当前位置：文档之家 › 第2讲气体实验定律热力学第一定律

第2讲气体实验定律热力学第一定律

  • 格式：docx
  • 大小：85.25 KB
  • 文档页数：8

下载文档原格式

  / 8

合集下载

物理化学讲义02 热力学第一定律

物理化学讲义02 热力学第一定律

第二章 热力学第一定律一．基本要求1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。

2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的和的值。

3．了解为什么要定义焓，记住公式的适用条件。

4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中，的计算。

5．掌握等压热与等容热之间的关系，掌握使用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算化学反应的摩尔焓变，掌握与之间的关系。

6．了解Hess定律的含义和应用，学会用Kirchhoff定律计算不同温度下的反应摩尔焓变。

二．把握学习要点的建议学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。

热力学第一定律解决了在恒定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一些基本概念。

这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。

例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。

功和热的计算一定要与变化的过程联系在一起。

譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨”是一个与过程联系的名词。

在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。

功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递的过程相联系。

在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外，其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。

传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变为另一种形式。

同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）的。

例如在不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所以。

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律
敞开系统 系 统
所研究的 物质对象
系统与环境
物质进出 能量得失 √ √
封闭系统 隔离系统


√

状态及状态函数
系统有p, V, T, 组成, 内能等等宏观性质, 系统内的每个粒子 又有结构, 运动情况和粒子间相互作用等微观性质. 系统的宏观 性质有些是各粒子微观性质的某种平均作用, 如温度是分子热 运动的平均强度; 有些则是粒子微观性质的总体表现, 如压力是 分子运动碰撞容器壁面时对单位面积壁面的总垂直力.
状态及状态函数
系统的状态 是系统所有宏观性质的综合表现. 具有单值对应的函数关系 (a) 系统所有的性质一定, 状态就一定; (实际上当系统中物质量及组成, 温度, 压力(或体积) 一定时, 状态便可确定) (b) 状态一定, 系统所有的性质均一定. 因此, 宏观性质又称为状态函数 状态函数的基本性质——状态函数法的基础. • 其微小变化值可用数学上的全微分表示，如dT, dp, dV… • 其增量只与系统的始态和终态有关, 与具体变化途径无关
系统的宏观性质简称性质, 有的可以测量, 有的不可以测量. 性质可分为如下两大类:
系统的性质
{ 强度性质 无空间上的加和性: T,
T p T p
广延性质 有空间上的加和性: n, V ,U, H ,S ,G …
p ,Vm , Um …
nL VL UL SL nR VR UR SR
两者的关系：广延性质的 摩尔量是(准)强度性质， 如:摩尔体积 Vm 等.
{p
su
}
W
p始
一粒粒取走砂粒 (剩 余 砂 粒 相 当 前 述 一个重物)


V终
p始
V始

02章热力学第一定律1

02章热力学第一定律1

而自由膨胀就是对真空膨胀，外压为零，故 W=0 即自由膨胀过程中，系统对环境不做功。
（2）.等外压膨胀（pe保持不变）
在外压保持不变的情况下，系统的体积从V1膨 胀到V2, W=－PedV ， 积分，有： W=－Pe(V2-V1)
（3）多次等外压膨胀
(a)克服外压pe‘从体积为V1膨胀到V‘，作功： W1= - Pe‘ (V‘ - V1) (b)克服外压Pe“从V‘膨胀到V“，作功： W2= -Pe“(V“ - V‘) (c)克服外压P2从V“膨胀到V2，作功： W3= -P2（V2 - V“) 在这个过程中系统作的总功是所作的功 等于3次作功的加和。 W=W1+W2+W3
状态函数的基本性质：
* 状态函数的特性可描述为：异途同归， 值变相等；周而复始，数值还原。 **状态函数在数学上具有全微分的性质。 即二阶偏微分的值与微分的先后顺序 无关。
（3）状态方程
系统状态函数之间的定量关系式称为状态方 程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀系统，状态函数 T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两 个是独立的，它们的函数关系可表示为：
环境（surroundings）
与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的 部分。
系统分类
根据系统与环境之间 的关系，把系统分为 三类：
（1）敞开系统（open
system） 系统与环境之间既 有物质交换，又有能 量交换。
（2）封闭系统（closed system）
系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)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。

第二章 热力学第一定律

第二章 热力学第一定律

§2-5 理想气体内能 热容和焓
一、理想气体的内能 焦耳定律 自由膨胀过程 证明：理想气体内能仅是状 态的函数，与体积无关，称 为焦耳定律
A
C
B
焦耳实验(1845年) 理想气体
U U (T )
满足pV=νRT关系；满足道尔顿分压定律； 满足阿伏加德罗定律；满足焦耳定律U
宏观特性
U (T )
1 dU CV ,m v dT
CP , m 1 dH v dT
思考题 一、试指出以下提法是否正确？如有错误、指出误区所在． 1.“高温物体所含热量多；低温物体所合热量少” 2.“同一物体温度越高所含热量越多”． 热量不是状态函数，与过程有关 二、试指出以下不同用语申的‘热”指的是哪个概念．
P
2、理想气体定容热容量及内能
热力学第一定律
dQ dU dA dU PdV dU
dV 0
dQ dU CV dT dT
U 2 U1 CV dT
T1
T2
3、理想气体定压热容量及焓 焓
H U pV U (T ) vRT
dH dU pdV
第二章
热力学第一定律
热力学系统的过程 功
内能 热量 焦耳热功当量实验
热力学第一定律及应用 理想气体内能、热容和焓 循环过程 技术上的循环过程
§2.1
一、热力学过程
热力学系统的过程
原平衡态
p
( P0 ,V0 )
一系列
非平衡态
( P ,V1 ) 1
新平衡态
p-V图 V 问题：离开了原平衡态， 能不能回到一个新平衡态
(I)“摩擦生热”； (2)“热功当最”
(3)“这盆水太热” 三、热力学系统的内能是状态的单值函数，对此作如下理解是否 正确? 1.一定量的某种气体处于一定状态，就具有一定的内能． 2.此内能是可以直接测定的． 3.此内能只有一个数值．

02章 热力学第一定律

02章 热力学第一定律

二、等压过程（isobaric process) p1 = p2 = pe，等压热效应 1. U Q p pe V Q p ( pV )
2．焓
U 2 U1 Q p p2V2 p1V1 Q p U 2 p2V2 U 1 p1V1
16字口诀： 异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
上一内容 下一内容 回主目录 返回
2016.8.9 11:32
2.1 概述
5.热力学平衡态（即定态）
热平衡（thermal equilibrium）: T1 = T2 = … =T 力学平衡（mechanical equilibrium）: p1 = p2 = … = p 相平衡（phase equilibrium）：物质在各相间的分布达到平衡， 各相的组成和数量不随时间而变。 化学平衡（chemical equilibrium ）：化学反应达到平衡，体系 的组成不随时间而变。
2016.8.9 11:32
2.3 焓（enthalpy）
U Q W
dU Q W dU Q pe dV
W f 0
一、等容过程（isochoric process) dV = 0，等容热效应 dU Q U QV
物理意义：体系在等容过程中所吸收的热全部用以增加内能。 适用条件：封闭体系平衡态，不做非体积功的等容过程。
例1：把100克0℃水放在一绝热套中，
内有电阻丝。如图。
H2O（l，0℃）→H2O（l，50℃） 始态 A 终态 B
上一内容 下一内容 回主目录
水和电阻丝为体系，绝热箱和电池为环境。
2016.8.9 11:32
返回
Hale Waihona Puke 2.2 热力学第一定律ΔU1：绝热过程中，体系内能的变化。

热力学第一定律 (2)

热力学第一定律 (2)
2)恒外压膨胀 pamb=50.663kPa 3)恒温可逆膨胀
末态 p1＝50.663kPa V1= 44.8 dm3 T1= 273.15K
求：三个过程的体积功各为多少？
解：
W1＝－pamb(V2－V1) ＝ 0（效率为0，完全不可逆）
W2＝－pamb(V2－V1) ＝－50.663103(44.8－22.4) 10-3 J
由热力学第一定律可得:
Qp U W U (p2V2 p1V1) (U2 p2V2)(U1 p1V1) (dp = 0，W’=0)
3.焓的导出：
定义 : H = U + pV 称H为焓，H为状态函数，广延量 于是：
Qp=H2-H1=H 或 : Qp=dH (dp = 0，W′= 0)
H 的计算：基本公式： H= U+ (pV)
热和功不是状态函数，而是过程函数
1)热 Q
系统与环境由温差而引起的能量交换称为热
显热 单纯pVT变化时，系统吸收或放出的热 热 潜热 相变时，T不变，系统吸收或放出的热
反应热 化学反应时，系统吸收或放出的热
2)功
除热之外，系统与环境交换能量的另一种形式
体积功Biblioteka 功 电功电化学一章讨论 非体积功
表面功
p1，V1，T1
W =?
末态2 p2，V2，T2
V2
W W pambdV pambdV
V1
体积功的计算式
(1)恒(外)压过程(isobaric or constant pamb)
恒外压过程：W＝－pamb(V2－V1)
恒压过程(pamb=p)：W＝－p(V2－V1)
(2)自由膨胀过程(free expansion process)

热力学第一定律焦耳实验恒容热摩尔热容

热力学第一定律焦耳实验恒容热摩尔热容
这其实就是盖斯定律：确定化学反应的恒容热或恒压热 只取决于过程的始末态，与中间经过的途径无关。
2012-8-30
上一内容 下一内容 回主目录
返回
26
作业：求理想气体He 在下列各过程的Q, W, U, H，
图示W
始态：p1=106Pa, T1=273K, V1=10.0dm3 终态：p2=105Pa, T2=?, V2=? 1 自由膨胀； 2 定温下，恒外压膨胀, pex = p2 3 定温可逆膨胀； 4 绝热可逆膨胀； 5 绝热恒外压膨胀 pex = p2
U U 2 U1 W(Q0) Q(W 0)
2.2.5
2012-8-30
上一内容 下一内容 回主目录
返回
9
证明：系统状态一定时，内能值就为定值。
（反证法）系统状态从A经1或2到B
ΔU1=UB–UA=ΔU2
1B
若假设ΔU1>ΔU2
系统状态 A1B2A
A
2
一次循环ΔU=ΔU1 –ΔU2>0 如此每经过一次循环，就有多余的能量产生
b）机械功压缩汽缸，把汽缸放入水中，测水 温升高。
c）机械功转动电机发电，电流通过电热丝使 水温升高。
d）摩擦水中的铁片，使水温升高。
2012-8-30
上一内容 下一内容 回主目录
返回
1
焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)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。
等压过程中， W＝-pambV
若 W′＝0，
U = Qp－pambV
即
U2－U1 = Qp－ pamb(V2－V1)
因等压过程
p1 = p2 = pamb

热力学第一定律(2)

热力学第一定律(2)
• 几种典型的可逆过程 可逆膨胀和可逆压缩： 可逆膨胀和可逆压缩：力平衡 可逆传热： 可逆传热：热平衡 可逆相变： 可逆相变：相平衡 可逆化学反应：A+B C 可逆化学反应
§ 1.4 体积功
3.可逆相变的体积功 可逆相变的体积功
可逆相变——无限接近相平衡状态下的相变 无限接近相平衡状态下的相变. 可逆相变 无限接近相平衡状态下的相变 相平衡——温度 、压力 一一对应，且有确定 温度T、压力p一一对应 一一对应， 相平衡 温度 的值。 与正常熔点、 的值。如101325Pa与正常熔点、沸点、升华温 与正常熔点 沸点、 度等对应。当压力变化时，相平衡温度也变化， 度等对应。当压力变化时，相平衡温度也变化， 二者满足克拉伯龙方程 克拉伯龙方程。 二者满足克拉伯龙方程。
定压热
H = U + pV
Qp = (U 2 + p2V2 ) − (U1 + p1V1 ) = H 2 − H1 = ΔH
条件：等压、 条件：等压、W’=0
def
§ 1.5 定容及定压下的热
焓
H：焓。 ：
是状态函数，具有容量性质，量纲与 同 是状态函数，具有容量性质，量纲与U同。 其绝对值无法测算。 其绝对值无法测算。 定压且没有非体积功的过程中，密闭系统 定压且没有非体积功的过程中， 吸收的热量在量值上等于系统焓的增加， 吸收的热量在量值上等于系统焓的增加， 即Qp=∆H
∂ ( pV ) ∂H ∂U ( )T = ( )T + ∂V ∂V ∂V T ∂ ( nRT ) ∂U =( )T + =0 ∂V ∂V T
理气为0 常数的导数为0
∴
∂H ( )T = 0 ∂V
∂H ( )T = 0 同理： 同理： ∂p

第2章 热力学第一定律

第2章 热力学第一定律

U=Q + W=-139.0+420.85= 281.85 kJ
H = Q ? H=U+(pV) =U+pθV=U+pθVg=285.6 kJ
dU CV dT
dH C p dT
U CV dT
T1
T2
H C p dT
T1
T2
理想气体任意过程U与H的计算
U C V T nC V , m T
H C p T nC p , m T
理想气体CV、Cp 不随温度变化
5. 理想气体功的计算
§2.8
热力学第一定律对理想气体的应用
1. Gay-Lussac-Joule 实验
2. 理想气体的 U 和 H
3.理想气体的 C p 与 CV 4 . 理想气体U 和 H 的计算 5. 理想气体功的计算
1、Gay-Lussac-Joule实验
结果：温度不变T = 0，说明Q = 0 因向真空膨胀，W = 0 所以U = 0

1
T K3

p T1 p T2
1 1
1 2
绝热可逆过程的膨胀功
W pdV =
V1
V2
V2
V1
K dV V
(pV K )

K 1
因为 所以
1 1 V V1
V2
K 1 1 = ( 1 1 ) (1 ) V2 V1
H U (nRT)
所以
H p
0 T
H 0 V T
理想气体的焓也仅是温度的函数，与体积 和压力无关 H H (T )

理想气体与热力学第一定律

理想气体与热力学第一定律

理想气体与热力学第一定律一、理想气体模型与克拉珀龙方程。

⒈气体实验定律。

玻‐马定律pV = p0V0= C pV查理定律 p = p0（1+αp t）盖·吕萨克定律 V = V0（1+αV t）αp、αV分别为气体压强系数和体胀系数，且αp≈αV≈1/273.15℃⒉克拉珀龙方程。

比较气体实验定律中的查理定律和盖·吕萨克定律，可以很容易地看到共同之处。

如果我们改变温标的零点，令纯水的三相点为273.16Ｋ(1K=1℃)，αp=αV=1/T0，则p = p0 T/T0V = V0 T/T0即p/T=p0/T0=C pT，V/T=V0/T0=C VT∴pV/T=p0V0/T0= C这样我们就得出了理想气体状态方程，即克拉珀龙方程pV=nRT。

例⒈⑴计算空气泡在水下多深处不会上浮(忽略温度变化)。

⑵试定量分析半杯水加纸盖后翻转的平衡态。

⒊理想气体模型。

实验表明，温度高、压强低的气体与气体实验定律符合得较好。

可以引入一个理想化模型，称为理想气体，它严格服从气体实验定律，且αp=αV=1/273.15℃。

理想气体被描述为这样一群粒子：⑴永不停歇地进行着无规则热运动。

⑵具有无限的可压缩性，即粒子本身的体积忽略不计。

⑶粒子间作用力为零。

⑷粒子不断相互碰撞或与器壁碰撞(产生压力)，两次碰撞间粒子做匀速直线运动。

由理想气体模型可以得出理想气体状态方程。

考虑一边长为l的立方体容器，内盛N个质量为m的粒子，其平均速度为u，分子数密度为n*=N/l3。

粒子与器壁碰撞后动量改变量mu-(-mu)=2mu在t时间内与容器某一个面碰撞的粒子数n*utl2/6粒子与器壁碰撞产生压强p=2mu·n*utl2/6tl2=n*mu2/3=2n*(mu2/2)/3=2n*E K/3 粒子平动动能E K=3kT/2∴p=n*kT∵k=R/N A，n*=N/V∴pV=NRT/N A=nRT理想气体模型也可以类比于拥有大量运动粒子的系统，例如所谓的电子气、光子气等；在宇宙尺度上可与星系运动类比。

物理化学 第二章 热力学第一定律

物理化学 第二章 热力学第一定律

（1）热与途径有关
途径a、b有相同始末态，则 Qa Wa Q b Wb
∵不同途径 Wa Wb
∴ Qa Qb
（2）第一类永动机不可能造成。
§2.3 恒容热、恒压热，焓
恒容热 恒压热 焓 QV=△U,Qp=△H两式的意义
一、恒容热：系统在恒容且非体积功为零的过
程中与环境交换的热。符号：QV
等压热容Cp：
Cp

Qp dT

(
H T
)p
H Qp CpdT
等容热容Cv：
CV

QV dT

(
U T
)V
U QV CV dT
标准定压热容C ⊖p,m
物质的Cp,m是温度和压力的函数, 通常将处 于标准压力 p=100 kPa下的Cp,m称为标准定压热 容,用C ⊖ p,m表示, ⊖上角标代表标准态。
步骤a1
H2O(l) 80℃ 47.360kPa
步骤b1
H2O(l) 步骤a2 H2O(l)
80 ℃
100 ℃
101.325kPa
101.325kPa
途径a
H2O(g)
H2O(g)
80 ℃
100℃
47.360kPa 步骤b2 47.360kPa
步骤a3
H2O(g) 100 ℃ 101.325kPa
步骤b3
平均摩尔热容C p,m
为了计算方便，引入平均摩尔热容
C
T 2 C p,m dT
p,m
T1 T2 T1
注意：不同的温度范围内，平均摩尔热容不同。 一般温度变化不大时， C p,m视为常数。
对理想其体混合物 CV yACV ,m,A yBCV ,m,B

热力学第一第二定律

热力学第一第二定律
第十章
热力学第一、第二定律 §10-2
一、 功
当气体作无摩擦的准静态膨胀或压缩时，系 V2 统对外界做功为：
功和热
W pdV
V1
气体所作的功等于p-V图上过程曲线下的面 积，气体膨胀时作正功，系统对外界做功；气体 压缩时作负功，外界对系统做功，但其数值均等 于过程曲线下的面积。 P
dW pdV
2、比热容： 单位质量的热容量称为比热容。
C 1 Q 1 dQ c lim ( ) m T 0 m T m dT
比热容与系统的质量无关，是强度量。
比热容的单位：焦耳/千克开
二、等容过程
•特点：
p
p2
p1
( p2 ,V , T2 )
( p1 ,V , T1 )
理想气体的体积保持不变 V=const
理想气体的内能仅是T的函数，与V和p无关。
六、焦耳－汤姆逊效应
1852年焦耳和汤姆逊利用节流过程发现实际气 体内能不仅是温度的函数也是体积和压强的函数。 1、节流过程
用绝热材料包着的管子中间有一个多孔塞或 节流阀，多孔塞两边维持较高压强p1和较低压强p2， 于是气体从高压一边经多孔塞缓慢地流到低压一 边，并达到稳定状态，这个过程叫节流过程。
•热容比
Cp CV
等压热容量和等容热容量的关系 以温度T和体积V为独立变量，内能的全微分为： U U dU dT dV T V V T 由热力学第一定律的微分表达式 U U Q W dU dT dV T V V T 只考虑只有体积功情况 W pdV U U Q dT dV pdV T V V T
•焓 等压过程 Q dU pdV dU d pV d U pV 定义: 状态函数 H=U+pV 为焓 有

第二章__热力学第一定律(2)

第二章__热力学第一定律(2)

e. 某过程发生后，如果使系统沿原过程 某过程发生后， 反向变化回始态， 反向变化回始态，环境中不留下任何 痕迹， 系统和环境同时复原。 痕迹，即系统和环境同时复原 • 过程去归同道,功值异号相反 系统完全 过程去归同道 功值异号相反,系统完全 功值异号相反 复原,环境不留痕迹 环境不留痕迹。 复原 环境不留痕迹。
§2-2 热力学第一定律
一、热力学第一定律的文字叙述（经典说法） 热力学第一定律的文字叙述（经典说法） ①“能量守恒定律” ①“能量守恒定律”； 能量守恒定律 ②“能量既不能自动产生，也不会自动消失， ②“能量既不能自动产生，也不会自动消失，只 能量既不能自动产生 能从一个 物体传给另一个物体或由一种形式转 变成另一种形式” 变成另一种形式”， ③“第一类永 动机不可能实现” ③“第一类永 动机不可能实现”。 二、热力学第一定律的数学表达式
(3)作用： 作用： 作用 • 它与热力学平衡状态密切相关 在第二定律研 它与热力学平衡状态密切相关, 究系统的平衡时将有其重要作用。 究系统的平衡时将有其重要作用。 • 可逆过程是推导许多热力学函数增量的重要 依据。 依据。 • 可逆过程是实际过程能量利用率的极限，从 可逆过程是实际过程能量利用率的极限， 而为判断提高实际过程能量效率的可能性提 供依据。 供依据。 • 因此设计可逆过程这一科学方法是非常重要 的。
注意： 注意：△H= △U+ △(pV) = △U+ (p2V2-p1V1) 恒压: △(pV)= p △V 恒压 恒容: 恒容 △(pV)=V △p 凝聚系统： 凝聚系统： △ (pV) ≈0
(4) 焓本身并无明确的物理意义，只是能量的一 焓本身并无明确的物理意义，只是能量的一 种形式， 种形式，定义焓的目的是简化 (U + pV )的说 的说 焓是复合状态函数 辅助状态函数， 复合状态函数或 法，焓是复合状态函数或辅助状态函数，是 广延性质。 广延性质。 (5) 焓的绝对值无法获得，但焓变是可以确定的。 焓的绝对值无法获得，但焓变是可以确定的。 在研究化学反应的热效应中比热力学能更具 有实用价值。 有实用价值。

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律
内能总以变化量出现，内能零点人为定
中南大学航空航天学院
热一律的文字表达式
热一律: 能量守恒与转换定律
进入系统 的能量
-
离开系统 的能量
=
系统内部储存 能量的变化
中南大学航空航天学院
§2.2 闭口系能量方程
一般式 Q = dU + W Q = U + W q = du + w q = u + w
Q0
W 0
Q
U Q W
空 调
Q W
T
中南大学航空航天学院
§ 2.3 开口系能量方程
min 能量守恒原则
进入系统的能量
uin
1 2 cin 2 gzin
离开系统的能量
Wnet
mout uout 1 2 cout 2 gzout
=
系统储存能功的引入
门窗紧闭房间用电冰箱降温
以房间为系统 闭口系能量方程 绝热闭口系 Refrigerator Icebox
电 冰 箱
Q U W
Q0
W 0
U W 0
T
中南大学航空航天学院
门窗紧闭房间用空调降温
以房间为系统 闭口系能量方程 闭口系 Aircondition
Q U W
推进功(pv)
几种功的关系
1 2 wt c g z ws 2
q h wt u ( pv) wt
q u w
w ( pv) wt
△ c2/2
ws
做功的根源 w
中南大学航空航天学院
wt
△(pv)
g△ z ws
对功的小结
1、闭口系，系统与外界交换的功为容积变化功w 2、开口系，系统与外界交换的功为轴功ws 3、一般情况下忽略动、位能的变化

物理化学02热力学第一定律

物理化学02热力学第一定律

§2.1 热力学基本概念及术语
一、系统与环境 二、系统的性质 三、状态和状态函数 四、平衡态 五、过程和途径 六、过程函数 七、热力学能
一、系统与环境 1. 系统 系统(System): 研究的对象， 研究的对象，即我们感兴趣的那部 分物质或空间，也称物系或体系。 分物质或空间，也称物系或体系。 2. 环境 环境(Surroundings): 系统之外与之有直接联系的那部分 物质或空间
五、过程与途径
1. 过程 过程(process)：系统状态发生的任何变化 ： 2. 途径 途径(Path)：系统状态发生变化过程的具体步骤 ： 3. 热力学常见过程： 热力学常见过程： (1) 纯pVT变化、相变化、化学变化过程 变化、 变化 相变化、 (2)可逆过程与不可逆过程 可逆过程与不可逆过程 (3)循环与非循环过程 循环与非循环过程 (4)恒温、恒压、恒容、恒外压、绝热过程 ： 体积功：系统由于体积变化与环境交换的能量 δW=Fdl=(F/A)(A dl)= p环dV
活塞，面积 活塞，面积A 气体
pamb dl
pamb < p： ： dV>0，膨胀， ，膨胀， 系统对外作功 δW<0 pamb > p： ： dV<0，压缩， ，压缩， 系统得到功 δW>0
l
图2.2.1 体积功示意图
2.4 变温过程热的计算
与恒容热Q 一、定容摩尔热容CV,m与恒容热 V 定容摩尔热容 与恒压热Q 二、定压摩尔热容Cp,m与恒压热 p 定压摩尔热容 三、CV,m与Cp,m的关系 四、 Cp,m与T的关系 的关系 五、平均摩尔定压热容 六、气体恒容变温和恒压变温过程热的计算 七、液体和固体变温过程热的计算
4．经验规律： ．经验规律： 对组成不变的系统 两个强度性质确定 则所有强度性质确定； 确定， 强度性质确定 ①两个强度性质确定，则所有强度性质确定； ②两个强度性质和一个广延性质确定，则所有 两个强度性质和一个广延性质确定， 确定 性质都确定。 性质都确定。 由此可见： 由此可见： 对组成及数量不变的系统， 对组成及数量不变的系统，某一状态函数 可表示为另外两个状态函数的函数。 两个状态函数的函数 可表示为另外两个状态函数的函数。 如：压力可表示为体积和温度的函数 p = f (T,V)

02 热力学第一定律

02 热力学第一定律

1第二章热力学第一定律2.1 热力学概论2.2 热力学的一些基本概念2.3 热力学第一定律2.4 焓和热容2.5 理想气体的热力学能和焓2.6 几种热效应2.7 化学反应的焓变22.1 热力学概论1. 热力学的研究对象2. 热力学的研究方法和局限性化学热力学是用热力学基本原理研究化学过程或与化学有关的物理过程。

热力学是研究宏观系统的热与其他形式能量之间的相互转换关系及其转换过程中所遵循的规律。

32.1.1 热力学的研究对象1. 研究化学过程及其与化学密切相关的物理过程中的能量转换关系。

2. 判断某条件下指定的热力学过程如相变、化学变化等的变化方向以及可能达到的最大限度。

根据第一定律计算变化过程中的能量变化，根据第二定律判断变化的方向和限度。

42. 1.2 热力学的研究方法和局限性研究方法•研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。

•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。

•不研究系统的宏观性质与微观结构之间的关系局限性•不知道反应的机理、速率和微观性质•只讲可能性，不讲现实性•能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。

52.2 热力学的一些基本概念1. 系统和环境2. 系统的宏观性质3. 热力学平衡态4. 状态函数5. 过程和途径62.2.1 系统和环境系统（system ）在科学研究中，把被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。

环境（surroundings）与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。

系统环境系统与环境72.2.1 系统和环境根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）敞开系统（open system ）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。

环境有物质交换有能量交换敞开系统经典热力学不研究敞开系统82.2.1 系统和环境（2）封闭系统（closed system ）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。

二讲热力学一定律能量守恒定律

二讲热力学一定律能量守恒定律

气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻
弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹
簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长 度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经
过 多 次 往 复 运 动 后 活 塞 静 止 , 气 体 达 到 平 衡 态 , 经 过D此 过 程
二讲热力学 一定律能量
守恒定律
一、热力学第一定律 1.定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它 传递的 热量与外界对它所做的 功 的和．
2.数学表达式： Δ UQW
改变内能的两种方式：
一.做功（绝热过程Q0）Δ U W，能量的转化. 外界对气体做功W 0，Δ U 0内能增加. 气体对外界做功W 0，Δ U, 0内能减小. 二.热传递（不做功W0）Δ U Q.能量的转移. 吸收热量Q 0，Δ U 0内能增加. 放出热量Q 0，Δ U 0内能减小.
A.由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变 B.由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能增加，平均每个
气体分子在单位时间内与器壁碰撞的次数不变
C.c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，
分子平均动能较大
D.b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，
分子平均动能相等
分 析 ： 1.a到 气b体理等想温 变 化不，变内，能V减 E0小 ，W
题后总结：（ 质1量 ）的 一理 定想气只体由的温内度能决定， 与体积无N关 α.TE. ( 2 ) Δ WUQ 和 PTVC 及图像的综热 合点 是.高考
【变式3】如图所示的容器中，A、B各有一个可以自由移动的轻 活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定，A、B底部由带有 阀门K的管道相连，整个装置与外界无热交换。开始A中水面比B 中高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡，在 这个过程中 （ ） A、大气压对水做功，水的内能增加 B、水克服大气压做功，水的内能减少 C、大气压对水不做功，水的内能不变 D、大气压对水不做功，水的内能增加.
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第2讲气体实验定律热力学第一定律
基础梳理
1.气体的三个实验定律
(1)等温变化——玻意耳定律
①内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成.
②公式：或PV=C(常数).
(2)等容变化——查理定律
①内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成.
②公式：或与=C(常数).
(3)等压变化——盖一吕萨克定律
①内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成.
②公式：或*=C(常数).
4.理想气体及其状态方程
(1)理想气体
①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体.实际气体在压强、温度的条件下，可视为理想气体.
②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间.
(2)状态方程：或牛=C(常数).
5.改变物体内能的两种方式
(1)∙(2).
6.绝热过程
系统不从外界，也不向外界.
7.热传递
热量从物体传到物体.热传递有三种方式：、和
8.热力学第一定律
一个热力学系统的内能增量等于外界向它_______ 与外界对它.公式为AU=
考点1三个气体实验定律的应用)
1、一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如图所示，P-T和V，图像各记录了其部分变化过程.
(1)求温度600K时气体的压强.
(2)在p-T图像上将温度从400K升高到600K的变化过程补充完整.
2、(2020•新课标”卷)如图所示，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U 形管，左管上端封闭，右管上端开口.右管中有高％=4cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离/=12cm.管底水平段的体积可忽略.环境温度为Ti=283K.大气压强po=76cmHg.
(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部.此时水银柱的高度为多少？
(2)再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？
考点2探究等温情况下一定质量气体压强与体积关系)
3、(2020•宿迁期末)用气体压强传感器探究“一定质量气体在温度不变
时压强与体积关系”的实验装置如图所示，实验步骤如下：
A.将注射器活塞移动到适当的位置，逐一连接注射器、压强传感器、数
据采集器和计算机.
B.手握住注射器筒的空气柱部分，开始缓慢推拉活塞改变气体体积.
C.记录此时注射器内封闭气体的体积Vi和由计算机显示的气体压强值0.
D.多测几组V、P数据，记录并作出相应图像，分析得出结论.
(1)该同学对器材操作错误的步骤是,因为该操作会直接影响气体的(填“温度”“压强”或“体积”).
(2)某小组在一次实验过程中，环境温度明显升高，其他操作均规范，则该小组最后得
C
(3)在不同温度环境下，某小组重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确.环境温度分别
为△、τ2f且。

＞不.在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是
著点3_对热力学第一定律的理解)
4、一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0X1()4J,气体内能减少
1.3X105J,则此过程()
A.气体从外界吸收热量2.0XIO5J
B.气体向外界放出热量2.0XIO5J
C.气体从外界吸收热量6.0X104j
D.气体向外界放出热量6.0X104j
考点4对热力学第二定律的理解)
5、关于第二类永动机，下列说法中错误的是()
A.第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机
B.第二类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成
C.第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成
D.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化
考点5热力学第一定律与气体实验定律的综合）
6、某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作.该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成.如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（）
A.在状态。

和C时的内能可能相等“飞
B.在。

一b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能\
C.b』过程中增加的内能小于d-a过程中减少的内能"卜士≥T z
D.在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量OLJ ------------------ ，
7、（2020•徐州三校联考）如图所示为一密闭内壁光滑太阳能集热汽缸，下底面及侧面为可导热的集热材料，顶面为质量为机的透明玻璃活塞，已知活塞横截面积为5,外界大气压强为⑷，缸内气体温度为兀现将汽缸静置于阳光下，气体体积由口增大到该过程中气体吸收的热量为勒，之后保持体积%不变，已知气体内能U与温度T的关系为U=αT,求：（1）停止加热时缸内气体的温度. 「「
8、（2020•泰州二模）一定质量的理想气体，其内能跟热力学温度成正比.在初始状态4时,体积为％,压强为po,温度为To,此时其内能为Uo.该理想气体从状态A经由一系列变化，最终返回到原来状态A,其变化过程的V-T图如图所示，其中CA延长线过坐标原点，8、A点在同一竖直线上.求：
（1）该理想气体在状态3时的压强.
（2）该理想气体从状态B经由状态。

回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量.
脸堂验收及时风g）,课M钎价
1.（2020•泰州期中）关于下列四幅图的说法正确的是（）
A.图甲中，显微镜下看到的三颗微粒运动位置连线是它们做布朗运动的轨迹
B.烧热的针尖，接触涂上薄蜂蜡层的云母片背面上某点，经一段时间后形成图乙的形状,则说明云母为非晶体
C.图丙中分子间距离为小时，分子间作用力尸最小，分子势能也最小
D.图丁中水电停在水面上的原因是水电受到了水的浮力作用
2.（2020•扬州中学）下列现象中，不是由于液体的表面张力造成的是（）
A.船浮于水面上
B.硬币或钢针浮于水面上
C.绸布伞有缝隙但不漏雨水
D.锋利的玻璃片，用酒精灯烧一段时间后变钝了
3.如图所示，一汽缸固定在水平地面上，用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体.已知汽缸不漏气，活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦.初始时，外界大气压强为po,活塞紧压小挡板.现缓慢升高汽缸内气体的温度，则下列图中能反映汽缸内气体的压强P随热力学温
4.在探究“气体压强与体积的关系”的实验中，用同一个注射器在实验室前后做了两次实验，探究气体压强与体积的关系，操作完全正确.
(1)根据实验数据在P-V图上画出了两条不同双曲线，如图所示.造成这种情况的可能原
因是 _______
A.两次实验中空气质量不同
B.两次实验中温度不同
C.其中一次实验时活塞受到的摩擦力太大
D.其中一次实验时活塞受到的摩擦力太小
(2)实验中为了保持封闭气体的温度不变，下列采取的措施比较合理的是.
A.在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性
B.推拉活塞时要缓慢
C.不要用手直接握在注射器有气体的部分上
D.实验前注射器内要吸入尽量多的空气
5.气体膨胀对外做功I(X)J,同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化是()
A.减小20J
B.增大20J
C.减小220J
D.增大220J
6.当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现气嘴处的温度明显降低，这是因为()
A.气体对外做功，同时向外放出热量
B.气体对外做功，胎内气体温度降低，从外界吸热
C.外界对气体做功，胎内气体向外传递热量
D.外界对胎内气体做功，同时向胎内气体传递热量
7.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法中正确的是()
A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
8.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
8.(2019∙新课标Il卷)如P-V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是△、T2、73.用M、N2、M分别表示这三个状态下气体分子在单
位时间内撞击容器壁上单位面积的次数,则M N"73,MM.（填“大
于，，“小于”或“等于”）
9.（2019・江苏卷）如图所示，一定质量理想气体经历A-B的等压过程，BfC的绝热过程（气体与外界无热量交换），其中BfC过程中内能减少900J.求AfBfC过程中气体对外界做的总功.。