

2．理想气体的内能只跟温度和物质的量有关，与体积无关．

三、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化成为另

一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．

四、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．

五、第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律.

一、热力学第一定律

[

问题设计]

一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判定是经过对它

做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系

统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等效的，那么当外界对系统做

功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？

答案系统内能的增量ΔU

＝Q

＋W.

[要点提炼]

1

．热力学第一定律的表达式：ΔU

＝Q

＋W.

2

．对公式ΔU

＝Q

＋W

符号的规定

符号W Q ΔU

＋外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加

－热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少

3.三种特殊情况

(1)

热力学第一定律

1、热力学第一定律的数学表达式UQWΔ=+只能适用于 封闭体系 。

2、如图1所示，在一绝热箱中装有水，水中通一电阻丝，由蓄电池供电，通电后水及电阻丝的温度均略有升高。今以水为物系，其余为环境。则000QWU>=Δ>，，。 蓄电池

水

电阻丝

绝热壁

图1 3、上题中，若以水和电阻丝作为物系，其余为环

境。则有000QWU=，，。

4、如2题所述。若电池放电时无热效应，今以电池和电阻丝为物系，其余为环境。则有00QWU<=Δ<，，0。

5、如2题所述。以蓄电池为物系，其余为环境。

则有000QWU<。 =>Δ，，6、1mol单原子理想气体，在300K时绝热压缩到500K，则其焓变HΔ约为4157J 。 7、同一温度下，同一气体物质的等压摩尔热容pC与等容摩尔热容VC之间存在

pVC>。C

8、对于任何循环过程，物系经历了iA

10 20 3

2 1 040 30 4

V/dm3 p/pθ

图2 布变化，则根据热力学第一定律应该是0iiQW+=∑∑。

9、如图2所示，一气体物系从A开始经历了一个方向箭头所示的可逆循环，则循环一周所作的功应该是3220dmatm×⋅。 10、于理想气体，下列关系中不正确的是：0VUT∂⎛⎞=⎜⎟∂⎝⎠

00V00UUHUp⎛⎞⎛⎞∂∂∂∂⎛⎞⎛⎞⎜⎟∂⎝⎠。

11、3mTTTTTp====⎜⎟⎜⎟⎜⎟∂∂∂⎝⎠⎝⎠⎝⎠，，，

ol单原子理想气体，从初态11aTKp300101.325kP==，反抗恒定的外压56.2300TK625kPa作不可逆膨胀，至终态=， 256.625kPap=。对于这个过程3741JQ=，3741JW=， 0UΔ=，

0HΔ=。

12、如图3有一封闭体系，当状态从A到B发生变化时经历二条任意的不同路径，则下列正确的是112QWQW+=+ 2

2

13、若物系为1mol的物质，则下列量属状态函数的是：121(1);QQWW==(2)

1122(3)0QWQWU+=+Δ=;(4)

一、选择题

1． 热力学第一定律ΔU=Q+W 只适用于

(A) 单纯状态变化 (B) 相变化

(C) 化学变化 (D) 封闭物系的任何变化

2．关于热和功, 下面的说法中, 不正确的是

(A) 功和热只出现于系统状态变化的过程中, 只存在于系统和环境间的界面上

(B) 只有在封闭系统发生的过程中, 功和热才有明确的意义

(C) 功和热不是能量, 而是能量传递的两种形式, 可称之为被交换的能量

(D) 在封闭系统中发生的过程中, 如果内能不变, 则功和热对系统的影响必互相抵消

3．关于焓的性质, 下列说法中正确的是

(A) 焓是系统内含的热能, 所以常称它为热焓

(B) 焓是能量, 它遵守热力学第一定律

(C) 系统的焓值等于内能加体积功

(D) 焓的增量只与系统的始末态有关

4．与物质的生成热有关的下列表述中不正确的是

(A) 标准状态下单质的生成热都规定为零

(B) 化合物的生成热一定不为零

(C) 很多物质的生成热都不能用实验直接测量

(D) 通常所使用的物质的标准生成热数据实际上都是相对值

5.如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气(视为理想气体)，已知p右> p左，将隔板抽去后:

（A） Q ＝0, W ＝0, U ＝0 （B） Q＝0, W <0, U >0

（C）. Q >0, W <0, U >0 （D） U ＝0, Q＝W0

6. 压力为106Pa 的2m3范德华气体进行绝热自由膨胀，直至体系压力达到5×105Pa时为止。此变化中，该气体做功为多少：

(A) 2×106J (B) 106J (C) 105J (D) 0J

二、判断题

1.可逆过程中，体系对环境做功最大，而环境对体系做功最小。

2.理想气体绝热恒外压膨胀时，其温度将升高。

3.对于一定量的理想气体，温度一定，热力学能和焓也随之确定。

第一讲 绪论 热力学第一定律

一. 目的和要求

1. 了解物理化学的研究对象及在国民经济和药学中的作用。

2. 了解热力学的研究方法。

3. 掌握状态函数等热力学基本概念。

4. 了解功和热与过程有关，只有在体系与环境进行能量交换时才有意义。

5. 熟悉热力学的恒温、恒压、恒容、绝热和循环等过程。

二. 重点和难点

1. 重点：热力学基本概念。

2. 难点：状态函数的概念及特点。

三. 讲授基本内容和要点

绪论

㈠物理化学的研究对象及特点

⒈研究对象：从研究物理变化和化学变化的联系入手，探求化学变化基本规律的一门科学。

2. 特点：理论性强，抽象，称为理论化学。

3. 在国民经济和药学中的作用

㈡基本内容

1.化学热力学 2.化学动力学 3.物质结构

㈢研究方法

㈣学习方法及要求。

第一章 热力学第一定律

§1-1热力学概论

㈠热力学

热力学是研究自然界各种形式的能量的相互关系及转化规律的科学。

主要内容：

1. 热力学第一定律：过程中，能量的转化是可逆的。

2. 热力学第二定律：从能量的转化的特点，指出过程的方向和限度。

㈡化学热力学

将热力学原理应用于化学变化及与化学变化有关的物理变化中，发展成热力学的一个重要分支。

§1-2热力学基本概念

㈠体系和环境

体系：我们所选择的研究对象。

环境：在体系周围与体系有关系的物质。

孤立体系；封闭体系；敞开体系。

㈡体系的性质、状态、状态函数

1. 性质：体系的温度、压力、体积、密度……都是体系的热力学性质，简称性质。

广度性质；强度性质。

2. 状态：体系热力学性质的综合表现。