熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用.pptVIP

2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.1,答：可逆過程應(yīng)具備如下特點(diǎn)： (1)狀態(tài)變化時(shí)推動(dòng)力與阻力相差無限小，體系與環(huán)境始終無限接近于平衡態(tài)； (2)過程中的任何一個(gè)中間態(tài)都可以從正、逆兩個(gè)方向到達(dá)； (3)體系變化一個(gè)循環(huán)后，體系和環(huán)境均恢復(fù)原態(tài)，變化過程中無任何耗散效應(yīng)； (4)等溫可逆過程中，體系對環(huán)境作最大功，環(huán)境對體系作最小功。,11 可逆過程有哪些特點(diǎn)?,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.2,1.2 判斷下列八個(gè)過程中，哪些是可逆過程? (1)用摩擦的方法生電 (2)房間內(nèi)一杯水蒸發(fā)為氣 (3)水在沸點(diǎn)時(shí)變成同溫、同壓的蒸氣 (4)用干電池使燈泡發(fā)光 (5)對消法測電動(dòng)勢 (6)在等溫等壓下混合N2（g）和O2（g） (7)恒溫下將1mol水傾入大量溶液中，溶液濃度未變 (8)水在冰點(diǎn)時(shí)變成同溫、同壓的冰,答:只有(3),(5),(8)是可逆過程，其余為不可逆過程。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.3,答：對，因?yàn)闋顟B(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。,13 狀態(tài)固定后狀態(tài)函數(shù)都固定，反之亦然，這說法對嗎？,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.4,答：不對，有一個(gè)狀態(tài)函數(shù)變了，狀態(tài)也就變了，但并不是所有的狀態(tài)函數(shù)都得變。,14 狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變?,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.5,答：不對。U，H 本身僅是狀態(tài)函數(shù)的變量，在特定條件下與QV，QP的數(shù)值相等，所以QV，QP不是狀態(tài)函數(shù)。,15 因?yàn)閁 = QV ， H = QP ，所以QP，QV 是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)?,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.6,16 氣缸內(nèi)有一定量理想氣體，反抗一定外壓作絕熱膨脹，則 ，對不對?,答：不對。這是一個(gè)等外壓過程，而不是等壓過程，所以 不等于 。絕熱膨脹時(shí) = 0，而不是 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.7,17 在等壓下用攪拌器快速攪拌液體，使其溫度升高，這時(shí)液體的 ?,答：不對，因?yàn)橛袡C(jī)械功， ，所以 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.8,答：當(dāng)然不一樣，因?yàn)閺耐皇紤B(tài)，絕熱可逆與絕熱不可逆兩個(gè)過程不可能到達(dá)同一終態(tài)，T 不可能相同，所以做的功也不同。,18 理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過程的功，都可用公式 計(jì)算，那兩種過程的功是否一樣?,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.11,答：不同，內(nèi)部溫度比外面高。,111 在一個(gè)絕熱真空箱上刺一個(gè)小洞，讓空氣很快進(jìn)入，當(dāng)兩邊壓力相等時(shí)，兩邊溫度是否相同？如不同不是和焦耳實(shí)驗(yàn)矛盾了嗎?,本實(shí)驗(yàn)中，體系是沖入箱內(nèi)的氣體，體積是這些氣體原來占有的體積和真空箱的體積。氣體沖入瓶內(nèi)，體積縮小，環(huán)境對體系作了功，故體系溫度升高。,這和焦耳實(shí)驗(yàn)不矛盾，因?yàn)閮蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)所取的體系及其占有的體積不同。在焦耳實(shí)驗(yàn)中，體系是全部氣體，體積是兩個(gè)球的空間，后面的氣體對前面的氣體作功，升溫與降溫抵消，故最終體系溫度不變。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.9,答：不，可逆過程是無限緩慢的，可逆熱機(jī)沒有實(shí)用價(jià)值。實(shí)際過程中用的都是不可逆熱機(jī)，不可逆熱機(jī)的效率很低。,19 可逆熱機(jī)效率最高，那將可逆熱機(jī)去開火車一定很快咯?,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.14,答：熱力學(xué)中公式較多，但都有適用條件，不能隨便使用，否則會導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。 以下所列公式只適用于封閉體系和熱力學(xué)平衡態(tài)。,1.14 請指出所列公式的適用條件：,(1) H=U+pV 是定義式，適用于任何處于熱力學(xué)平衡態(tài)的封閉體系。,(1) H = U + pV,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.14,答：適用于不作非膨脹功的等壓過程。,1.14 請指出所列公式的適用條件：,(2) H = QP,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.14,答：適用于不作非膨脹功的等容過程。,1.14 請指出所列公式的適用條件：,(3) U = QV,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.14,答：適用于不作非膨脹功、狀態(tài)連續(xù)變化的等壓過程。,1.14 請指出所列公式的適用條件：,(4) H = Cp dT,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.14,答：適用于不作非膨脹功、理想氣體的等溫可逆過程。,1.14 請指出所列公式的適用條件：,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.14,答：適用于不作非膨脹功的等外壓過程。,1.14 請指出所列公式的適用條件：,(6) W = - pV,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.16,1.16 下列狀態(tài)函數(shù)中，哪些是容量性質(zhì)？哪些是強(qiáng)度性質(zhì)？ 壓力 ，溫度 ，體積 ，熱力學(xué)能 ， 焓 ，吉氐自由能 ，熵 ，赫氐自由能 ，粘度 ，密度 ，質(zhì)量 ，等壓熱容 ， 等容熱容 ，摩爾熱力學(xué)能 ，摩爾焓 ，摩爾熵 , 摩爾吉氐自由能 ，摩爾赫氐自由能 等。,答： 是容量性質(zhì)；,是強(qiáng)度性質(zhì)。,在一定條件下容量性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)可以轉(zhuǎn)化。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.19,過程 W Q U H,1.19 總結(jié)不同過程中W，Q，U 和H 的計(jì)算。 第一定律為U = Q + W ，設(shè)不作非膨脹功。,ig 自由膨脹,ig 等溫可逆,ig 等容可逆,ig 絕熱可逆,等T,p可逆相變,0 0 0 0,-nRTlnV2/V1 =W 0 0,Cv(T2-T1) 0 =W,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,（1）范氏氣體等溫自由膨脹,答：W = 0 因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱恪?Q 0 范氏氣體分子間有引力。體積增大分子間勢能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸熱。 U 0 因?yàn)閺沫h(huán)境所吸的熱使體系的熱力學(xué)能增加。 H 0 根據(jù)焓的定義式可判斷焓值是增加的。,115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.13,答：(1)按反應(yīng)計(jì)量方程式，反應(yīng)進(jìn)度為 1 mol 。,113 使用基爾霍夫定律計(jì)算公式應(yīng)滿足什么條件?,(2)參加反應(yīng)物質(zhì)的種類和相態(tài)在該溫度區(qū)間內(nèi)不發(fā)生變化。如果有相態(tài)變化，則積分不連續(xù)，要分步計(jì)算。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,（2）Zn(s)+ 2HCl(l)= ZnCl2 + H2(g) 進(jìn)行非絕熱等壓反應(yīng),答： W 0 放出的氫氣推動(dòng)活塞，體系 克服外壓對環(huán)境作功。 Q 0 反應(yīng)是放熱反應(yīng)。 U 0 體系既放熱又對外作功，熱 力學(xué)能下降。 H 0 因?yàn)檫@是等壓反應(yīng)，H = QP,115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,（3）H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g) 在絕熱鋼瓶中進(jìn)行,答：W = 0 在剛性容器中是恒容反應(yīng)， 不作膨脹功。 Q = 0 絕熱鋼瓶 U = 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守 恒，熱力學(xué)能不變。 H 0 因?yàn)槭窃诮^熱剛瓶中發(fā)生的放 熱反應(yīng)，氣體分子沒有減少， 鋼瓶內(nèi)溫度升高壓力也增高。,115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,（4） H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g) 在非絕熱鋼瓶中進(jìn)行,答：W = 0 剛性容器中的反應(yīng)是恒容反 應(yīng)，膨脹功為零。 Q 0 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而鋼瓶 又不絕熱。 U 0 體系放熱后熱力學(xué)能下降。 H 0 反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相同， H = U 。,115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,(5）理想氣體經(jīng)焦耳-湯姆遜節(jié)流實(shí)驗(yàn),答： H = 0 U = 0 Q = 0 W = 0,115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,答：H = 0 節(jié)流過程是一個(gè)等焓過程。 U = 0 理想氣體的分子間無作用力，節(jié)流膨脹 后溫度不變，而理想氣體的熱力學(xué)能只 是溫度的函數(shù)，所以熱力學(xué)能不變。 Q = 0 節(jié)流過程是在絕熱管中進(jìn)行的。 W = 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因?yàn)镼，U 都等 于零，所以 W 也等于零。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,（6）常溫、常壓下水結(jié)成冰（273.15 K，p）,答: W 0 水結(jié)成冰，體積增大，體系對外作功. Q 0 水結(jié)冰的過程是放熱過程，放出凝聚熱. U 0 體系既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降. H 0 焓變等于相變熱，水結(jié)冰是放熱的。,115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,（7）氫氣和氧氣在絕熱鋼瓶中爆鳴生成水，電火花能量不計(jì),115 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律 。,H2,O2,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.15,答：W = 0 在剛性容器中是恒容反應(yīng)，膨脹功為零. Q = 0 因?yàn)槭墙^熱容器 U = 0 根據(jù)能量守恒定律，因?yàn)楣?、熱都等?零，所以熱力學(xué)能保持不變。 H 0 因?yàn)闅怏w反應(yīng)生成液體，容器內(nèi)壓力下降 ，根據(jù)焓的定義式得到， H = U + Vp，p小于零，所以H 也 小于零。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.17,1.17 在相同的溫度和壓力下，一定量氫氣和氧氣從四種不同的途徑生成水：(1)氫氣在氧氣中燃燒，(2)爆鳴，(3)氫氧熱爆炸，(4)氫氧燃料電池。請問這四種變化途徑的熱力學(xué)能和焓的變化值是否相同?,答：應(yīng)該相同。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，無論通過什么途徑，其變化值一定相同。這就是：異途同歸，值變相等。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.18,答：其變化值都為零。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過怎樣的循環(huán)，其值都保持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù)值還原。,118 一定量的水，從海洋蒸發(fā)變?yōu)樵?，云在高山上變?yōu)橛辍⒀?，并凝結(jié)成冰。冰、雪熔化變成水流入江河，最后流入大海，整個(gè)循環(huán)水的熱力學(xué)能和焓的變化是多少?,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.20,答：可逆過程(1)繞到沸點(diǎn);(2)繞到飽和蒸氣壓,1.20 298K，105Pa壓力下，一杯水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣是不可逆過程，試將它設(shè)計(jì)成可逆過程。,2019/7/1,輔導(dǎo)答疑 1.10,答：因?yàn)榛鶢柣舴蚨捎?jì)算的是反應(yīng)進(jìn)度為 1 mol時(shí)的熱效應(yīng)，而實(shí)驗(yàn)測的是反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)的熱效應(yīng)，兩者