热力学第一定律-广西师范大学化学与药学学院
04 热力学第一定律
1、焦耳实验 ┅ ┅ 自由膨胀过程 W= 0， Ｑ = 0
C
A 焦耳实验 理想气体宏观特性： 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＝U(T)。
22
d U= 0
U1 (T1 ,V 1) ＝U2 (T2 ,V2)＝常量 B 证明：理想气体内能仅是状态(Ｔ)的 函数，与体积无关，称为焦耳定律
Q是系统所吸收的能量，W是外界对系统所作的功
dU dQ dW或dQ dU pdV
（1）确定了内能变化的两种量度（功和热量），是 说明： 能量转换和守恒定律在热力学过程中的应用， 功热 转换是通过内能变化实现的。
( 2) W系统 W外界 Q U
第一类永动机是不可能制造的┅ ┅热力学第一定律的另一表述 系统做功（Ｗ）┅ ┅Ｖ （3）功、内能和热量变化正负号 内能（Ｕ）┅ ┅Ｔ 的判断 热量（Ｑ）┅ ┅定律
p
dQ vC p , m dT Q v C p , m dT
T1 T2
0
V
W
V2
V1
PdV P (V2 V1 ) R(T2 T 1) RT
在相同情况下质量扩大一倍时，强度量不变。
如前面提到的：P，F，σ，E等都是强度量
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四、热量与热质说
热量：它是从高温物体传递给
低温物体的能量
T1 T2
热量是过程量 功与热量的异同
T1 Q T2
热质说 1）过程量：与过程有关； 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同； 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 3）功与热量的物理本质不同 . 功 宏观运动 分子热运动 热量 分子热运动 分子热运动
物理化学：热力学第一定律PPT课件
要的热量为Q，则就定义
1 n
δQ p dT
为该物质在该温度
下的摩尔定压热容，以 C p , m 表示，
Cp,m
1 δQp n dT
对恒压过程
δ Q p d H p n d H m ,p
代入有
C p ,m
1H n Tp
H m Tp
—— C p , m 定义式
单位： Jm o l1K 1
(2) 应用——计算单纯pVT 过程H
第二章 热力学第一定律
热力学是自然科学中建立最早的学科之一
1. 第一定律：能量守恒，解决过程的能量衡算 问题（功、热、热力学能等）
2. 第二定律：过程进行的方向判据 3. 第三定律：解决物质熵的计算
热力学基本定律是生产经验和科学实验的总结，它们不 能用其它理论方法加以证明，但其正确性毋庸置疑。 需要指出： （1）经典热力学研究含有大量质点的宏观系统：其原理、 结论不能用于描述单个的微观粒子； （2）经典热力学只考虑平衡问题：只考虑系统由始态到末 态的净结果，并依此解决诸如过程能量衡算、过程的方向、 限度的判断等热力学问题，至于由始态到末态的过程是如何 发生与进行的、沿什么途径、变化的快慢等等一些问题，经 典热力学往往不予考虑。
W p a m b V 2 V 1p V 2 V 1 p 1 V 1 p 2 V 2 由热力学第一定律可得: Q p UW =U 2 p2V 2 U 1 p1 V 1
定义 : HdefU pV
H为焓，为状态函数，广延量，单位 J Qp H δQp dH
即恒压热与过程的焓能变在量值上相等
注：H 的计算的基本公式： H= U+ (pV) 恒压过程 H = Q
§2.1 基本概念和术语
第二章 热力学第一定律
3．0.1kg C6H6(l)在 pӨ，沸点 353.35K 下蒸发，已知 l H m (C6H6) =30.80 kJ mol-1。
___（上升，下降，不变） _，其（
7．在室温常压下，H2（g）经节流膨胀后温度_ 样条件下，空气经节流膨胀后温度___ _。
H ）T_ P
_0，同
8． (1)某反应在恒压 P，绝热，W，=0 的条件下进行，系统温度由 T1 升到 T2， 则过程△H ____0。
， (2)上述反应在恒 T，P，W =0 的条件下进行，则△H____0。
6．任何气体经绝热自由膨胀，温度不变 (
7． H2O(l)的标准摩尔生成焓△fHӨm 也是同温度下 H2(g)的标准摩尔燃烧焓 (
四、计算题
1．1mol理想气体由100kPa、10dm3恒压压缩到1dm3，再恒容升压到1000kPa。试
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广西师范大学精品课程……………《物理化学》
计算整个过程的W、Q、U、H。 2．在 298K 时，有 2molN2(g)，始态体积为 15dm3，保持温度不变，经下列三个 过程膨胀到终态体积为 50dm3，计算各过程的 U ， H ，W 和 Q 的值。设气体 为理想气体。 (1) 自由膨胀； (2) 反抗恒定外压 100kPa 膨胀； (3) 可逆膨胀。
2．一理想气体在恒定外压为 1.01×102 kPa 下，从 10 dm3 膨胀到 16 dm3，同时 吸热 125 J。则此过程的 ΔU 为( (A) -248 J (B) +842 J )焦耳。 (C) -482 J (D) +482 J
3．一理想气体在恒定外压为 1.01×102 kPa 下，从 10 dm3 膨胀到 16 dm3，同时 吸热 125 J。则此过程的 ΔH 为( (A) +215 J (B) -125 J ) )焦耳。 (C) -215 J (D) +125 J
什么是热力学第一定律及第二定律
什么是热力学第一定律及第二定律下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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热力学第一定律 课件
(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即 ΔU=0,则 W+Q=0 或 W=-Q,
外界对物体做的功等于物体放出的热量。
4.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0;
(2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。
为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能
量的总量保持不变。
2.意义
(1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、
光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对
提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等
能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量
的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保
持不变,它包括各个领域,其范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他
(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形
式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物
理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论
并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
外做功的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。
(完整版)第二章热力学第一定律.doc
第二章热力学第一定律1、如果一个系统从环境吸收了40J 的热，而系统的热力学能却增加了200J ,问系统从环境中得到了多少功？如果该系统在膨胀过程中对环境作了 10kJ 的功，同时收了 28kJ 的热，求系统的热力学能变化值。
解：根据U Q W 热力学第一定律,可知W U Q (200 40) 160J （系统从环境吸热，Q 0 ）U Q W 28 10 18kJ （系统对环境做功，W 0 ）2、有 10mol 的气体（设为理想气体），压力为 1000kPa ，温度为 300K ，分别求出等温时下列过程的功：（1）在空气中压力为 100kPa 时，体积胀大1dm3；（2）在空气中压力为 100kPa 时，膨胀到气体压力也是100kPa ；（3）等温可逆膨胀至气体的压力为100kPa ；解：（1）外压始终维持恒定，系统对环境做功W p e V100 103 1 10 3 100J（2）10mol,300K10mol,300K1000kPa,V 1100kPa,V 2W p e V p e (V2 V1 ) p e(nRT2nRT1) nRTp e (11 )p2 p1 p2 p110 8.314 300 100 103 ( 1 1103 ) 2.2 104 J100 103 1000（3）等温可逆膨胀：V2p e dV nRT ln V2 nRT ln p1WV1 V1 p210 8.314 300 ln 1000 5.74 10 4 J1003、 1mol 单原子理想气体，C V ,m 3R ，始态（1）的温度为273K ,体积为 22.4dm3，2经历如下三步，又回到始态，请计算每个状态的压力， Q ,W和U 。
（1）等容可逆升温由始态（1）到 546K 的状态（ 2）；（2）等温（ 546K ）可逆膨胀由状态（ 2）到44.8dm3的状态（ 3）；（3）经等压过程由状态（ 3）回到始态（ 1）；解：（1）等容可逆升温过程：W P e V 0UQ WQ VT 2 nC V ,m dT 138.314 546 273 3404.58 JT 12（2）等温可逆膨胀过程：U 0WnRT lnV 21 8.314 546ln 44.83146.50JV 122.4Q W 3146.50J（3）等压过程 :WP e VnRT V 1 V 2 1 8.314 273 22.4 44.8 10 3 2269.72 JV 1 22.4 10 3Q pH T 2nC P ,m dT n 3 R 273 546 5 8.314 273 5674.31J T 1 R 12 2UQ W 5674.31 2269.72 3404.59 J4、在 291K 和 100kPa 下， 1molZn (s) 溶于足量稀盐酸中， 置换出 1molH 2 ( g) ，并放热 152kJ 。
热力学第一定律 课件
1．不同形式的能量之间可以相互转化． (1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机 械能，分子热运动对应内能等． (2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生 热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能 等．
2．能量守恒定律及意义． 各种不同形式的能之间相互转化时保持总量不变． 意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更 普遍，是 19 世纪自然科学的三大发现之一．
2．判断是否做功的方法． 一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积 是否变化． (1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0； (2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.
【典例 2】 一定量的理想气体在某一过程中，从外 界吸收热量 2.5×104 J，气体对外界做功 1.0×104 J，则 该理想气体的( )
1．对热力学第一定律的理解． (1)对ΔU＝W＋Q 的理解：做功和热传递都可以改变 内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程， 那么外界对系统所做的功 W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于系统内能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.
(2)对ΔU、Q、W 符号的规定． ①功 W：外界对系统做功，W>0，即 W 为正值； 系统对外界做功，W<0，即 W 为负值． ②热量 Q：系统吸热为正：Q>0； 系统放热为负：Q<0. ③内能变化：系统内能增加，ΔU>0，即ΔU 为正值； 系统内能减少，ΔU<0，即ΔU 为负值．
解析：根据太阳能的工作原理可知，太阳能热水器把 太阳能转化为内能，所以 A 正确；风力发电是通过电磁 感应将风能转化为电能，所以 B 正确；电风扇是将电能 转化为机械能，所以 C 正确；蜡烛燃烧是将化学能转化 为内能，所以 D 错误．本题选择错误的，故选 D.
热力学第一定律精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版热力学第一定律科技名词定义中文名称：热力学第一定律英文名称：first law of thermodynamics其他名称：能量守恒和转换定律定义：热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换，在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。
概述热力学第一定律热力学第一定律：△U=Q+W。
系统在过程中能量的变化关系英文翻译：the first law of thermodynamics简单解释在热力学中，系统发生变化时，设与环境之间交换的热为Q（吸热为正，放热为负），与环境交换的功为W（对外做功为负，外界对物体做功为正），可得热力学能（亦称内能）的变化为ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W物理中普遍使用第一种，而化学中通常是说系统对外做功，故会用后一种。
定义自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。
英文翻译：The first explicit statement of the first law of thermodynamics, byRudolf Clausiusin 1850, referred to cyclic thermodynamic processes "In all cases in which work is produced by the agency of heat, a quantity of heat is consumed which is proportional to the work done; and conversely,by the expenditure of an equal quantity of work an equal quantity of heat is produced."基本内容能量是永恒的，不会被制造出来，也不会被消灭。
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第二章热力学第一定律
一、选择题
1．（A）2．（C）3．（D）4．（D）
5．（B）6．（D）7．（D）8．（B）
9．（B）10．（A）11．（B）12．（D）
13．（B）14．（A）15．( D ) 16．( C )
17．（D）18．（B）19．( B ) 20．( D )
21．（C）22．（B）23．( A ) 24．( C )
25．（A, C）26．（B, C, E）27．( A ) 28．( B )
二．填空题
1．上升，上升2．任一，恒容
3．封闭系统，理想气体，可逆绝热过程，W’=0，单纯PVT变化，C p,m/C v,m为常数。
4．减小，零。
5．△C HӨm(CO(g))
6．△H=0，下降7．上升，>，下降。
8．(1)△H=0，(2)△H<0
9．<，<，<，<
10．恒温，节流，恒压绝热
三．判断题
1．×，2．√，3．×，4．√，5．×，6．×，7．√
四．计算题
1．1mol理想气体由100kPa、10dm3恒压压缩到1dm3，再恒容升压到1000kPa。
试计算整个过程的W、Q、∆U、∆H。
解：变化过程如下：
根据理想气体状态方程，
p1V1/T1 = p3V3/T3
可得： T 3=T 1（ p 3V 3/ p 1V 1）= T 1（1000kPa×1dm 3）/(100kPa×10dm 3) =T 1 即终态与始态的温度相同，根据理想气体的内能U 和焓H 仅与温度有关，因此 ∆U = ∆H =0
过程的功
W =W (恒压)+W （恒容）= - p 1 (V 2 - V 1) + 0 = -100 000Pa×(1-10) ×0.001m 3 = 900J Q=∆U - W = 0 - 900J = - 900 J
2．在298K 时，有2molN 2(g)，始态体积为15dm 3，保持温度不变，经下列三个过程膨胀到终态体积为50dm 3，计算各过程的U ∆，H ∆，W 和Q 的值。
设气体为理想气体。
(1) 自由膨胀；
(2) 反抗恒定外压100kPa 膨胀；
(3) 可逆膨胀。
解： 始态：，，mol n 2=3115dm V =K T 2981=
终态：
3250dm V =(1) 自由膨胀：0=∆-=V p W 外，0)(==∆=∆T f H U ，0=-∆=W U Q
(2) 反抗恒定外压100kPa 膨胀：
J m Pa V p W 350010)1550(10100333-=⨯-⨯⨯-=∆-=-外
0)(==∆=∆T f H U ，J W U Q 3500=-∆=
(3) 可逆膨胀：
J
dm
dm K V V nRT W 86.5965 1550ln 298K mol 8.314J -2mol ln 33
1-1-1
2
-=⨯⨯⋅⋅⨯=-= 0)(==∆=∆T f H U ，J W U Q 86.5965=-∆=
3．0.1kg C 6H 6(l)在p Ө，沸点353.35K 下蒸发，已知(C 6H 6) =30.80 kJ mol -1。
试计算此过程Q ，W ，ΔU 和ΔH 值。
m g
l H ∆解：等温等压相变 。
n (C 6H 6) =100/78 mol , ΔH = Q = n = 39.5 kJ , m g l H ∆ W = - nRT = -3.77 kJ , ΔU =Q +W=35.7 kJ
4．设一礼堂的体积是1000m 3，室温是290K ，气压为O
p ，今欲将温度升至300K ，
需吸收热量多少?(若将空气视为理想气体，并已知其C p ,m 为29.29 J K -1 ·mol -1。
)
解：理想气体等压升温（n 变）。
T nC Q p d m ,=δ,
⎰=300290m ,d RT T pV C Q p =1.2×107 J 5．1mol 单原子分子理想气体,从298K,2p Ө经(1)等温可逆; (2)绝热可逆; (3)沿p=10132.5V+b 的路径可逆膨胀至体积加倍, 求各过程的Q,W,∆U 和∆H? 解: (1)理想气体等温过程 ∆U=0; ∆H=0
Q=-W=nRTln(V 2/V 1)=1717.3 J
(2) 绝热过程: Q
=0 γ=5/3 有绝热过程方程式: p 1V 1γ=p 2V 2γ p 1=2p 0 V 1=12.226 dm 3 V 2=24.452 dm 3
p 2=p 1V 1γ/V 2γ=0.63p 0 T 2=p 2V 2/nR=187.7 K
∆U=Cv (T 2-T 1)=3/2R(187.7-298)=-1375 J
W=∆U=-1375 J ∆H=C p (T 2-T 1)=-2292 J
(3) 求b: b=p 1-10132.5V 1=78770
p 2=10132.5×V 2+78770=326530Pa=3.223p Ө
T 2=p 2V 2/R=960.3K ∆U=C v ∆T=8260 J
∆H=C p ∆T=13767 J W=-∫pdV=-∫(10132.5V+78770)dV=-3240 J
Q=∆U-W=11500 J
6．2 mol 单原子理想气体，由600K ，1.0MPa 对抗恒外压p Ө绝热膨胀到p Ө。
计算该过程的Q 、W 、ΔU 和ΔH 。
(C p ,m =2.5 R)
解：理想气体绝热不可逆膨胀Q ＝0 。
ΔU ＝W ，即 nC V ,m (T 2-T 1)= - p 2 (V 2-V 1), 因V 2= nRT 2/ p 2 , V 1= nRT 1/ p 1 ，求出T 2=384K 。
ΔU ＝W ＝nC V ,m (T 2-T 1)＝-5.39kJ ，ΔH ＝nC p ,m (T 2-T 1)＝-8.98 kJ
7．2mol,101.33 kPa,373K 的液态水放入一小球中,小球放入373K 恒温真空箱中。
打破小球,刚好使H 2O(l)蒸发为101.33kPa,373K 的H 2O(g)(视H 2O(g)为理想气体)求此过程的Q ，W ，ΔU ，ΔH ; 若此蒸发过程在常压下进行,则Q ，W ，ΔU ，ΔH 的值各为多少? 已知水的蒸发热在373K, 101.33kPa 时为40.66kJ·mol －1。
. 解：101.33kPa , 373K H 2O(l)→H 2O(g)
(1)等温等压可逆相变, ΔH =Q =n H m = 81.3 kJ ,
g l ∆W = -nR T =-6.2 kJ, ,ΔU =Q +W =75.1 kJ
(2)向真空蒸发W =0, 初、终态相同ΔH =81.3 kJ，ΔU =75.1 kJ，Q =ΔU ＝75.1 kJ。