第二章熱力學第一定律
第二章熱力學第一定律10＋2 學時
通過本章的教學使學生初步了解熱力學的方法、建立內能與焓是狀態函式的概念，並理解狀態函式的性質、掌握狀態函式與全微分關係、理解熱力學第一定律並能應用於物理化學過程；能用熱力學資料計算反應熱。
▲基本要求：
1、明確體系與環境、強度性質與容量性質、狀態與狀態函式、過程與途徑、熱力學平衡態、可逆過程與不可逆過程、內能與標準生成焓等概念，掌握功、熱、焓、恆壓熱容、恆容熱容、焦耳－湯姆遜係數等定義。
2、明確功和熱都是與過程相聯絡的物理量，內能、焓則為狀態函式。掌握狀態函式的全微分性質及其應用。
3、掌握熱力學第一定律，並能熟練地計算體系在相變過程、理想氣體在自由膨脹過程、等溫過程、等容過程、絕熱過程、迴圈過程中的δu、δh、q及w的值。
4、明確可逆過程概念與意義。
5、掌握計算化學反應熱效應的方法。
6、了解熱力學第一定律對實際氣體的應用。
★基本內容：
1、熱力學的基本內容、方法及侷限性
2、基本概念：體系與環境、強度性質與容量性質、狀態與狀態函式、過程與途徑、熱力學的平衡態。
3、狀態函式及其全微分的性質。
4、功和熱：
功的定義、體積功與非體積功的計算。熱和熱容的定義、熱量的計算。
5、可逆過程與不可逆過程的概念。
6、熱力學第一定律：
第一定律數學表示式、內能、焓、cp與cv的關係。
7、第一定律對理想氣體的應用：
理想氣體的內能和焓及cp與cv的關係、理想氣體在等溫過程、等壓過程、等容過程、絕熱過程、迴圈過程中δu、δh、q、w的計算方法。理想氣體的絕熱可逆過程的過程方程式。
8、第一定律對實際氣體的應用：
實際氣體的幾種狀態方程序－范德華方程、剛球模型氣體方程、*貝塞羅方程、*維里方程。焦耳－湯姆遜效應、實際氣體在等溫過程中δu、δh的計算。
9、熱化學
蓋斯定律；化學反應熱效應；等壓熱效應qp、等容熱效應qv，與δh、δu的關係qp與qv的相互關係。反應進度、熱化學反應方程式、化學反應熱效應的單位。用燃燒、生成焓、離子生成焓計算反應熱；用鍵焓估算反應熱；*溶解熱和稀釋熱。
基爾霍夫定律、等壓（或恆容）絕熱反應。
10、可逆過程的體積功的計算。
重點：系統熱力學性質，狀態函式與全微分，各類過程的熱與功計算，內能與焓的性質，δu與qv、δh與qp的關係，熱力學第一定律的應用，焦耳－湯姆遜效應，反應進度與反應熱效應，利用生成焓和燃燒焓等計算反應熱效應，基爾霍夫定律應用。
難點：狀態函式與全微分，δu與qv、δh與qp的關係，理想氣體絕熱可逆和不可逆過程δu、δh、q、w的計算，焦耳－湯姆遜效應，反應進度與反應熱效應，基爾霍夫定律及其應用。
第二章熱力學第一定律
主要公式及使用條件
1. 熱力學第一定律的數學表示式
或規定系統吸熱為正，放熱為負。系統得功為正，對環境作功為負。式中 pamb為環境的壓力，w』為非體積功。上式適用於封閉體系的一切過程。
2. 焓的定義式
3. 焓變
（1）式中為乘積的增量，只有在恆壓下在數值上等於體積功。
（2）此式適用於理想氣體單純pvt變化的一切過程，或真實氣體的恆壓變溫過程，或純的液體、固體物質壓力變化不大的變溫過程。
4. 熱力學能(又稱內能)變
此式適用於理想氣體單純pvt變化的一切過程。
5. 恆容熱和恆壓熱
6. 熱容的定義式
（1）定壓熱容和定容熱容
（2）摩爾定壓熱容和摩爾定容熱容
上式分別適用於無相變變化、無化學變化、非體積功為零的恆壓和恆容過程。
（3）質量定壓熱容（比定壓熱容）
式中m和m分別為物質的質量和摩爾質量。
（4此式只適用於理想氣體。
（5）摩爾定壓熱容與溫度的關係
式中, b, c及d對指定氣體皆為常數。
（6）平均摩爾定壓熱容
7. 摩爾蒸發焓與溫度的關係
或式中 = (g) —(l)，上式適用於恆壓蒸發過程。
8. 體積功
（1）定義式
或（2適用於理想氣體恆壓過程。
（3適用於恒外壓過程。
（4） 適用於理想氣體恆溫可逆過程。
（5適用於為常數的理想氣體絕熱過程。
9. 理想氣體可逆絕熱過程方程
上式中，稱為熱容比（以前稱為絕熱指數），適用於為常數，理想氣體可逆絕熱過程p，v，t的計算。
10. 反應進度
上式是用於反應開始時的反應進度為零的情況，，為反應前b的物質的量。為b的反應計量係數，其量綱為一。的量綱為mol。
11. 標準摩爾反應焓
式中及分別為相態為的物質b的標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓。上式適用於=1 mol，在標準狀態下的反應。
12. 與溫度的關係
式中 ，適用於恆壓反應。
13. 節流膨脹係數的定義式
又稱為焦耳-湯姆遜係數。
思考題1. 當體系的狀態一定時，所有的狀態函式有定值。當體系的狀態發生變化時，所有的狀態函式的數值亦隨之而變。
這種說法對嗎？為什麼？答案：
（不對，狀態變，必有某些狀態函式發生變化，但不一定是全部都變。）
2. 根據道爾頓分壓定律，p=∑pb可見壓力是廣度性質的狀態函式。此說法對嗎？為什麼？
3. 下列說法對嗎？為什麼？
(1)熱的東西比冷的東西溫度更高。所以，體系溫度公升高一定從環境吸熱，而體系溫度不變則與環境無熱交換。
(2)熱力學能的絕對值可通過功和熱的測定而得到。
(3)在一絕熱容器中將等量的 100℃ 水與 0℃ 冰混合，體系最後溫度將低於 50℃。
4. 下列對可逆過程的描述何者不正確？
(1)能使體系和環境完全復原的過程。
(2)在整個過程中體系內部無限接近於平衡態。
(3)完成過程的時間無限長。
(4)乙個帶活塞儲有一定量氣體的氣缸，設活塞無重量，控制內外壓差無限小，緩慢膨脹到終態，再壓縮使體系回到始態。
5. 在 101.325kpa 下，1mol 100℃ 的水等溫蒸發為水蒸氣。
若水蒸氣可視為理想氣體，所以 δu =0,δh =0，由於過程等壓且無其他功，故有 qp =δh =0。根據熱力學第一定律師 w =0。這一結論對嗎？
為什麼？
6. 在(a)、(b)圖中，ab 線代表等溫可逆過程，ac 線代表絕熱可逆過程。若從 a 點出發：
(1)經絕熱不可逆膨脹到達 v2 見圖(a)，則終點將在 c 之下、b 之上。還是 b 和 c 之間？
(2)經絕熱不可逆膨脹到達 p2 見圖(b) ，則終點在 c 之左、b 之右，或在 b 和 c 之間？
7.下列說法對嗎？為什麼？
(1)卡諾迴圈是可逆迴圈，當系統經乙個卡諾迴圈後，不僅系統復原了，而且環境也復原了。
(2)若能找到 t =0k 的低溫熱源。則熱機的效率可達 100% 。
8.指出下列過程中 q、w、δu、δh 各量是正、是負、還是零？
概念題一、判斷題（說法對否）：
1. 道爾頓分壓定律，對理想氣體和實際混合氣體來說關係pb=nb(rt/v)都成立。
2. 在兩個封閉的容器中裝有同一種理想氣體, 壓力體積相同，那麼溫度也相同。
3. 物質的溫度越高，則熱量越多,天氣預報:今天很熱。其熱的概念與熱力學相同。
4．恆壓過程也就是恒外壓過程，恒外壓過程也就是恆過程。
5．實際氣體在恆溫膨脹時所做的功等於所吸收的熱。
6．凡是溫度公升高的過程體系一定吸熱；而恆溫過程體系不吸熱也不放熱。
7．當系統的狀態一定時，所有的狀態函式都有一定的數值。當系統的狀態發生變化時，所有的狀態函式的數值也隨之發生變化。
8．體積是廣度性質的狀態函式；在有過剩nacl(s) 存在的飽和水溶液中，當溫度、壓力一定時；系統的體積與系統中水和nacl的總量成正比。
9．在101.325kpa、100℃下有lmol的水和水蒸氣共存的系統，該系統的狀態完全確定。
10．一定量的理想氣體，當熱力學能與溫度確定之後，則所有的狀態函式也完全確定。
11．系統溫度公升高則一定從環境吸熱，系統溫度不變就不與環境換熱。
12．從同一始態經不同的過程到達同一終態，則q和w的值一般不同，q + w的值一般也不相同。
13．因qp = δh，qv = δu，所以qp 與qv 都是狀態函式。
14．封閉系統在壓力恆定的過程中吸收的熱等於該系統的焓。
15．對於一定量的理想氣體,當溫度一定時熱力學能與焓的值一定,其差值也一定。
16．在101.325kpa下，1mol l00℃的水恆溫蒸發為100℃的水蒸氣。若水蒸氣可視為理想氣體，那麼由於過程等溫，所以該過程δu = 0。
17．1mol，80.1℃、101.325kpa的液態苯向真空蒸發為80.
1℃、101.325kpa的氣態苯。已知該過程的焓變為30.
87kj，所以此過程的q = 30.87kj。
18．1mol水在l01.325kpa下由25℃公升溫至120℃，其δh = ∑cp,mdt。
19．因焓是溫度、壓力的函式，即h = f(t,p)，所以在恆溫、恆壓下發生相變時，由於dt = 0，dp = 0，故可得δh = 0。
20．因qp = δh，qv = δu，所以qp - qv = δh - δu = δ(pv) = -w。
21．卡諾迴圈是可逆迴圈，當系統經乙個卡諾迴圈後，不僅系統復原了，環境也會復原。
22．乙個系統經歷了乙個無限小的過程，則此過程是可逆過程。
23．若乙個過程中每一步都無限接近平衡態，則此過程一定是可逆過程。
24．若乙個過程是可逆過程，則該過程中的每一步都是可逆的。
25．氣體經絕熱自由膨脹後，因q = 0，w = 0，所以δu = 0，氣體溫度不變。
二、單選題：
1.體系的下列各組物理量中都是狀態函式的是：
(a) t，p，v，qb) m，vm，cp，v ；
(c) t，p，v，nd) t，p，u，w 。
2．x為狀態函式，下列表述中不正確的是：
(a) dx 為全微分b) 當狀態確定，x的值確定 ；
(c) x = ∫dx 的積分與路經無關，只與始終態有關 ；
第二章小結
第二章隨機變數及其分布 第一節隨機變數的概念 一 隨機變數概念的引入 為全面研究隨機試驗的結果,揭示隨機現象的統計規律性,需將隨機試驗的結果數量化，即把隨機試驗的結果與實數對應起來.1.在有些隨機試驗中,試驗的結果本身就由數量來表示.2.在另一些隨機試驗中,試驗結果看起來與數量無關,但可以指定乙個數...
00第二章小結
a 後視點 a 後視讀數，b 前視點 b 前視讀數。高差 後視讀數 前視讀數 觀測者站在儀器處，面向前進方向，前面所立尺為前視，背後所立尺為後視。在圖2 3中 稱為測站 安置儀器的點 1 2 稱為轉點 是傳遞高程的點。轉點 turning point 常簡寫為 tp，在轉點上先有前視讀數後有後視讀數...
第二章傳熱 小結
主要計算公式 一熱量衡算 穩態傳熱過程 輸入熱量 速率 輸出熱量 速率 無相變化 熱流體傳出熱量 冷流體吸收熱量 二熱傳導 1.導熱基本方程 傅利葉定律 2.平壁的穩定熱傳導 單層平壁 多層平壁 3.圓筒壁的穩定熱傳導 單層圓筒壁或 其中 對數平均半徑 算數平均半徑 多層圓筒壁或 三對流傳熱 1.對...