物理化学电子教案：热力学第一定律-热化学（2）（2学时2012环境专业）9-11

1、物理化学电子教案物理化学电子教案 华南师范大学物理化学研究所华南师范大学物理化学研究所 第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律. .热化学热化学UQW 2.2 2.2 热力学第一定律热力学第一定律2.2.1能量守恒和转化定律2.2.2 热力学能2.2.3 功和热2.2.4 热力学第一定律的数学表示式第第3 3节节 焓焓第第4 4节节 热容热容能量守恒和转化定律能量守恒和转化定律能量守恒和转化定律：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式。在转化中能量的总值不变。简言之，能量既不能创造也不能消灭。焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历

2、经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。 即： 1 cal = 4.1840 J 这就是著名的这就是著名的热功当量热功当量，为能量守恒原理提供了为能量守恒原理提供了科学的实验证明。科学的实验证明。热力学能一定量的物质， （始态） T1；U1一定量的物质， （终态） T2 U2绝热条件下，T2 T1 途径1电功 途径2 机械功实验表明：系统具有一个其变化值只取决与始态和终态的物理量，该物理量与具体的变化途径无关。反映了体系内部的能量，此量称为热力学能。以符号U表示。热力学能是状态函数。其量的变化由始态和终态决定，而与变化热力学能是状态函数。其量的变化由始态和终态决定，而与

3、变化所经历的途径无关。所经历的途径无关。U = U2 U1 = W Q=0如何理解体如何理解体系内部的能系内部的能量？能量之量？能量之间的转换？间的转换？JOULE实验实验热力学能的全微分性质热力学能的全微分性质对封闭体系：对封闭体系：若若 为状态函数为状态函数 ，则有全微分：则有全微分： ,UU T VVTUUdUdTdVTV 0dZxyZyxZ221yxzzxyxyz ,U U T P如何书写全如何书写全微分形式微分形式？意义？热力学能及特点（1）是状态函数，它的变化值决定于始态和终态，与变化途径无关。1mm : J molUUUn单位（2）其绝对值不可测量，只能计算它的变化值。（3）是系

4、统的广度性质，而摩尔热力学能是强度性质（4）热力学能在数学上具有全微分的性质 热力学能热力学能（thermodynamic energy）是指体系内部能量的）是指体系内部能量的总和，包括总和，包括分子运动的平动能分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等等。“体系的能量”通常包括： 整体运动动能； 在外场中的位能； 热力学能热力学能热力学能是指体系是指体系内部能量的总和，内部能量的总和，体系与环境间发生体系与环境间发生的能量交换将影响的能量交换将影响热力学能的大小热力学能的大小热和功热

5、和功体系吸热，Q0；体系放热，Q0；体系对环境作功，W广义功广义力 广义位移dWF ledp V 外压外压 P P外外为什么为什么是负号？是负号？ 功与过程功与过程edpV w 膨胀功示意图恒容过程 W = - Pe d V = 0 （dV =0）恒外压过程 W = - Pe d V = - Pe （ V 2 - V1 ）等压过程 W = - Pe d V = P （ V 2- V1 ） （ Pe = P内内 = P始始 = P终终 ） 等温过程：向真空膨胀为例 WW = - Pe = - Pe d dV V = 0 = 0 （Pe Pe = = 0 0）不同过程膨胀功的计算不同过程膨胀功的计

6、算可逆过程与最大体积功可逆过程与最大体积功有无最大功有无最大功怎样可得到最大功怎样可得到最大功 数值是多少？数值是多少？讨论最大功的意义讨论最大功的意义？ 系统实际做功量系统实际做功量与系统与系统所具有的所具有的做功能力做功能力是不同的是不同的概念。概念。系统做功量系统做功量指的是体系指的是体系与环境之间实际传递功与环境之间实际传递功的多少。的多少。 设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克服外压 ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到V2，体系所作的功。epW = -PedV可逆过程与最大体积功（以体积功计算为例）可逆过程与最大体积功（以体积功计算为例）功与过程功与过程1.自由膨胀（free ex

7、pansion） e,1ed0WpV 2.等外压膨胀（pe保持不变）e,2e21()Wp VV 0ep因为 体系所作的功如阴影面积所示。 功与过程功与过程e,31()Wp VV 3.多次等外压膨胀(1)克服外压为 ，体积从 膨胀到 ；1VVp(2)克服外压为 ，体积从 膨胀到 ；VVp(3)克服外压为 ，体积从 膨胀到 。V2V2p 可见，外压差距越小，膨胀次数越多，做的功也越多。 ( )p VV22()p VV所作的功等于3次作功的加和。功与过程功与过程4.外压比内压小一个无穷小的值e,4edWp V 21idVVp V 外相当于一杯水，水不断蒸发，这样的膨胀过程是无限缓慢的，每一步都接近于

8、平衡态。所作的功为：i(d )dppV 12lnVnRTV21dVVnRTVV 这种无限缓慢过程所作的功最大。分析各种过程的膨胀功分析各种过程的膨胀功, ,结论结论? ? 无数次膨胀面积无数次膨胀面积( (蓝色蓝色) )最大最大 有最大功有最大功 分无数次缓慢膨胀时体系对环境作功最大。分无数次缓慢膨胀时体系对环境作功最大。功与过程功与过程1.一次等外压压缩一次等外压压缩 ,1112()eWp VV 在外压为 下，一次从 压缩到 ，环境对体系所作的功（即体系得到的功）为：1p2V1V压缩过程将体积从 压缩到 ，有如下三种途径：1V2V功与过程2.多次等外压压缩多次等外压压缩 第一步：用 的压力将

9、体系从 压缩到 ； 2VpV 第二步：用 的压力将体系从 压缩到 ； VpV 第三步：用 的压力将体系从 压缩到 。1p1VV,12() eWp VV 整个过程所作的功为三步加和。11()p VV ()p VV功与过程功与过程12,3dVeiVWp V 3.外压比内压大一个无穷小的值外压比内压大一个无穷小的值 如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚，使压力缓慢增加，恢复到原状，所作的功为：则体系和环境都能恢复到原状。21lnVnRTV 无数次压缩面积无数次压缩面积( (蓝色蓝色) )最小最小 有有无数次缓慢压缩环境对体系作功最小。分析各种过程的压缩功分析各种过程的压缩功, ,结论结论? ? ？为什么

10、为什么膨胀和压缩时膨胀和压缩时体积功都是体积功都是W=pedV功与过程小结功与过程小结 从以上的膨胀与压缩过程看出，功与变化的途径有关。虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同。这种做最大膨胀功或最小压缩功的过程，为什么过程？准静态过程（准静态过程（guasistatic process） 在过程进行的每一瞬间，体系都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。 准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。上例无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。准静态

11、过程导出了系统所具有的做功能力。可逆过程（可逆过程（reversible process） 体系经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之后，如果能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。 上述准静态膨胀过程若没有因摩擦等因素造成能量的耗散，可看作是一种可逆过程。过程中的每一步都接近于平衡态，可以向相反的方向进行，从始态到终态，再从终态回到始态，体系和环境都能恢复原状。可逆可逆过程可逆可逆过程可逆过程的特点可逆过程的特点：（1）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； （3）体系变化一个循环后，体系和环境均恢

12、复原态，变化过程中无任何耗散效应； （4）上述无数次缓慢膨胀或压缩过程，可视为可逆过程。等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环境对体系作最小功境对体系作最小功。 （2）过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；导出了可逆过程与可逆过程功的计算方法。为过程设计与计算提供依据。可逆过程可逆过程1. 液体在其沸点时的蒸发接近可逆过程的例子接近可逆过程的例子2. 固体在其熔点时的熔化3. 电池在电动势与外电压几乎相等时充、放电4. 系统与环境在压力几乎相等时的压缩或膨胀有无最大功有无最大功怎样可得到最大功怎样可得到最大功数值多少数值多少讨论最大功的意义？讨

13、论最大功的意义？例题:功的求算 始态解:273 K，理想气体10 mol，求如下4个过程的功终态131100 kPa0.227 dmpV23210 kPa2.27 dmpV(1) 定容真空膨胀(2) 等外压10 kPa下一次膨胀(3) 等外压50 kPa下膨胀至V 再等外压10 kPa下膨胀至V2(4) 外压始终比内压小一个 无穷小下膨胀至V2(1) 定容真空膨胀1eed0 (0)Wp Vp 始态解:273 K273 K，理想气体，理想气体10 mol10 mol，求如下，求如下4 4个过程的功个过程的功终态131100 kPa0.227 dmpV23210 kPa2.27 dmpV(1) 定

14、容真空膨胀(2) 等外压10 kPa下一次膨胀(3) 等外压50 kPa下膨胀至V 再等外压10 kPa下膨胀至V2(4) 外压始终比内压小一个 无穷小下膨胀至V2(2) 等外压10 kPa下一次膨胀2eWpV 310 kPa(2.270.227)dm 20.43 kJ 例题例题 始态解:273 K，理想气体10 mol，求如下4个过程的功终态131100 kPa0.227 dmpV23210 kPa2.27 dmpV(1) 定容真空膨胀(2) 等外压10 kPa下一次膨胀(3) 等外压50 kPa下膨胀至V 再等外压10 kPa下膨胀至V2(4) 外压始终比内压小一个 无穷小下膨胀至V213

15、122pVWpV(3) 等外压50 kPa下膨胀至V, 再等外压10 kPa下膨胀至V21113250 kPa 0.454 dmpVVV11.35 kJ 18.16 kJ 29.51 kJ 例题例题 始态解:273 K，理想气体10 mol，求如下4个过程的功终态131100 kPa0.227 dmpV23210 kPa2.27 dmpV(1) 定容真空膨胀(2) 等外压10 kPa下一次膨胀(3) 等外压50 kPa下膨胀至V 再等外压10 kPa下膨胀至V2(4) 外压始终比内压小一个 无穷小下膨胀至V24edWp V (4)外压始终比内压小一个无穷小下膨胀至V2eidpppi(d )dp

16、pV idp V 21i4dVVpWV21dVVnRTVV 12lnVnRTV例题例题 始态273 K，理想气体10 mol，求如下4个过程的功终态131100 kPa0.227 dmpV23210 kPa2.27 dmpV(1) 定容真空膨胀(2) 等外压10 kPa下一次膨胀(3) 等外压50 kPa下膨胀至V 再等外压10 kPa下膨胀至V2(4) 外压始终比内压小一个 无穷小下膨胀至V2452.26 kJW (1)(2)(3)(4)10W 220.43 kJW 329.51 kJW 1. . 功与过程有关功与过程有关2. 2. 多次膨胀做功增加多次膨胀做功增加3. 3. 可逆过程做功最

17、大可逆过程做功最大结论例题 思考：思考：如何计算不同过程的膨胀功？如何计算不同过程的膨胀功？ 单纯物理状态变化过程单纯物理状态变化过程 等容过程？等容过程？ 等压过程？等压过程？ 等外压过程？等外压过程？ 等温过程？等温过程？ （1 1）向真空膨胀过程）向真空膨胀过程 （2 2）等温下一次反抗恒外压膨胀）等温下一次反抗恒外压膨胀 （3 3）等温下多次反抗恒外压膨胀）等温下多次反抗恒外压膨胀 （2 2）理想气体等温可逆膨胀过程）理想气体等温可逆膨胀过程 等温等压相变过程？等温等压相变过程？ 化学反应过程？化学反应过程？ We = -PeAdl = -PedV相变过程体积功计算例题相变过程体积功计

18、算例题【例】1.0 mol 的水在373.15K， p下气化为水蒸气（视为理想气体），计算该过程的体积功。 解解：此过程是等温（373.15K）、等压（ p ）下的可逆相变过程 。 H2O (l) = H2O (g) ， 对等压过程,根据: W = - p（V2 - V1）, 式中V1= V (H2O ,l ) , V2 = V (H2O, g) 。 所以，V2 - V1 V2 。又水蒸气视为理想气体，则可得 W = - pV2 = - RT = - 8.314373.15 = - 3.102 kJ如何求相变化过程的体积功?化学反应过程体积功计算例题化学反应过程体积功计算例题【例例】在298.

19、15K , p下1mol C2H6 完全燃烧时，过程所作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气体）? 解解：反应方程式 C2H6 (g) + 3.5O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O (l) 在等温(298.15K)、等压(p )条件下发生单位反应： W = - (2 - 3.5 - 1)8.314298.15 = 4.534 kJ 结果表明1mol C2H6(g) 完全燃烧时，由于反应系统体积减小，环境对系统作功。如何求化学变化过程的体积功?热和功热和功体系吸热，Q0；体系放热，Q0W0Q0对环境做功对环境做功对系统做功对系统做功 U = Q + WU 0U 0 U = Q W

20、热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化以及转化间的定量关系，但总的能量不变。热、功、热力学能 1842年焦耳实验证实了热是运动的一种表现形式，是大量分子作混乱运动的能量。分子无规则运动的强度越大，即分子的平均平动能越大，物体的温度就越高。 当两个温度不同的物体互相接触时，由于无规则运动的混乱程度不同它们就有可能通过分子的碰撞而交换能量。 传热的本质就是热力学能的传递，热量就是在传热过程中体系热力学能改变数量的量度。 体系与环境之间传递的除热以外的其它能量的传递，使体系热能发生变化。热、功、热力学能之间满足能量守恒定律。U = Q

21、+ W = Q + （We + Wf）如何通过热力学第一定律解决化学反应的热效应问题？范例：在298 K和100KPa下，在一带活塞的不锈蚀容器内，将锌溶解在硫酸溶液中，结果，生成硫酸锌溶液和放出气态氢，并伴随着向外界(这就是研究的与体系有联系的环境)传热Q和作功W。Zn + HZn + H2 2SOSO4 4 = H= H2 2 （g g）+ ZnSO+ ZnSO4 4 反反 应应 的的 示示 意意 图图 实验证明：每生成1 mol ZnSO4，体系有143.09 kJ热量放出，并反抗外压作功2.48 kJ。求反应体系在给定条件系在给定条件下反应的热力学能变。下反应的热力学能变。kJ/mol

22、57.145)48. 2(09.143U24224Zn SOHZnHSO() ()UUUUU 根据热力学第一定律根据热力学第一定律U = Q + W = Q + （We + Wf）U 为负值表明：在298K和100KPa的条件下，当1 mol H2SO4和1 mol Zn完全反应生成1 mol ZnSO4和1 mol H2时，热力学能降低145.57 kJ。这部分降低的热力学能 一部分(即143.09 kJ)转化为热能，另一部分(即2.48 kJ)转化为功。如何通过热力学第一定律解决化学反应的热效应问题？可见，体系和环境间既有热交换，又有功交换，则在进行热力学能的计算时，必须同时考虑作功和传热

23、两个方面。Zn + HZn + H2 2SOSO4 4 = H= H2 2 + ZnSO+ ZnSO4 4U = Q + W = Q + （We + Wf）如果讨论的体系是隔离体系如果讨论的体系是隔离体系，则由于体系和环境间既不传热，也不可能作功，因而Q = 0，W = 0，故应有0U隔离体系 即隔离体系的热力学能是不可能改变的。据此，第一定律也第一定律也可表述为：可表述为：隔离体系的能量为定值隔离体系的能量为定值。因此，企图制造一种机器，它无需外界提供能量，本身的能量也不减少，却能不断地对外工作，这是不可能的。这种机器也就是前面所说的第一类永动机。故热力学第一定律也可表述为：故热力学第一定律

24、也可表述为：第一类永动机是不可能构成的。第一类永动机是不可能构成的。热力学第一定律的示意图热力学第一定律的示意图如何理解图中热、功和热力学能之间的关系？ 即变化过程中,保持体积不变,系统与环境之间传递的热量,称为等容热.等容热与热力学能变化的关系UQWdUQWefQWWfd0, 0VWdVUQVUQ当热力学能变等于等容热效应 , ,则则U Qv意义？如果讨论的体系是等容体系如果讨论的体系是等容体系 QV 表示在等容情况下进行反应的热效应，称为等等容热容热。显然，在不作非体积功的条件下，其数值等于热力学能的改变量。通过QV 的测量或计算，便可求得体系的热力学能改变值。或通过 U的计算，可解决等的

25、计算，可解决等容反应的热效应问题。容反应的热效应问题。 等容热与热力学能变等容热与热力学能变VUQ许多化学反应在许多化学反应在等压条件下进行，等压条件下进行，如何解决等压热如何解决等压热效应问题？效应问题？ 等压热与焓等压热与焓 变化过程中,保持压力不变,系统与环境之间传递的热量,称为等压热.等压热与热力学能变化的关系UQWdUQWefQWWfd0, 0pWddpUQp V当当ddpUQp Vd() (d0)UpVp 等压热与焓f(d0, 0)pWd() (d0)QUpVpd pQHpHQf(d0, 0)pW系统的焓变等于等压热效应pHQ意义？意义？焓的定义： H = U + pV焓与热焓与热

26、力学能力学能的关系的关系 Qp 表示在等压情况下进行反应的热效应，称为等等压热压热。显然，在不作非体积功的条件下，其数值等于热力学能的改变量。通过Qp 的测量或计算，便可求得体系的热力学能改变值。或通过 H的计算，可解决等的计算，可解决等压反应的热效应问题。压反应的热效应问题。 等压热效应等压热效应PHQ许多化学反应在许多化学反应在等压条件下进行，等压条件下进行，如何解决等压热如何解决等压热效应问题？效应问题？ 焓焓 （enthalpy）焓的定义式：H = U + pV焓不是能量 虽然具有能量的单位（焦尔.J），但不遵守能量守恒定律。焓的绝对值无法测量.焓是状态函数 定义式中焓由状态函数组成。

27、广度性质为什么要定义焓？ 为了使用方便，因为在等压、不作非膨胀功的条件下，焓变等于等压热效应 。 容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。pQpQ思考:U与H 的关系?HUpV定义定义: :H = U + (PV) = U + P(V) + VP1.“PV” 不是功，与功具有相同的能量；2. 2. P(V) 不一定是体积功. We = -PedV 3.等温、等压下，化学反应：H = U + （ P V) = U + RT n 4. 4.等温、等压下，相变： H = U + P（V 2 -V 1) 如何通过系统的焓变和热力学能变计算等压热效应？如何通过系统的焓变和热力学能变计算等压热效应？等容

28、热效应？等容热效应？ 系统的焓变等于等压热效应VUQpHQ 系统的热力学能变等于等容热效应通过等压热容、通过等压热容、等容热容可计等容热容可计算算 U U H H。如。如何计算等容热何计算等容热与等压热？与等压热？ 热与热容热与热容 对于没有相变和化学变化，且不做非膨胀功、组成不变的均相封闭体系，设体系吸热Q，温度从T1 升高到T2,则：dQCT(温度变化很小)平均热容定义：12TTQC1KJ单位 热的三种来源：热的三种来源：显热、显热、潜热（相变热）、化学反应热潜热（相变热）、化学反应热显热：即物体不发生化学变化或相变化时，温度升高或降低所需要的热称为显热。 热容 （heat capacit

29、y）比热容：它的单位是 或 。11J Kg11J Kkg 规定物质的数量为1 g（或1 kg）的热容。规定物质的数量为1 mol的热容。摩尔热容Cm：单位为： 。11J Kmol 热容热容 （heat capacity）2211,mddTTVVTTUC TnCT()dpppQHCTTdppHQCT等压热容Cp：()dVVVQUCTTdVVUQCT等容热容Cv：等压热容与焓的关系等压热容与焓的关系等容热容与热力学能的关系等容热容与热力学能的关系2211,mddTTppTTHC TnCT等压热容、等容热等压热容、等容热容的比较？热容应容的比较？热容应用于什么过程热的用于什么过程热的计算？计算？ 热

30、容与温度的函数关系因物质、物态和温度区间的不同而有不同的形式。例如，气体的等压摩尔热容与T 的关系有如下经验式：热容 （heat capacity）热容与温度的关系：Cp = f （t）2,mpCa bTcT 2,m/pCabTc T或式中a,b,c,c,. 是经验常数，由各种物质本身的特性决定，可从热力学数据表中查找。2211,mddTTppTTHCTnCT热容和物体的量、物体的性质、加热的过程 、温度有关 相变热与计算相 系统内物理、化学性质相同的均匀部分相变同一物质在不同相态之间的转变相变热相变过程中伴随的热效应熔点在大气压力下，纯物固、液两相达平衡时的温度沸点在大气压力下，纯物气、液两

31、相达平衡时的温度 相变热相变焓纯物质的相变是在等温、等压下进行的，所以相变热就是相变焓液态气态蒸发焓vapH固态液态熔化焓fusH固态气态升华焓subH相变时的热力学能在无气相参与时 ()()UH 相变相变有气相参与时 )(Hp VU相变相变g()HpV 相变i.g.()HnRT 相变如何如何得到得到？例例 NH3的Cp,m24.837.51910-3T7.38210-8 T2 JK-1mol-1，计算等压下将298 K的1mol NH3加热到698 K的QP。假设NH3为理想气体，则该过程中的Q W、U及H各为多少？QP =(24.8 + 37.519 10-3T7.382 10-8 T2)

32、 dT698298 =24.8(698298)+(1/2)37.519103(69822982)(1/3)7.382108(69832983) = 16622 J = 16.622 kJW W = = P P( (V V2 2 V V1 1) = ) = P P( (RTRT2 2/ /P P RTRT1 1/ /P P) = ) = R R( (T T2 2 T T1 1) ) = = 8.314 8.314 (698 (698 298) = 298) = 3325.6 J = 3325.6 J = 3.326 kJ3.326 kJ U = QU = QP PW W = 16.622= 16

33、.622 3.326 = 13.296 kJ3.326 = 13.296 kJ H H = = Q QP P = 16.622 kJ= 16.622 kJ。例例 有一反应在量热计中恒容进行，测得其放热18.92 kJ，氧弹压力由30.2atm 降到 28.1atm，已知氧弹容积为0.25 dm3，求该过程的Q、W、UH和解解：等容过程，又无非膨胀功，故 W = 018.92kJQkJ92.18WQUHUVp 18.92kJU3330.25dm0.25 10 mV(28.1 30.2)atm,1atm 101.325kPap 318.92(kJ) 0.25 10 (28.1 30.2) 101.

34、325(kJ)H 318.92kJ 53 10 kJ18.97kJ已知热力学一定律计算例题热力学一定律计算例题解解：理想气体n =1 mol , T1=373.15K V1=10.0dm3 T2=244.0K p2=100.0 kPa气体迅速膨胀可视为绝热过程，所以该过程是绝热恒外压膨胀。绝热恒外压膨胀。 因此 ，Q 0 ； W pe (V2 V1）V2 nRT2 / p2 18.314244.0 / 100.0 20.3 dm3【例例2 2】1mol1mol理想气体初态为理想气体初态为373.15K373.15K，10.0dm310.0dm3，反，反抗恒外压抗恒外压P100KPaP100KP

35、a迅速膨胀到终态温度迅速膨胀到终态温度244.0K244.0K， 100.0KPa100.0KPa。求此过程的。求此过程的W, Q , U , H。热力学一定律计算例题热力学一定律计算例题 W = Pe（V2-V1） W 100.0 (20.3 10.0)1.03 kJ根据热力学第一定律根据热力学第一定律 U = Q + W 1.03 kJ (迅速膨胀迅速膨胀 Q=0)根据根据 焓的定义焓的定义 H =U +(pV) =U +(P2V2 - p1V 1) = U +nR (T2 - T1) 1.03 +8.314(244.0-373.15)/1000 2.10 kJ热力学一定律计算例题热力学一

36、定律计算例题 例例3 3】 1.0 mol 乙醇在正常沸点（351K , 101.325KPa101.325KPa）下蒸发成气体，求此过程的W, Q , U , H。已知乙醇正常沸点下的蒸发热 = 39.49 kJmol-1, 蒸汽的密度为= 1.647 gdm-3。 解解：因为此过程为因为此过程为乙醇正常沸点下的相变过程乙醇正常沸点下的相变过程( (等温等温351K351K、等压、等压 101.325KPa101.325KPa）, ,即为可逆相变过程即为可逆相变过程. . C C2 2HH5 5OH (l) = COH (l) = C2 2HH5 5OH (g) OH (g) mglH等压过

37、程等压过程 W -Pe dv = p (V2 - V1) p V2 ；因为因为: 乙醇 Mr= 46.0 gmol-1） 蒸汽的密度为= 1.647 gdm-3。 所以所以:1.0 mol蒸汽的体积蒸汽的体积 V2 = 46.0 / 1.647 = 27.93 dm3 W = - 101.32527.93 / 1000 =2.830 kJ Q = 39.49 kJmol-1 U = Q + W = 36.7 kJ H = Qp= 39.49 kJ热力学一定律计算例题热力学一定律计算例题热力学一定律计算例题热力学一定律计算例题例4】在298.15K、标准大气压下， 单位反应 C(s)+ O2(g

38、)CO(g)，若经过以下二条途径：(1)直接接触发生反应，已知单位反应放热110.52 kJ mol-1；(2)若反应在原电池中进行，对环境作电功60.15 kJ mol-1。求二途径的Q , W ,U及H21解解:(1):(1)等温，等压无其它功的条件下进行单位化学反应：等温，等压无其它功的条件下进行单位化学反应： Q1 = -110.52 kJ.mol-1 W1 = - (1-0.5)8.314298.15 = - 1.24 kJ.mol-1 U1 = Q1+W1 = - 110.52 - 1.24 = - 111.76 kJ mol-1 - 110.52 - 1.24 = - 111.76 kJ mol-1 H1 = Qp = Q1 = -110.52 kJ mol-1(2) 等温，等压有电功