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1、第二章热力学第一定律热(Q)：系统与环境间由于温差而交换的能量。是物质分子无序运动的结果。是过程量。功(W)：除热以外的、在系统与环境间交换的所有其它形式的能量。是物质分子有序运动的结果，是过程量。热力学能(U)：又称为内能，是系统内部能量的总和。是状态函数，且为广度量，但绝对值不知道。热力学第一定律数学表达式：U=Q+W，在封闭系统、 W=0、恒容条件下，U=QV。焓函数 (H)： HU+pV, 是状态函数，且为广度量，但绝对值不知道。在封闭系统、W=0、恒压条件下，H=Qp。热力学第一定律及焓函数系统状态变化时，计算系统与环境间交换的能量状态变化及过程溶解及混合化学变化相变化单纯的 pTV
2、 变化恒容过程 (V始=V终) 恒温过程 (T始=T终=T环) 恒压过程 (p始=p终=p环) 绝热过程 (Q = 0) 节流过程 (H = 0，Q0) 系统及状态环境：在系统以外与系统密切相关部分系统：隔离系统；封闭系统；敞开系统状态及状态函数状态：系统的所有物理性质和化学性质的综合体现类型：广度量；强度量特性：改变值只与始、末态有关而与具体途径无关；不同状态间的改变值具有加和性。即殊途同归，值变相等；周而复始，其值不变。状态函数(热力学性质 ) 热力学平衡：热平衡；力学平衡；相平衡；化学平衡溶解焓及混合焓：标准摩尔溶解焓、稀释焓、混合焓的定义及计算。系统与环境间交换能量的计算 (封闭系统，
3、 W =0) 简单的pTV 变化理想气体 (IG) 系统：2211,;TTVmp mTTUnCdTHnCdT理想气体恒温过程焦尔实验： (1)结论：(?U/?V)T=0; (2)推论：UIG=f (T); HIG=g (T) U=H=0; W=-Q =2121ln/VVpdVnRTVV(可逆) 恒容过程： W=0；QV=U=21,;TV mTnCdT绝热过程： Q=0； U= W不可逆 （恒外压）：nCV,m(T2-T1)=-p2(V2-V1) 可逆：11,21112111()()1Vmp VnCTTVVQp=H=21,;Tp mTnCdTW=-p外(V2-V1)；U=H-pV (常压下，凝聚
4、相：W0； U H) 恒压过程：节流膨胀： Q=0；H=0；J-T=(dT/dp)H=0 T 不变 (例如理想气体 ) 0 致冷相变化U=HpVQp=H; W=-pV0， U H (常压下凝聚态间相变化) =-nRT (气相视为 IG) 相变焓与温度关系：2121,()()Tmmp mTHTHTCdT化学变化摩尔反应焓的定义：rHm=rH/恒压反应热与恒容反应热的关系：Qp=QV+B(g)RT标准摩尔反应焓的计算：1B()(B,)rmfmHTHT!反应进度定义、标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓的定义。基希霍夫公式：21,21,();()()Trmprp mrmrmrp mTHCHTHTCdTT!
5、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 14 页1. 当理想气体冲入一真空绝热容器后，其温度将(a) 升高(b) 降低(c) 不变(d) 难以确定(答案 )c (U=Q+W, p外=0 , W=0 ,又绝热，所以U ) 因为是真空故不做功，又因为是绝热故无热交换，故U0。温度不变。2. 当热力学第一定律写成dU = Q pdV 时，它适用于(a). 理想气体的可逆过程(b). 封闭体系的任一过程(c). 封闭体系只做体积功过程(d). 封闭体系的定压过程(答案 )c (W=W体+W非，当 W非=0 时， W体= -pdV)3对热
6、力学可逆过程，下列说法中正确的是(a) 过程进行的速度无限慢 (b) 没有功的损失(c) 系统和环境可同时复原 (d) 不需环境做功（答案 )c 可逆过程：体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之后，如果能够使体系和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。否则为不可逆过程特征：状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限接近于平衡态；过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原态，变化过程中无任何耗散效应；等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功。在可逆过程中，由于状态变化时推动力与阻力相
7、差无限小，所以完成过程所需的时间为无限长。4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) (答案 )a ( U=Q+W ) 5对于孤立体系中发生的实际过程，下列关系中不正确的是(a) W = 0 (b) Q = 0 (c) U= 0 (d) H = 0 (答案 )d (孤立体系？U=Q+W ) 6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精选学习资料 - - - - - -
8、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 14 页(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(答案 )c （理想气体等温过程，U，即内能不变；绝热可逆过程）7凡是在孤立体系中进行的变化，其U 和H 的值一定是(a) U 0 , H 0 (b) U = 0 , H = 0 (c) U 0 , H U不可逆W可逆 W不可逆Q可逆Q不可逆( Q可逆- W可逆) ( Q不可逆- W不可逆) 正确的是(a) (1)，(2) (b) (2)，(3) (c) (3)，(4) (d) (1)， (4) (答案 ) b （等温可逆过程中，体系对环
9、境作最大功，环境对体系作最小功。）9. 理想气体自由膨胀过程中(a). W = 0，Q0，U0，H=0 (b). W0，Q=0，U0，H0 (c). W 0，Q0，U=0，H=0(d). W = 0，Q=0，U=0，H=0 (答案 ) d （什么叫自由膨胀）10. 如下图所示，体系从状态A 变化到状态B，经历两条不同的途径，下式中那个不正确 ? （a）1212;QQWW（b）2211WQWQ（c）1212;UUHH（d）1221HUHUAB(1)(2)(答案 ) a 11. 体系的下列各组物理量中都是状态函数的是：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
10、- - -第 3 页，共 14 页(a) T，p，V，Q ；(b) m，Vm，Cp， ?V；(c) T，p，V，n；(d) T，p，U，W。(答案 ) c 12. 体系的状态改变了，其内能值（a）必定改变（b）必定不变（c）不一定改变（d）状态与内能无关(答案 ) c 13. 体系进行一次循环过程（a）W=0 （b）|Q|=|W|（c）Q=0 （d） U=0 (答案 ) b 14. 下列哪个封闭体系的内能和焓仅是温度的函数（a） 理想溶液（ b） 稀溶液（c） 所有气体（ d） 理想气体(答案 ) d 15. 下面各组热力学函数或其组合中，都是容量性质的是（a）,mpVUHTT（b）V，U，T
11、（c）p，pV，H（d）U，H，V(答案 ) d 16. 在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使其工作，过一段时间之后，室内的平均气温将如何变化? (a) 升高(b) 降低(c) 不变(d) 不一定(答案 ) a 17. 状态函数的性质（a）绝对值不知（b）相互独立（c）都有偏摩尔量（d）变化值仅取决于始末态(答案 ) d （p ,T 的绝对值可知）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 14 页18. 指出下列过程中的可逆过程(a) 摩擦生热(b) 室温、标准压力下一杯水蒸发为同温同压下的汽(c) 3
12、73K ，标准压力下一杯水蒸发为汽(d) 手电筒中干电池放电使灯泡发亮(答案 ) c 19 1mol 理想气体经历可逆绝热过程，功的计算式有下列几种，其中哪一个是错误的（a） Cv(T1- T2)（ b）Cp(T2-T1)（c）(P1V1- P2V2)/(r-1) （d）R(T1-T2)/(r-1)(答案 ) b 11112111212211()()1()1vVVVVUWnCTTWCCWpdVdVVVVpVCp VpVW)20. 第一类永动机不能制造成功的原因是（a） 能量不能创造也不能消灭（b） 实际过程中功的损失无法避免（c） 能量传递的形式只有热和功（d） 热不能全部转换成功(答案 )
13、a 21. 对于功 , 下面的说法中不正确的是（a） 在系统对环境做功或环境对系统做功时, 环境中一定会留下某种痕迹（b） 功的量值与系统的始末态有关（c） 无论做什么功都伴随着系统中某种物质微粒的定向运动（d） 广义功 =广义力广义位移。系统做功时，“广义力”是指环境施予系统的力；环境做功时， “广义力”是指系统施予环境的力(答案 ) d 22. 对于理想气体，下述结论中正确的是：(a) ( H/ T)V = 0 ( H/ V)T = 0 (b) ( H/ T)p= 0 ( H/ p)T = 0 (c) ( H/ T)p= 0 ( H/ V)T = 0 (d) ( H/ V)T = 0 (
14、H/ p)T = 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 14 页(答案 ) d 23. 将某 理想气体 从温度 T1加热到 T2。若此变化为非恒压过程，则其焓变 H 应为何值 ? (a) H=0 (b) H=Cp(T2-T1) (c) H 不存在(d) H 等于其它值(答案 ) b 24. 某绝热封闭体系在接受了环境所做的功后，其温度（a）一定升高（b）一定降低（c）一定不变（d）不一定改变(答案 ) a 25. 热力学第一定律U=Q+W 只适用于（a）单纯状态变化（b）相变化（b）化学变化（ d）封闭物系的任何变化(答案
15、 ) d 26. 热力学第一定律仅适用于什么途径：(a) 同一过程的任何途径(b) 同一过程的可逆途径(c) 同一过程的不可逆途径(d) 不同过程的任何途径(答案 ) a （系统从某状态变化到另一状态的经历，称作过程 ；实现这一过程的具体步骤称为途径 ）27. 如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为体系有：（a） W =0， Q 0，U 0 （b）. W0， Q 0 （c） W 0， Q 0 （d）. W 0 (答案 ) b 28. 下列过程中U = 0 的是(a) 水向真空蒸发为蒸汽(b) 可逆化学反应(c) 绝热恒容的气体反应(d)
16、 可逆电池放电(答案 ) c 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 14 页29. 在一个循环过程中，物系经历了i 步变化（定义环境对体系作功定义为正），则（a）Qi=0 （b）QiWi=0 （c）Wi=0 （d）QiWi=0 (答案 ) d 30. “封闭体系恒压过程中体系吸收的热量Qp等于其焓的增量H ” ，这种说法(a) 正确(b) 需增加无非体积功的条件(c) 需加可逆过程的条件(d) 需加可逆过程与无非体积功的条件(答案 ) b H = Qp（封闭体系，恒压，不做非体积功）31.H = Qp此式适用于下列那个过程 (
17、a) 理想气体从 1013250 Pa 反抗恒定的 101325 Pa 膨胀到 101325Pa （b） 0 ,101325 Pa下冰融化成水（c） 电解 CuSO4水溶液（d） 气体从 (298K,101325 Pa) 可逆变化到 (373K,10132.5 Pa)(答案 ) b 32. 当体系将热量传递给环境之后,体系的焓(a) 必定减少(b) 必定增加(c) 必定不变(d) 不一定改变(答案 ) d 33. 对于下列的四种表述 (1) 因为H = Qp ，所以只有等压过程才有H (2) 因为H = Qp ，所以Qp也具有状态焓数的性质 (3) 公式H = Qp只适用于封闭体系 (4) 对
18、于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程，其热量只决定于体系的始态和终态上述诸结论中正确的是 (a) (1) (4) （b） (3) (4) （c） (2) (3) （d） (1) (2)(答案 ) b 34. 盖斯定律包含的两个基本问题是(a) 热力学第一定律和状态函数的基本特征精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 14 页(b) 热力学第一定律和热的基本性质(c) 内能变化和焓变的基本性质(d) 等压热效应和等容热效应的性质(答案 ) a （什么叫盖斯定律）35. 关于焓的性质, 下列说法中正确的是（a） 焓是系统内含的热能
19、, 所以常称它为热焓（b） 焓是能量 , 它遵守热力学第一定律（c） 系统的焓值等于内能加体积功（d） 焓的增量只与系统的始末态有关(答案 ) d （ pV, H = Qp（封闭体系，恒压，不做非体积功）36. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时内能将(a) 降低 (b) 增加(c) 不变 (d) 增加、减少不能确定(答案 ) b 37. 在非等压过程中加热某体系, 使其温度从T1升至 T2, 吸热 Q, 则此过程的焓增量H 为：(a) H=Q(b) H=0 (c) H= U+(pV) (d) H 等于别的值(答案 ) c 39. dU=CvdT 及 dUm=Cv,mdT 适用的条件完整地
20、说应当是（a）等容过程（b）无化学反应和相变的等容过程（c）组成不变的均相系统的等容过程（d）无化学反应和相变化且不做非体积功的任何等容过程及无反应和相变而且系统内能只与温度有关的非等容过程(答案 ) d 40. 当某化学反应rCp,m0，则该过程的( )rmHT$随温度升高而（a） 下降（b） 升高（c） 不变（d） 无规律(答案 ) a ()rmprpHCT41. 下列宏观过程：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 14 页(1) p , 273 K下冰融化为水(2) 电流通过金属发热(3) 往车胎内打气(4) 水在 10
21、1 325 Pa, 373 K 下蒸发可看作可逆过程的是(a) (1),(4) (b) (2),(3) (c) (1),(3) (d) (2),(4) (答案 ) a 42. 一定量的理想气体从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态，终态体积分别为V1,V2，则(a) V1 V2(b) V1rUm(答案 ) d （rHm= rUm RT）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 14 页47. 关于基尔霍夫定律适用的条件，确切地说是（a） 等容条件下的化学反应过程（b） 等压条件下的化学反应过程（c） 等压
22、或等容且不做非体积功的化学反应过程（d） 纯物质在不同温度下的可逆相变过程和等压反应过程(答案 ) c ,298()(298)Trmrmrp mKHTKHKCdT, ,( )rmrp mpHTCT,298()(298)TrmrmrV mKUTKUKCdT, ,( )rmrV mVUTCT48. 氧气的燃烧热应为何值? (a) 大于零(b) 小于零(c) 等于零(d) 不确定(答案 ) c 49. 欲测定有机物燃烧热Qp,一般使反应在氧弹中进行，实测得热效应为QV。公式Qp=QV+ RT 中的 为: (a) 生成物与反应物总物质的量之差(b) 生成物与反应物中气相物质的量之差(c) 生成物与反应
23、物中凝聚相物质的量之差(d) 生成物与反应物的总热容差(答案 ) b 50. 若某化学反应的rCp,m=0，则该反应的rHm与温度的关系为(a) 随温度增加而增加(b) 随温度增加而减小(c) 与温度变化无关(d) 与温度变化无规律(答案 ) c 根据,rmrp mdHCdT51. 化学反应的恒压热(a) 大于恒容热(b) 等于恒容热(c) 小于恒容热(d) 以上三者皆有可能(答案 ) d 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 14 页可以由恒压反应热和恒容反应热之间的关系式看出( )rmrmB gBHURT52. 在处理实
24、际问题时，为了简化计算过程，常假定“反应热效应与温度无关”。这个假定的实质是(a) 各物质在升温过程中不吸热(b) 各物质的定压或定容热容是常数(c) 产物的定压或定容热容乘以计量系数之和等于反应物的定压或定容热容乘以计量系数之和(d) 近似视为等温过程(答案 ) c ,(B)rmBP mrp mBdHCCdT53. 关于节流膨胀, 下列说法正确的是（a） 节流膨胀是绝热可逆过程（b） 节流膨胀中系统的内能变化（c） 节流膨胀中系统的焓值改变（d） 节流过程中多孔塞两边的压力不断变化(答案 ) b(在绝热，气体始、终态压力分别保持恒定条件下的膨胀过程，称为节流膨胀过程。 )节流过程是个等焓过程
25、:21HH，Q=0，p1p2)54. 理想气体经过焦-汤节流膨胀过程，则（a）0H（ b）0U（c）0S（d）0p(答案 ) c 对于理想气体，H=f(T)，H 不变， T 亦不变，0U)55. 实际气体经节流膨胀后，下述哪一组结论是正确的（a）Q 0, ?H = 0, ? p 0 （b）Q = 0, ? H = 0, ? T 0 （c）Q = 0, ?H 0, ? p 0 （d）Q = 0, ? H = 0, ? p 0，则此反应(a) 吸热(b) 放热(c) 无热效应(d) 吸放热不能肯定(答案 ) d , ,(B)rmBP mrp mBdHCCdT(若产物与反应物的Cp0，上式只能告诉我
26、们此反应热效应随反应温度升高而增加，但不能告诉我们在某一确定温度下反应是吸热，还是放热) 计算题1.1 mol 单原子分子理想气体，初始状态为25， 101 325 Pa 经历 U = 0 的可逆变化后，体积为初始状态的2 倍。请计算Q，W 和 H。解：因 U=0 所以 T=0，W=nRTln(V2/V1)=1718 kJ2 Q= W=1718 J，H=0 3 2. 1mol 理想气体 在 300K 下， 1dm3定温可逆地膨胀至10dm3，求此过程的Q、W、U 及H。解：理想气体定温可逆过程1210 ln1 8.314300 ln5743 J1VWnRTV2 理想气体定温下U = 0，H =
27、 0 2 Q = W = 5743 J 1 3.1mol 某理想气体，Cp,m=29.36J K1mol1，在绝热条件下，由273K、 100 kP 膨胀到203K、10 kPa，求该过程Q、W、H解：理想气体绝热过程Q = 0， 因此21,m,m()TVpTUnCdTn CR dT精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 14 页= 1（ 29.368.314）（ 203 273）=1473.22 J 2 H =n Cp,mdT= 129.36（ 203273）=2055.2 J 2 W = U = 1473.22 J 1 4
28、. 某理想气体Cv,m=(3/2)R。今有该气体5mol在恒容下温度升高50。求过程的W，Q，H和U。解: 理想气体恒容升温过程。n = 5mol，CV,m = （3/2）R QV =U = n CV,mT = 5 1.5 R50 = 3.118kJ 2 W = 0 1 H = U + nRT = n Cp,mT= n (CV,m+ R)T = 5 2.5 R 50 = 5.196kJ 25.系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的Qa=2.078kJ, Wa=4.157kJ；而途径b的Qb=0.692kJ。求Wb.解：热力学能变只与始末态有关，与具体途径无关，故Ua = Ub由
29、热力学第一定律可得Qa + Wa = Qb + Wb Wb = Qa + WaQb = 1.387kJ 6. 一个人每天通过新陈代谢作用放出10 460 kJ 热量。(1) 如果人是绝热体系，且其热容相当于70 kg 水，那么一天内体温可上升到多少度? (2) 实际上人是开放体系。为保持体温的恒定， 其热量散失主要靠水分的挥发。假设 37时水的汽化热为2405.8 J g-1，那么为保持体温恒定，一天之内一个人要蒸发掉多少水分? (设水的比热为4.184 J g-1 K-1) (答案 ) (1) T=Q/(mc)=10 460103J/(70103g)(4.184 Jg-1 K-1) =35.
30、9 K 3 T=(35.7+310.2)K=345.9 K (2) mx=Q/ H=10 460103J/(2405.8103JK-1) = 4.35 kg 2 7. 有一气体反抗外压202.65kPa 使其体积从10L 膨胀到 20L， 从环境吸收了1255J 的热量，求此气体内能的变化？解：在外压恒定的情况下所做的功为：3321()202.6510(2010)102026.5 JWp VV2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 14 页根据热力学第一定律，U=Q+W可以得出U=Q+W=1255+（-2026.5 ） =
31、-771.5J 38. 1 mol 水在 100，p下变成同温同压下的水蒸气(视水蒸气为理想气体)，然后等温可逆膨胀到 0.5 p ， 计算全过程的 U， H。 已知-12(H O, 373.15K,)40.67 kJ molglmHp。解：过程为等温等压可逆相变理想气体等温可逆膨胀，对后一步U， H均为零。2 40.67 kJglmHH， U= H (pV) = 37.57kJ 3 10. 某理想气体的CV, m /J K-1 mol-1=25.52+8.2 10-3(T/K)，问(1) Cp, m和 T 的函数关系是什么？(2) 一定量的此气体在300 K 下，由 p1=1.10325103 kPa，V1=1dm3膨胀到 p2=101.325 kPa，V2=10 dm3时，此过程的 U， H 是多少？(3) 第 (2) 中的状态变化能否用绝热过程来实现？解： (1) 因为 Cp,m-CV,m=R=8.314 JK-1 mol-1 所以 Cp,m=(33.83+8.210-3T/K) JK-1 mol-12 (2) T=0，所以 U=H=0 2 (3) 若是进行绝热自由膨胀，则W=Q=0 所以U=H=0 可与 (2)过程等效1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 14 页
