第一章热力学第一定律
本章主要公式及其使用条件
一、热力学第一定律
WQU＝ WQdU
热力学中规定体系吸热为正值，体系放热为负值；体系对环境作功为负值，环境对体系作功为正值。功分为体积功和非体积功。
二、体积功的计算
体积功：在一定的环境压力下，体系的体积发生改变而与环境交换的能量。
体积功公式 dVpW外
1 气体向真空膨胀：W＝0
2气体在恒压过程：)(12
21VVpdVpWVV外外
3理想气体等温可逆过程：
2112ln lnppnRTVVnRTW
4理想气体绝热可逆过程：
)(12,TTnCWUmV＝
理想气体绝热可逆过程中的p，V，T可利用下面两式计算求解
1212,lnlnVVRTTCmV
21,12,lnlnVVCppCmpmV
三、热的计算
热：体系与环境之间由于存在温度差而引起的能量传递形式。
1. 定容热与定压热及两者关系
定容热：只做体积功的封闭体系发生定容变化时， UQV
定压热：只做体积功的封闭体系定压下发生变化， Qp = ΔH 定容反应热QV与定压反应热Qp 的关系：
VpQQVp nRTUH
n为产物与反应物中气体物质的量之差。或者
RTgQQmVmp)(,, RTgUHmm)(
式中)(g为进行1mol反应进度时，化学反应式中气态物质计量系数的代数和。
2.热容
1.热容的定义式
dTQC
dTQCVV dTQCpp
nCCVmV, nCCpmp,
CV ，Cp是广度性质的状态函数，CV，m ，Cp,m是强度性质的状态函数。
2.理想气体的热容
对于理想气体 Cp,m － CV,m =R
单原子理想气体 CV，m = 23R ；Cp,m = 25R
1
1 1.2 热 力 学 第 一 定 律
1.2.1 热功当量
热力学第一定律的数学表达式
设有任一个物系做一个任意循环（如图），吸热为Q，做功为W，我们发现
0WQJ （1）
由于Q的单位为卡，功的单位为焦耳，二者
不能直接相加，Q前必须乘以热功转换系数或称热功当量J（焦耳/卡）。
Joule（焦耳）和 Mayer（迈耶尔)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。
1.2.2 能量守恒定律
自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。
1.2.3 热力学能(Internal energy)
系统总能量通常有三部分组成：
1）系统整体运动的动能
2）系统在外力场中的位能
3）热力学能，也称为内能
1.2.3.1 定义
热力学能是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。 p
V 0
2
2 热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动，不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能
1.2.3.2 热力学能的特点
1) 内能是体系内部能量的总和 U，单位J，kJ，包括：
• 对于组成一定的均匀体系，只要体系的量确定， U由体系的两个性质确定。
2）. 内能的绝对值无法确定 。
3）.理想气体的内能仅仅是温度的函数，与气体体积，压强无关。
即:
4） 热力学能 (U)是体系内部能量的总和(J，kJ)
5） 热力学能是容量性质。
6） 热力学能是状态函数。U=U2-U1,, 微小变化dU。
1.2.4 热力学第一定律的数学表达式
WQdU
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热力学第一定律
班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______
一、选择题：
1. 对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、和对外作的功三者均为负值？
[ ] (A) 等体降压过程 (B) 等温膨胀过程
(C) 绝热膨胀过程 (D) 等压压缩过程
解：等体降压过程，系统对外作功为0，等温膨胀过程系统内能量增量为0，绝热膨胀过程系统所吸收的热量为0，而等压压缩过程系统对外作功小于0，内能的增量小于0（温度降低），由热力学第一定律知系统所吸收的热量也小于0。 故选D
2. 一个绝热容器，用质量可忽略的绝热板分成体积相等的两部分。两边分别装入质量相等、温度相同的H2和O2。开始时绝热板P固定，然后释放之，板P将发生移动（绝热板与容器壁之间不漏气且摩擦可以忽略不计）。在达到新的平衡位置后，若比较两边温度的高低，则结果是：
[ ] (A) H2比O2温度高 (B) O2比H2温度高
(C) 两边温度相等, 且等于原来的温度 (D) 两边温度相等, 但比原来的
温度降低了
解：开始时，由理想气体RTMpV知：绝热板两边体积V、温度T、质量相等的H2和O2气体，摩尔质量小的压强p大，所以22OHpp。释放绝热板后，H2膨胀而O2被压缩，两边压强相等达到新的平衡。由热力学第一定律知H2绝热膨胀后温度降低，O2绝热压缩后温度升高，所以平衡后2O比H2温度高。 故选B
3. 理想气体经历如图所示的abc平衡过程，则该系统对外作功W，从外界吸收的热量Q和内能的增量E的正负情况如下：
第二章 热力学第一定律
- 1 - 第二章
热力学第一定律
一、判断题
1. 恒压过程也就是恒外压过程，恒外压过程也就是恒压过程。 （ ）
2. 当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。 （ ）
3. 在101.325 kPa、100℃下有1 mol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态完全确定。 （ ）
4. 一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完全确定。 （ ）
5. 因QP=ΔH，QV=ΔU，所以QP与QV都是状态函数。 （ ）
6. 封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓变。 （ ）
7. 在101.325 kPa下，1 mol 100℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，由于过程等温，所以该过程ΔU＝0。 （ ）
8. 在1 mol，80.1℃、101.325 kPa的液态苯向真空蒸发为80.1℃，101.325 kPa的气态苯。已知该过程的焓变为30.87kJ，则此过程的Q＝30.87kJ。 （ ）
9. 1 mol水在101.325 kPa下由25℃升温至120℃，其V,mdHCT。 （ ）
10. 因焓是温度、压力的函数，即H＝f(T,p)，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于dT=0，dp=0，故ΔH=0。 （ ）
11. 1 mol理想气体经绝热不可逆过程由p1、V1变为p2、V2则系统所做的功为2211,1pVCpVpVWC。 （ ）
