练习20130912.ppt文件全文预览

理想气体的等温可逆膨胀，热力学的第一定律主要讨论在封闭的热力学系统改变状态时，热力学能量，热量和功之间的转换规律. 介绍热力学的基本概念，例如系统，状态，状态函数，过程，可逆过程等；通过确定状态和状态变化时系统所涉及的能量因子，获得了热力学第一定律的文本表达和数学表达. 讨论不同过程中热量和功的计算方法；介绍了热力学第一定律在理想气体和实际气体中的具体应用. 1.热力学第一定律的基本思想总结注: 热量和功是封闭系统在状态变化时将能量传递到环境的两种方式，两者都与过程有关，因此称为过程量；热力学能量是一种状态函数，它是内部具有的能量. 尽管热和功以及热力学能量本质上是不同的，但它们都是不同形式的能量. 通过热力学第一定律△U = Q + W，可以得出封闭系统中热量，功和热力学能量的变化. 焓是从系统的热力学能量，体积和压力的组合中获得的状态函数. 在某些条件下热力学第一定律，系统的焓变与过程的热量有关. 焓及其相关公式可以看作是热力学第一定律的扩展. Guy Lussack-Joule实验表明，理想气体的热力学能量和焓仅是温度的函数. 焦耳-汤姆森实验讨论了第一定律在实际气体中的应用，并定义了焦耳-汤姆森系数. 热化学这是第一定律在化学反应体系中的应用，由此可以计算反应的热效应.

使用热化学数据和赫斯定律，可直接获得298.15K时反应的热效应；基尔霍夫定律可用于计算不同温度下反应的热效应. 2.重要公式1.△U和△H的计算（1）简单状态改变过程（a）理想气体到封闭系统的任何过程（b）实际范德华气体等温过程（2）相变过程等温等压可逆相变过程对于不可逆相变过程，可以设计可逆相变过程来计算△U和△H. （3）无需其他功的化学变化过程等温等压冷凝相反应绝热等压反应绝热等压反应等温等压反应等温等压理想气体反应2.计算等功W等温线1→g相变过程（让蒸气成为理想气体）理想气体的等温绝热过程和等压化学变化理想气体的多向可逆过程3. Q的计算（1）简单状态改变过程（2）等温和等压相变过程的热力学基本原理第二定律优先第三定律热量Q功W热力学能量U焓H应用定义热容简单温度变化过程相变过程化学变化等距热容等压热容量其他工作定义计算简单状态变化相变科学改变不可逆可逆ΔU定义，p粗略定义，性质ΔH理想气体简单状态变化相变科学变化气体化学反应热效应赫斯定律产生焓燃烧焓焓基尔霍夫定律理想气体盖焦实验实际煤气焦炭汤实验理想气体简单状态变化相图例3变更框架从相同的起始状态A开始，有三种不同的方法可以达到不同的最终状态: ①从A→B到等温可逆过程； ②从A→C到绝热可逆过程； ③来自A→D的绝热不可逆过程.

询问: （a）如果最终状态的体积相同，则D点应位于BC的虚线处，为什么？ （B）如果最终状态下的压力相同，则D点应位于BC的虚线处，原因为何，请参见下图: 可以看出，绝热可逆膨胀功大于不可逆转的过程. 在绝热过程中，W = CV（T1-T2），因为它是一个膨胀过程，所以W <0. 而且因为WR |> | WIR |，因此T2IR> T2R. 根据理想气体状态方程pV = nRT，当V2相同时，p2IR> p2R. 当p2相同时，V2IR> V2R. 在实际过程中，绝热膨胀是冷却过程. 与等温可逆相比，T2IR V2IR. 22.在298 K时，存在一定量的单原子理想气体（CV，m = 1.5R），它通过以下不同过程从初始状态20×101.325 kPa和20 dm3膨胀到最终状态压力101.325 kPa. . 求出每个过程的ΔU，ΔH，Q和W. （1）等温可逆膨胀； （2）绝热可逆膨胀； （3）δ= 1.3的多方程可逆膨胀. 尝试在p-V图上绘制三个扩展工作原理图，并比较这三个工作的大小.

解决方案: （1）等温可逆过程，然后ΔU= 0，ΔH= 0（2）绝热可逆过程: Q = 0（3）多方可逆过程: 同时执行上述两个公式: 示出了膨胀功在初始状态p1 = 20×p（p = 101325 Pa），V1 = 0.02 m3最终状态p2 = p（1）等温可逆过程: （2）绝热可逆过程: （3）多边形可逆过程: 曲线下面积是工作值，因此工作的顺序与计算值相同: | W（1）|> | W（3）|> | W（2）|典型示例示例1（1）在373 K，101325 Pa中的1摩尔水在相同的温度和压力（假设理想气体）下以恒定压力40.67 kJ·mol–1蒸发成蒸汽. 这个过程的Q，W，△U和△H值是多少？ （2）初始状态与上述相同，当外部压力恒定在50 kPa时，水在恒定温度下蒸发，然后将1 mol，373 K，50 kPa的水蒸气可逆地加压到最终压力. 状态（373 K，101325 Pa）对于水蒸气，求出该过程的总Q，W，△U和△H. （3）如果将1摩尔水（373K，101325 Pa）突然移至恒温373 K的真空箱中，则水蒸气充满整个真空箱，并且压力测得为101325 Pa. ，W，△U和H的△.

比较这三个结果并解释问题所在. 解决方案: （1）该过程为可逆相变Qp =△H = 1 mol×40.67 kJ·mol–1 = 40.67 kJW = －p（Vg－Vl）≈－pVg = －nRT = －1 mol×8.314 J ·mol –1·K–1×373K = －3.102 kJ△U = Q + W =（40.67－3.102）kJ = 37.57 kJ（2）实际过程为不可逆相变，可逆过程的设计如下: 1mol H2O（g，373 K，p2 = 50 kPa）1 mol H2O（l，373 K，p1 = 101.325 kPa）△H 1 mol H2O（g，373 K热力学第一定律，p1 = 101.325 kPa）△H1△H2起始状态，结束状态和过程（1）相同，因此状态函数的变化相同，即△H = 40.67 kJ，△U = 37.57 kJ W 1 = –pe（Vg – Vl）≈–peVg = –nRT = – 1摩尔×8.314 J·mol–1·K –1×373 K = –3.102 kJ W 2 = –nRT ln（p2 / p1）= –1摩尔×8.314 J·mol–1·K–1×373.15 K× ln（50 kPa / 101.325 kPa）= 2.191 kJ W = W 1 + W2 =（–3.102 + 2.191）kJ = –0.911 kJ Q =△U + W = [37.57 +（– 0.911）] kJ = 36.66 kJ（3 ）△U和△H的值与（1）相同，这是因为（3）的恒定状态与（1）的恒定状态相同，因此状态函数的变化值也为Ť他一样.

此过程实际上是真空蒸发，因此W = 0，Q =△U. 讨论: 比较（1），（2）和（3）的计算结果，表明三个变化过程的△U和△H相同，因为U和H是状态函数，并且它们的变化具有与过程无关，仅由系统的开始和结束状态决定. 三个过程的Q和W值不同，因为它们不是系统的状态函数，而是与过程相关的数量. 这三个更改具有相同的初始状态和最终状态，但是它们经历的方式不同，因此Q和W也不相同. 示例2 2摩尔范德华气体N2，a = 0.138 m6·Pa·mol-2，b = 0.040×10-3 m3·mol-1，在320 K下可逆地从1.20 dm3膨胀到2.25 dm3，找到过程Q ，W和△U;如果是理想气体，则其他条件与上述相同，求出该过程的Q，W和△U. 解: 范德华气体状态方程式中的压力校正项称为内部压力；体积校正项是气体分子占据的体积. 在等温下，实际气体不等于零. 对于范德华气体的等温可逆膨胀，可逆过程的作用

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-237337-1.html