第二章学习小结

1第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律10＋2学时通过本章的教学使学生初步了解热力学的方法、建立内能与焓是状态函数的概念，并理解状态函数的性质、掌握状态函数与全微分关系、理解热力学第一定律并能应用于物理化学过程；能用热力学数据计算反应热。▲基本要求：1、明确体系与环境、强度性质与容量性质、状态与状态函数、过程与途径、热力学平衡态、可逆过程与不可逆过程、内能与标准生成焓等概念，掌握功、热、焓、恒压热容、恒容热容、焦耳－汤姆逊系数等定义。2、明确功和热都是与过程相联系的物理量，内能、焓则为状态函数。掌握状态函数的全微分性质及其应用。3、掌握热力学第一定律，并能熟练地计算体系在相变过程、理想气体在自由膨胀过程、等温过程、等容过程、绝热过程、循环过程中的ΔU、ΔH、Q及W的值。4、明确可逆过程概念与意义。5、掌握计算化学反应热效应的方法。6、了解热力学第一定律对实际气体的应用。★基本内容：1、热力学的基本内容、方法及局限性2、基本概念：体系与环境、强度性质与容量性质、状态与状态函数、过程与途径、热力学的平衡态。3、状态函数及其全微分的性质。4、功和热：功的定义、体积功与非体积功的计算。热和热容的定义、热量的计算。5、可逆过程与不可逆过程的概念。6、热力学第一定律：第一定律数学表达式、内能、焓、CP与CV的关系。7、第一定律对理想气体的应用：2理想气体的内能和焓及CP与CV的关系、理想气体在等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程、循环过程中ΔU、ΔH、Q、W的计算方法。理想气体的绝热可逆过程的过程方程式。8、第一定律对实际气体的应用：实际气体的几种状态方程式－范德华方程、刚球模型气体方程、*贝塞罗方程、*维里方程。焦耳－汤姆逊效应、实际气体在等温过程中ΔU、ΔH的计算。9、热化学盖斯定律；化学反应热效应；等压热效应QP、等容热效应QV，与ΔH、ΔU的关系QP与QV的相互关系。反应进度、热化学反应方程式、化学反应热效应的单位。用燃烧、生成焓、离子生成焓计算反应热；用键焓估算反应热；*溶解热和稀释热。基尔霍夫定律、等压（或恒容）绝热反应。10、可逆过程的体积功的计算。重点：系统热力学性质，状态函数与全微分，各类过程的热与功计算，内能与焓的性质，ΔU与QV、ΔH与QP的关系，热力学第一定律的应用，焦耳－汤姆逊效应，反应进度与反应热效应，利用生成焓和燃烧焓等计算反应热效应，基尔霍夫定律应用。难点：状态函数与全微分，ΔU与QV、ΔH与QP的关系，理想气体绝热可逆和不可逆过程ΔU、ΔH、Q、W的计算，焦耳－汤姆逊效应，反应进度与反应热效应，基尔霍夫定律及其应用。第二章热力学第一定律主要公式及使用条件1.热力学第一定律的数学表示式WQU或'ambδδδdδdUQWQpVW规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中pamb为环境的压力，W’为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。2.焓的定义式pVUH33.焓变（1）)(pVUH式中)(pV为pV乘积的增量，只有在恒压下)()(12VVppV在数值上等于体积功。（2）2,m1dpHnCT此式适用于理想气体单纯pVT变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。4.热力学能(又称内能)变此式适用于理想气体单纯pVT变化的一切过程。5.恒容热和恒压热VQU(d0,'0)VWpQH(d0,'0)pW6.热容的定义式（1）定压热容和定容热容δ/d(/)pppCQTHTδ/d(/)VVVCQTUT（2）摩尔定压热容和摩尔定容热容,mm/(/)pppCCnHT,mm/(/)VVVCCnUT上式分别适用于无相变变化、无化学变化、非体积功为零的恒压和恒容过程。（3）质量定压热容（比定压热容）式中m和M分别为物质的质量和摩尔质量。（4）,m,mpVCCR,m//pppcCmCM2,m1dVUnCT4此式只适用于理想气体。（5）摩尔定压热容与温度的关系23,mpCabTcTdT式中a,b,c及d对指定气体皆为常数。（6）平均摩尔定压热容21,m,m21d/()TppTCTTTC7.摩尔蒸发焓与温度的关系21vapm2vapm1vap,m()()dTpTHTHTCT或vapmvap,m(/)ppHTC式中vap,mpC=,mpC(g)—,mpC(l)，上式适用于恒压蒸发过程。8.体积功（1）定义式VpWdamb或VpWdamb（2）)()(1221TTnRVVpW适用于理想气体恒压过程。（3）)(21ambVVpW适用于恒外压过程。（4）)/ln()/ln(d121221ppnRTVVnRTVpWVV适用于理想气体恒温可逆过程。（5）,m21()VWUnCTT适用于,mVC为常数的理想气体绝热过程。9.理想气体可逆绝热过程方程,m2121(/)(/)1VCRTTVV5,m2121(/)(/)1pCRTTpp1)/)(/(1212rVVpp上式中，,m,m/pVCC称为热容比（以前称为绝热指数），适用于,mVC为常数，理想气体可逆绝热过程p，V，T的计算。10.反应进度BB/n上式是用于反应开始时的反应进度为零的情况，B,0BBnnn，B,0n为反应前B的物质的量。B为B的反应计量系数，其量纲为一。的量纲为mol。11.标准摩尔反应焓θθθrmBfmBcm(B,)(B,)HHH式中θfm(B,)H及θcm(B,)H分别为相态为的物质B的标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓。上式适用于=1mol，在标准状态下的反应。12.mrH与温度的关系21θθrm2rm1r,m()()dTpTHTHTCT式中r,m,mB(B)ppCC，适用于恒压反应。13.节流膨胀系数的定义式JT(/)HTpTJ又称为焦耳-汤姆逊系数。思考题1.当体系的状态一定时，所有的状态函数有定值。当体系的状态发生变化时，所有的状态函数的数值亦随之而变。这种说法对吗？为什么？2.根据道尔顿分压定律，p=∑pB可见压力是广度性质的状态函数。此说法对吗？为什么？63.下列说法对吗？为什么？(1)热的东西比冷的东西温度更高。所以，体系温度升高一定从环境吸热，而体系温度不变则与环境无热交换。(2)热力学能的绝对值可通过功和热的测定而得到。(3)在一绝热容器中将等量的100℃水与0℃冰混合，体系最后温度将低于50℃。4.下列对可逆过程的描述何者不正确？(1)能使体系和环境完全复原的过程。(2)在整个过程中体系内部无限接近于平衡态。(3)完成过程的时间无限长。(4)一个带活塞储有一定量气体的气缸，设活塞无重量，控制内外压差无限小，缓慢膨胀到终态，再压缩使体系回到始态。5.在101.325kPa下，1mol100℃的水等温蒸发为水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，所以ΔU=0,ΔH=0，由于过程等压且无其他功，故有Qp=ΔH=0。根据热力学第一定律师W=0。这一结论对吗？为什么？6.在(a)、(b)图中，AB线代表等温可逆过程，AC线代表绝热可逆过程。若从A点出发：(1)经绝热不可逆膨胀到达V2见图(a)，则终点将在C之下、B之上。还是B和C之间？(2)经绝热不可逆膨胀到达p2见图(b)，则终点在C之左、B之右，或在B和C之间？7.下列说法对吗？为什么？(1)卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，而且环7境也复原了。(2)若能找到T=0K的低温热源。则热机的效率可达100%。8.指出下列过程中Q、W、ΔU、ΔH各量是正、是负、还是零？过程QWΔUΔH理想气体可逆等温膨胀0000理想气体绝热自由膨胀0000理想气体绝热膨胀0000理想气体不可逆等温膨胀0000概念题一、判断题（说法对否）：1.道尔顿分压定律，对理想气体和实际混合气体来说关系PB=Nb(RT/V)都成立。2.在两个封闭的容器中装有同一种理想气体,压力体积相同，那么温度也相同。3.物质的温度越高，则热量越多,天气预报:今天很热。其热的概念与热力学相同。4．恒压过程也就是恒外压过程，恒外压过程也就是恒过程。5．实际气体在恒温膨胀时所做的功等于所吸收的热。6．凡是温度升高的过程体系一定吸热；而恒温过程体系不吸热也不放热。7．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。8．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s)存在的饱和水溶液中，当温度、压力一定时；系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。9．在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态完全确定。10．一定量的理想气体，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。11．系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。12．从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q和W的值一般不同，Q+W8的值一般也不相同。13．因QP=ΔH，QV=ΔU，所以QP与QV都是状态函数。14．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。15．对于一定量的理想气体,当温度一定时热力学能与焓的值一定,其差值也一定。16．在101.325kPa下，1moll00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU=0。17．1mol，80.1℃、101.325kPa的液态苯向真空蒸发为80.1℃、101.325kPa的气态苯。已知该过程的焓变为30.87kJ，所以此过程的Q=30.87kJ。18．1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃，其ΔH=∑CP,mdT。19．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，故可得ΔH=0。20．因Qp=ΔH，QV=ΔU，所以Qp-QV=ΔH-ΔU=Δ(pV)=-W。21．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。22．一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。23．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。24．若一个过程是可逆过程，则该过程中的每一步都是可逆的。25．气体经绝热自由膨胀后，因Q=0，W=0，所以ΔU=0，气体温度不变。二、单选题：1.体系的下列各组物理量中都是状态函数的是：(A)T，p，V，Q；(B)m，Vm，Cp，∆V；(C)T，p，V，n；(D)T，p，U，W。2．x为状态函数，下列表述中不正确的是：(A)dx为全微分；(B)当状态确定，x的值确定；(C)∆x=∫dx的积分与路经无关，只与始终态有关；(D)当体系状态变化，x值一定变化。3．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是：(A)体系处于一定的状态，具有一定的内能；(B)对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值；9(C)状态发生变化，内能也一定跟着变化；(D)对应于一个内能值，可以有多个状态。4．理想气体向真空膨胀，当一部分气体进入真空容器后，余下的气体继续膨胀所做的体积功：(A)W0；(B)W=0；(C)W0；(D)无法计算。5．在一个绝热刚瓶中，发生一个放热的分子数增加的化学反应，那么：(A)Q0，W0，∆U0；(B)Q=0，W=0，∆U0；(C)Q=0，W=0，∆U=0；(D)Q0，W0，∆U0。6．对于封闭体系来说，当过程的始态与终态确定后，下列各项中哪一个无确定值：(A)Q；(B)Q+W；(C)W(当Q=0时)；(D)Q(当W=0时)。7．下述说法中，哪一种不正确：(A)焓是体系能与环境进行交换的能量；(B)焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量；(C)焓是体系状态函数；(D)焓只有在某些特定条件下，才与体系吸热相等。8．在等压下，进行一个反