第3讲热力学定律与能量守恒
第3讲热力学定律与能量守恒
考点一热力学第一定律的理解及应用
1．热力学第一定律的理解
不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
符号W Q ΔU
＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加
－物体对外界做功物体放出热量内能减少
三种特殊的状态变化过程
(1)如图所示的绝热过程：有Q＝0，则W＝ΔU，外界对系统做的功等于系统内能的增加。
(2)不做功过程：即W＝0，则Q＝ΔU，系统吸收的热量等于系统内能的增加。
(3)内能不变过程：即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对系统做的功等于系统放出的热量。
[思维诊断]
(1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。()
(2)绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功，气体的内能可能减少。()
(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量并没有消失。()
(4)热传递和做功的实质不相同。()
答案：(1)√(2)×(3)√(4)√
[题组训练]
1．[热力学第一定律与热学知识的组合](多选)下列说法中正确的是()
A．尽管技术不断进步，但热机的效率仍不能达到100%，而制冷机却可以使温度降到
热力学零度
B．雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的
C．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关
D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气压强的比值E．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越不明显
解析：热力学零度只能接近而不能达到，A错误；雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的，B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，温度每升高1 K，内能增加，但既可能是吸收热量，也可能是对气体做功使气体的内能增加，C正确；空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值，故D错误；微粒越大，某一瞬间撞击它的分子数越多，受力越容易平衡，布朗运动越不显著，E正确。
答案：BCE
2．[应用热力学第一定律定量计算]
如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c时，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量。
解析：一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J，由热力学第一定律有ΔU＝Q1＋W1＝340 J－120 J＝220 J，即从状态a到状态c，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能增加还是220 J，所以可以判定此过程是吸收热量，由热力学第一定律有ΔU＝Q2＋W2，得Q2＝ΔU－W2＝220 J＋40 J
＝260 J
答案：吸热260 J
3．[热力学第一定律与气体实验定律的综合应用]一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程，该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。求：
(1)B 态的温度T B 。
(2)一次循环过程气体与外界的热交换Q 为多少？是吸热还是放热？
解析： (1)由图象得V A ＝3 L ，
T A ＝t ＋273 K ＝300 K
V B ＝4 L
A 到
B 等压变化，由盖-吕萨克定律得：
V A T A ＝V B T B
， 代入数据解得：T B ＝400 K ，
即t ＝127 ℃
(2)从A 态又回到A 态的过程温度不变，所以内能不变。
A 到
B 气体对外做功
W 1＝p A ·ΔV ＝100 J
C 到
D 外界对气体做功
W 2＝p C ·ΔV ＝75 J
外界对气体做的总功
W ＝W 2－W 1＝－25 J
由热力学第一定律
ΔU ＝W ＋Q
解得：Q ＝25 J ，Q 为正，表示吸热
答案： (1)127 ℃ (2)25 J 吸热
考点二 热力学第二定律的理解
1．热力学第二定律的三种表述
(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
(2)开尔文表述：如图甲所示，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产
生其他影响。或表述为“第二类永动机不可能制成”。
(3)如图乙所示，用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(热力学第二定律又叫作熵增加原理)。
2．热力学第二定律的理解
(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。
(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。
3．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
特别提醒热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。
4．热力学过程方向性实例
(1)高温物体热量Q能自发传给
热量Q不能自发传给
低温物体
(2)功能自发地完全转化为
不能自发地且不能完全转化为
热
(3)气体体积V1能自发膨胀到
不能自发收缩到
气体体积V2(较大)
(4)不同气体A和B能自发混合成
不能自发分离成
混合气体AB
5．两类永动机的比较
第一类永动机第二类永动机
不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做
功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器
违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定
律，不可能制成
(1)第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律()
(2)热机的效率从原理上讲可以达到100%()
(3)自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源()
(4)因为能量守恒，所以不存在“能源危机”()
(5)热量不可能从低温物体传到高温物体。()
(6)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。()
答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×
[题组训练]
1．[热力学第二定律的理解](多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是() A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
B．能量耗散过程中能量不守恒
C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
解析：第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律，选项A正确。能量耗散过程中能量仍然守恒，只是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式，选项B 错误。电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是利用压缩机做功，引起了其他变化，不违背热力学第二定律，选项C错误。能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，选项D正确。物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，引起了其他变化，选项E正确。
答案：ADE
2．[热力学定律的理解](多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程
解析：由ΔU＝W＋Q可知做功和热传递是改变内能的两种途径，它们是等效的，故A正确、B错误。由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之全部变为功，但
会产生其他影响，故C 正确。由热力学第二定律知，热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体，则D 项错。一切与热现象有关的宏观过程不可逆，则E 正确。
答案： ACE
考点三 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用
[题组训练]
1．[2016·全国甲卷·33(1)]
(多选)一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p -T 图象如图所示，其中对角线ac 的延长线过原点O 。下列判断正确的是________。(填正确答案标号)
A ．气体在a 、c 两状态的体积相等
B ．气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能
C ．在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D ．在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E ．在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功
解析： 由理想气体状态方程pV T ＝C 得， p ＝C V
T ，由图象可知，V a ＝V c ，选项A 正确；理想气体的内能只由温度决定，而T a ＞T c ，故气体在状态a 时的内能大于在状态c 时的内能，选项B 正确；由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 知，cd 过程温度不变，内能不变，则Q ＝－W ，选项C 错误；da 过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于对外做的功，选项D 错误；bc 过程和da 过程互逆，则做功相同，选项E 正确。
答案：ABE
2.
如图所示，一根两端开口、横截面积为S＝2 cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L＝21 cm的气柱，气体的温度为t1＝7 ℃，外界大气压取p0＝1.0×105 Pa(相当于75 cm高的汞柱的压强)。
(1)若在活塞上放一个质量为m＝0.1 kg的砝码，保持气体的温度t1不变，则平衡后气柱为多长？(g＝10 m/s2)
(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t2＝77 ℃，此时气柱为多长？
(3)若在(2)过程中，气体吸收的热量为10 J，则气体的内能增加多少？
解析：(1)被封闭气体的初状态为
p1＝p0＝1.0×105 Pa
V1＝LS＝42 cm3，T1＝280 K
末状态压强p2＝p0＋mg
S
＝1.05×105 Pa
V2＝L2S，T2＝T1＝280 K
根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，即p1L＝p2L2
得L2＝p1
p2L＝20 cm。
(2)对气体加热后，气体的压强不变，p3＝p2，V3＝L3S，T3＝350 K
根据盖·吕萨克定律，有V2
T2＝V3
T3
，即L2
T2
＝L3
T3
得L3＝T3
T2L2＝25 cm。
(3)气体对外做的功W＝p2Sh＝p2S(L3－L2)＝1.05 J 根据热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－1.05 J＋10 J＝8.95 J
即气体的内能增加8.95 J。
答案：(1)20 cm(2)25 cm(3)8.95 J
1．(2016·全国乙卷·33)(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是________。(填正确答案标号)
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
解析：根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法A错误。改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，说法B正确。理想
＝恒量知，膨胀过程一定吸热，说法C错误。根据热力学气体等压膨胀对外做功，根据pV
T
第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，说法D正确。两个系统达到热平衡时，温度相等，如果这两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，说法E正确。故选B、D、E。
答案：BDE
2.
(2016·海南单科·15)(多选)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到状态N，其p V图象如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是________。(填正确答案标号)
A．气体经历过程1，其温度降低
B．气体经历过程1，其内能减小
C．气体在过程2中一直对外放热
D．气体在过程2中一直对外做功
E．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
解析：气体经历过程1，压强减小，体积变大，膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，故选项A、B正确；气体在过程2中，根据理想气体状态方程pV
＝C。则开始时，体积
T
不变，压强减小，则温度降低，对外放热，然后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，则温度升高，吸热，故选项C、D错误；无论是经过1过程还是2过程，初、末状态相同，故内能改变量相同，故选项E正确。
答案：ABE
3．(多选)下列说法正确的是________。(填正确答案标号)
A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动
B．将大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体
C．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
D．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低
E．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律
解析：布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动，间接地反映了液体或气体分子的无规则运动，选项A正确；大颗粒的盐磨成细盐，不改变盐的晶体结构，选项B错误；一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，温度没有变化，分子的平均动能不变，但是在这个过程中要吸热，内能增加，所以分子之间的势能必定增加，选项C正确；温度是分子平均动能的标志，只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低，选项D 正确；将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，产生了其他影响，即消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，选项E错误。
答案：ACD
4.
(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A、B和C、D为等温过程，B、C为等压过程，D、A为等容过程，则在该循环
过程中，下列说法正确的是________。(填正确答案标号)
A ．A 、
B 过程中，气体放出热量
B ．B 、
C 过程中，气体分子的平均动能增大
C ．C 、
D 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D ．D 、A 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
E ．若气体在B 、C 过程中内能变化量的数值为2 kJ ，与外界交换的热量为7 kJ ，则在此过程中气体对外做的功为5 kJ
解析： 因为A 、B 为等温过程，压强变大，体积变小，故外界对气体做功，根据热力学第一定律有ΔE ＝W ＋Q ，温度不变，则内能不变，故气体一定放出热量，选项A 正确；B 、
C 为等压过程，因为体积增大，由理想气体状态方程pV T
＝C 可知，气体温度升高，内能增加，故气体分子的平均动能增大，选项B 正确；C 、D 为等温过程，压强变小，体积增大，因为温度不变，故气体分子的平均动能不变，压强变小说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子
数减少，选项C 错误；D 、A 为等容过程，体积不变，压强变小，由pV T
＝C 可知，温度降低，气体分子的平均动能减小，故气体分子的速率分布曲线会发生变化，选项D 错误；B 、C 为等压过程，体积增大，气体对外做功，该过程中气体的温度升高，则气体的内能增加2 kJ ，气体从外界吸收的热量为7 kJ ，气体对外界做功为5 kJ ，故选项E 正确。
答案： ABE
5．(多选)(1)下列说法正确的是________。(填正确答案标号)
A ．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大
B ．在绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果
C ．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体
D ．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性的特点制成的
E ．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
(2)
某次科学实验中，从高温环境中取出一个如图所示的圆柱形导热汽缸，把它放在大气压强为P 0＝1 atm 、温度为t 0＝27 ℃的环境中自然冷却。该汽缸内壁光滑，容积为V ＝1 m 3，开口端有一厚度可忽略的活塞。开始时，汽缸内密封有温度为t ＝447 ℃、压强为p ＝1.2 atm 的理想气体，将汽缸开口向右固定在水平面上，假设汽缸内气体的所有变化过程都是缓慢的。
(ⅰ)求活塞刚要向左移动时，汽缸内气体的温度t 1；
(ⅱ)求最终汽缸内气体的体积V 1；
(ⅲ)在整个过程中，汽缸内气体对外界做功还是外界对气体做功？汽缸内气体与外界传递的热量和气体内能的减少量的大小关系是怎样的？
解析： (2)(ⅰ)气体做等容变化，由查理定律得：
p T ＝p 0T 1
，而T ＝(447＋273) K 得T 1＝600 K ，故t 1＝327 ℃。
(ⅱ)由理想气体状态方程得：
pV T ＝p 0V 1T 0
所以V 1＝0.5 m 3
(ⅲ)气体体积减小，外界对气体做的功W >0；理想气体温度降低，其内能减小，内能的增量ΔU <0，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 得Q ＝ΔU －W ，即汽缸内气体放出的热量大于气体内能的减少量。
答案： (1)BCD (2)(ⅰ)327 ℃ (ⅱ)0.5 m 3 (ⅲ)外界对气体做功 气体放出的热量大于气体内能的减少量
课时训练
一、多项选择题
1．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是()
A．气体的体积指的不是该气体的所有气体分子体积之和，而是指该气体所有分子所能到达的空间的体积
B．只要气体的温度降低，气体分子热运动的剧烈程度一定减弱
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．外界对气体做功，气体的内能一定增加
E．气体在等温膨胀的过程中一定从外界吸收热量
解析：气体的体积是指该气体所有分子所能到达的空间的体积，故A对；温度是气体分子热运动的剧烈程度的标志，故B对；由气体压强的微观定义可知C错；做功和热传递都能改变气体的内能，故D错；气体在等温膨胀的过程中，对外界做功，而内能没变，则气体一定吸收热量，故E对。
答案：ABE
2．下列有关热现象的叙述中正确的是()
A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了液体分子在永不停息地做无规则运动
B．物体的温度越高，分子运动速率越大
C．不违背能量守恒定律的实验构想也不一定能够实现
D．晶体和非晶体在适当条件下是可以相互转化的
E．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，若空气向外界放出1.5×105 J的热量，则空气内能增加5×104 J
解析：布朗运动是液体中固体颗粒的运动，不是液体分子的运动，A错误；物体的温度越高，分子运动的平均速率越大，B错误；热力学第二定律表明第二类永动机虽不违背能量守恒定律，但仍不能实现，选项C正确；晶体和非晶体在适当条件下是可以相互转化的，D正确；根据热力学第一定律可知选项E正确。
答案：CDE
3．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体、则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是() A．气体的内能减少
B．气体的内能不变
C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低
D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了
E．气体分子的平均动能减小
解析：气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，热力学第一定律的表达式为W＝ΔE，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确。
答案：ACE
4．下列说法正确的是()
A．对于一定量的气体，在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
B．如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，热机的效率可以达到100% C．在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性
D．在围绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中，自由悬浮的水滴呈球形，这是液体表面张力作用的结果
E．一定量的理想气体等压膨胀对外做功，气体一定吸热
解析：根据气体压强的产生原因，在完全失重的情况下，气体的压强不为零，选项A 错误；根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，选项B错误；在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性，选项C正确；宇宙飞船中自由悬浮的水滴处于完全失重状态，由于重力引起的液体内部的压力为零，故液滴呈球形是液体表面张力作用的结果，选项D正确；一定量的理想气体等压膨胀，温度一定升高，内能一定增加，ΔU>0，膨胀对外做功，W<0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU可知，Q>0，说明气体一定吸热，故选项E正确。
答案：CDE
5．下列说法正确的有()
A．1 g水中所含的分子数目和地球的总人口数差不多
B．气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的
C．物体内能增加，温度不一定升高
D．一定质量的密闭气体从外界吸收热量，内能不一定增加
E．能量在转化过程中守恒，所以我们可以将失去的能量全部转化回我们可以利用的能量，以解决能源需求问题
解析： 1 g水物质的量为1
18mol，含分子数目为
1
18×6.02×10
23个，远多于地球上总
人口数，所以A错误；气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的，选项B正确；当物体内能增加时，温度可能不变，比如晶体的熔化过程温度没有升高，选项C正确；一定质量的密闭气体从外界吸收热量，若同时气体对外界做功，其内能不一定增加，选项D正确；根据能量耗散原理可知，有的能量不可回收，选项E错误。
答案：BCD
6．下列说法正确的是()
A．气体从外界吸收热量，其内能不一定增加
B．液体的表面层的分子距离比液体内部要大些，分子力表现为引力
C．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能为零
D．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
E．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越远离饱和汽压，水蒸发越慢
解析：根据热力学第一定律，做功和热传递都可以改变内能，所以气体从外界吸收热量，其内能不一定增加，选项A正确；液体的表面层的分子间距较大，分子间距离比液体内部要大些，分子力表现为引力，选项B正确；当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小但不为零，选项C错误；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，也是制造不出来的，选项D正确；空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，选项E错误。
答案：ABD
二、非选择题
7.
如图所示，一定质量的理想气体经历A→B、B→C、C→A三个变化过程，则：
(1)符合查理定律的变化过程是________；C→A过程中气体________(选填“吸收”或“放出”)热量，________(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功，气体的内能________。(选填“增加”、“减少”或“不变”)
(2)已知理想气体在状态A时的温度是27 ℃，求气体在状态C时的温度。
解析：(1)B→C过程中，体积不变，为等容变化过程，符合查理定律；C→A过程为
2.2热力学第一定律对理想气体的应用
§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 2．2．1、等容过程 气体等容变化时，有=T P 恒量，而且外界对气体做功0=?-=V p W 。根据 热力学第一定律有△E=Q 。在等容过程中，气体吸收的热量全部用于增加内能，温度升高；反之，气体放出的热量是以减小内能为代价的，温度降低。 p V i T C n E Q V ???= ??=?=2 式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(。 2．2．1、等压过程 气体在等压过程中，有=T V 恒量，如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自 由移动。 根据热力学第一定律可知：气体等压膨胀时，从外界吸收的热量Q ，一部分用来增加内能，温度升高，另一部分用于对外作功；气体等压压缩时，外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能，都转化为向外放出的热量。且有 T nR V p W ?-=?-= T nC Q p ?= V p i T nC E v ??=?=?2 定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=。该式表明：1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J ，这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故。 2．2．3、等温过程 气体在等温过程中，有pV =恒量。例如，气体在恒温装置内或者与大热源想
接触时所发生的变化。 理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体在等温过程中内能不变，即△E =0，因此有Q=-W 。即气体作等温膨胀，压强减小，吸收的热量完全用来对外界做功；气体作等温压缩，压强增大，外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量。 2．2．4、绝热过程 气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程，即Q=0。例如用隔热良好的材料把容器包起来，或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换，这些都可视作绝热过程。 理想气体发生绝热变化时，p 、V 、T 三量会同时发生变化，仍遵循=T pV 恒 量。根据热力学第一定律，因Q=0，有 )(21122V p V p i T nC E W v -=?=?= 这表明气体被绝热压缩时，外界所作的功全部用来增加气体内能，体积变小、温度升高、压强增大；气体绝热膨胀时，气体对外做功是以减小内能为代价的，此时体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。 例：0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃。若在升温过程中，①体积保持不变，②压强保持不变；③不与外界交换热量。试分别求出气体内能的增量，吸收的热量，外界对气体做的功。 气体的内能是个状态量，且仅是温度的函数。在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为： J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?
第一章 热力学第一、二定律试题及解答
第一章 热力学第一定律 一、选择题 1．下述说法中，哪一种正确（ ） (A)热容C 不是状态函数； (B)热容C 与途径无关； (C)恒压热容C p 不是状态函数；(D)恒容热容C V 不是状态函数。 2．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； (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。 3．某高压容器中盛有可能的气体是O 2 ,Ar, CO 2, NH 3中的一种，在298K 时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，温度降低21K ，则容器中的气体（ ） (A) O 2 (B) Ar (C) CO 2 (D) NH 3 4．戊烷的标准摩尔燃烧焓为-3520kJ·mol -1，CO 2(g)和H 2O(l)标准摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol -1和-286 kJ·mol -1，则戊烷的标准摩尔生成焓为（ ） (A) 2839 kJ·mol -1 (B) -2839 kJ·mol -1 (C) 171 kJ·mol -1 (D) -171 kJ·mol -1 5．已知反应)()(2 1)(222g O H g O g H =+的标准摩尔反应焓为)(T H m r θ ?，下列说法中不正确的是（ ）。 (A). )(T H m r θ?是H 2O(g)的标准摩尔生成焓 (B). )(T H m r θ ?是H 2O(g)的标准摩尔燃烧焓 (C). )(T H m r θ?是负值 (D). )(T H m r θ?与反应的θ m r U ?数值相等 6．在指定的条件下与物质数量无关的一组物理量是（ ） (A) T , P, n (B) U m , C p, C V (C) ΔH, ΔU, Δξ (D) V m , ΔH f,m (B), ΔH c,m (B) 7．实际气体的节流膨胀过程中，下列那一组的描述是正确的（ ） (A) Q=0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 (B) Q=0 ΔH<0 ΔP> 0 ΔT>0 (C) Q>0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT<0 (D) Q<0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 8．已知反应 H 2(g) + 1/2O 2(g) →H 2O(l)的热效应为ΔH ，下面说法中不正确的是（ ） (A) ΔH 是H 2O(l)的生成热 (B) ΔH 是H 2(g)的燃烧热 (C) ΔH 与反应 的ΔU 的数量不等 (D) ΔH 与ΔH θ数值相等 9．为判断某气体能否液化，需考察在该条件下的（ ） (A) μJ-T > 0 (B) μJ-T < 0 (C) μJ-T = 0 (D) 不必考虑μJ-T 的数值 10．某气体的状态方程为PV=RT+bP(b>0)，1mol 该气体经等温等压压缩后其内能变化为（ ）
第三章 热力学第二定律
第三章热力学第二定律 一、选择题 1、如图，可表示理想气体卡诺循环的示意图是：（） (A) 图⑴(B)图⑵(C)图⑶(D) 图⑷ 2、工作在393K和293K的两个大热源间的卡诺热机，其效率约为（） (A) 83％(B) 25％(C) 100％(D) 20％ 3、不可逆循环过程中，体系的熵变值（） (A) 大于零(B) 小于零(C)等于零(D)不能确定 4、将1 mol 甲苯在101.325 kPa，110 ℃（正常沸点）下与110 ℃的热源接触，使它向真空容器中汽化，完全变成101.325 kPa 下的蒸气。该过程的：（） (A) Δvap S m= 0 (B) Δvap G m= 0 (C) Δvap H m= 0 (D) Δvap U m= 0 5、1mol理想气体从300K，1×106Pa绝热向真空膨胀至1×105Pa，则该过程（） (A)ΔS>0、ΔG>ΔA (B)ΔS<0、ΔG<ΔA (C)ΔS＝0、ΔG＝ΔA (D)ΔA<0、ΔG＝ΔA 6、对理想气体自由膨胀的绝热过程，下列关系中正确的是( ) (A)ΔT>0、ΔU>0、ΔS>0 (B)ΔT<0、ΔU<0、ΔS<0 (C)ΔT=0、ΔU=0、ΔS=0 (D)ΔT=0、ΔU=0、ΔS>0 7、理想气体在等温可逆膨胀过程中( ) (A)内能增加(B)熵不变(C)熵增加(D)内能减少 8、根据熵的统计意义可以判断下列过程中何者的熵值增大？（） (A) 水蒸气冷却成水(B) 石灰石分解生成石灰 (C) 乙烯聚合成聚乙烯(D) 理想气体绝热可逆膨胀 9、热力学第三定律可以表示为：（） (A) 在0 K时,任何晶体的熵等于零(B) 在0 K时,任何完整晶体的熵等于零
第二章-热力学第一定律--题加答案
第二章热力学第一定律 1. 始态为25 °C，200 kPa的5 mol某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到-28.47 °C，100 kPa，步骤的功；再恒容加热到压力 200 kPa的末态，步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。（天大2.5题） 解：先确定系统的始、末态 对于途径b，其功为 根据热力学第一定律 2. 2 mol某理想气体，。由始态100 kPa，50 dm3，先恒容加热使压力增大到200 dm3，再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的。（天大2.10 题） 解：过程图示如下 由于，则，对有理想气体和只是温度的函数 该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是方便的
根据热力学第一定律 3. 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5 mol，摩尔分数，始态温 度，压力。今该混合气体绝热反抗恒外压膨胀到平 衡态。求末态温度及过程的。（天大2.18题） 解：过程图示如下 分析：因为是绝热过程，过程热力学能的变化等于系统与环境间以功的形势所交换的能量。因此， 单原子分子，双原子分子 由于对理想气体U和H均只是温度的函数，所以 4. 1.00mol（单原子分子）理想气体，由10.1kPa、300K按下列两种不同的途 径压缩到25.3kPa、300K，试计算并比较两途径的Q、W、ΔU及ΔH。
(1）等压冷却，然后经过等容加热； （2）等容加热，然后经过等压冷却。 解：C p,m=2.5R, C V,m=1.5R （1） 10.1kPa、300K 10.1kPa、119.8 25.3kPa、300K 0.2470dm30.09858 dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×2.5R×(119.8-300)+ 1.00×1.5R×(300-119.8) =-3745+2247=-1499(J) W=W1+W2=-10.1×103×(0.09858-0.2470)+0=1499(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 （2） 10.1kPa、300K 25.3kPa、751.6 25.3kPa、300K 0.2470dm30.2470dm30.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.00×1.5R×(751.6-300)+ 1.00×2.5R×(300-751.6) =5632-9387=-3755(J) W=W1+W2=0-25.3×103×(0.09858-0.2470) =3755(J) ΔU=Q+W=0 ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+25.3×0.09858-10.1×0.2470=0 计算结果表明，Q、W与途径有关，而ΔU、ΔH与途径无关。 5. 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。隔板靠活塞一侧为2 mol，0 °C的单原子理想气体A，压力与恒定的环境压力相等；隔板的另一侧为6 mol，100 °C的双原子理想气体B，其体积恒定。今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板，求系统达平衡时的T 及过程的。 解：过程图示如下 显然，在过程中A为恒压，而B为恒容，因此
第3节热力学第一定律
第3节热力学第一定律 目标导航 1?知道热力学第一定律的内容及其表达式 2?理解能量守恒定律的内容 3?了解第一类永动机不可能制成的原因 诱思导学 1.热力学第一定律 (1).一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。 其数学表达式为：A U=W+Q (2).与热力学第一定律相匹配的符号法则 (3)热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时 也进一步揭示了能量守恒定律。 (4)应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则写出各已知量( W、Q、A U)的正、负； ②根据方程A U=W+Q求出未知量； ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。 2.能量守恒定律 ⑴自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能 ;分子热运动对应内 能；电磁运动对应电磁能。 ⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。 ⑶.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 (4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 (5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 (6).能量守恒定律的重要意义 第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更 重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实岀发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能 量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣 告了第一类永动机的失败。 3.第一类永动机不可能制成 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能 制造出来的。 典例探究 例1一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8X104尚功，气体的内能减少了1.2杓勺，则下列
物化试卷 理想气体与热力学第一定律
第二小组测试卷一 2012—2013学年第一学期 一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 物质临界点的性质与什么有关？------------------ -----------( ) A. 与外界温度有关 B. 与外界压力有关 C. 是物质本身的特性 D. 与外界物质有关 2. 下列说法错误的是------------------------------------------------( ) A . 压力是宏观量 B . 压力是体系微观粒子相互碰撞时动量改变量的量度 C . 压力是体系微观粒子碰撞器壁时动量改变量的量度 D . 压力是体系微观粒子一种运动行为的统计平均值 3. 范德华气体方程式中的常数a 与b 应取何值？-------------( ) A. 都大于零 B. 都小于零 C. a 大于零，b 小于零 D. a 小于零，b 大于零 4. 理想气体的分子运动论公式为 PV=3 1Nmu2 式中，u 是-( ) A. 分子平均运动速率 B. 最可几速率 C. 分子运动最大速率 D. 根均方速率 5．成年人每次呼吸大约为500ml 空气，若其压力为100kPa ，温度为20℃，则 其中有多少氧分子？ --------------------------------------------( ) A . 4.305×103 mol B . 0.0205mol C . 22.32mol D . 4.69mol 6. 在同一温度下，同一气体物质的摩尔定压热容C p ,m 与摩尔定容热容C V ,m 之间的关系为-----------------------------------------------------( )。 考试科目 物理化学(上) 考试成绩 试卷类型 考试形式 闭卷 考试对象 11化本 学院—化学与材料工程--- 班级---- 06化本----- 姓名------------------------------------- 学号-------------------------------------
第3讲热力学定律与能量守恒
第3讲热力学定律与能量守恒 考点一热力学第一定律的理解及应用 1．热力学第一定律的理解 不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。 2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号W Q ΔU ＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加 －物体对外界做功物体放出热量内能减少 三种特殊的状态变化过程 (1)如图所示的绝热过程：有Q＝0，则W＝ΔU，外界对系统做的功等于系统内能的增加。 (2)不做功过程：即W＝0，则Q＝ΔU，系统吸收的热量等于系统内能的增加。 (3)内能不变过程：即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对系统做的功等于系统放出的热量。 [思维诊断] (1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。() (2)绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功，气体的内能可能减少。() (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量并没有消失。() (4)热传递和做功的实质不相同。() 答案：(1)√(2)×(3)√(4)√ [题组训练] 1．[热力学第一定律与热学知识的组合](多选)下列说法中正确的是() A．尽管技术不断进步，但热机的效率仍不能达到100%，而制冷机却可以使温度降到
热力学零度 B．雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的 C．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气压强的比值E．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越不明显 解析：热力学零度只能接近而不能达到，A错误；雨水没有透过布雨伞是液体表面张力的作用导致的，B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，温度每升高1 K，内能增加，但既可能是吸收热量，也可能是对气体做功使气体的内能增加，C正确；空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值，故D错误；微粒越大，某一瞬间撞击它的分子数越多，受力越容易平衡，布朗运动越不显著，E正确。 答案：BCE 2．[应用热力学第一定律定量计算] 如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c时，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量。 解析：一定质量的理想气体由状态a沿a→b→c变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J，由热力学第一定律有ΔU＝Q1＋W1＝340 J－120 J＝220 J，即从状态a到状态c，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿a→d→c变化到状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能增加还是220 J，所以可以判定此过程是吸收热量，由热力学第一定律有ΔU＝Q2＋W2，得Q2＝ΔU－W2＝220 J＋40 J ＝260 J 答案：吸热260 J 3．[热力学第一定律与气体实验定律的综合应用]一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程，该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。求：
第一章 热力学第一定律及应用练习题.
第一章 热力学第一定律及应用练习题 一、 填空：（填＜、＞或＝） 1、理想气体的自由膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 2、理想气体的等压膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0；△H △U ； 3、理想气体的等容升压：△U 0；△H 0；Q 0；W 0；△H △U ； 4、理想气体的等温压缩：△U 0；△H 0；Q 0；W 0；Q W ； 5、理想气体的节流膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 6、理想气体绝热抗恒外压膨胀：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 7、实际气体的绝热自由膨胀：△U 0； Q 0；W 0；△T 0； 8、实际气体的恒温自由膨胀：△U 0； Q 0；W 0；△U Q ； 9、实际气体的节流膨胀：△H 0； Q 0； 10、实际气体经循环过程恢复原状：△U 0；△H 0； 11、0℃、P 压力下冰融化为水：△U 0；△H 0；Q 0；W 0； 12、水蒸气通过蒸气机对外作功后恢复原状： △U 0；△H 0；Q 0；W 0；Q W ； 13、100℃、P 压力下的H 2O （l ）向真空蒸发成同温同压下的蒸气： △U 0；△H 0；Q 0；W 0；△U Q ； 14、H 2（g ）和O 2（g ）在一绝热恒容反应器中剧烈反应生成水： △U 0； Q 0；W 0； 15、对于理想气体：V T U ??? ???? 0；P T U ??? ???? 0；T V U ??? ???? 0； T P U ??? ???? 0；V T H ??? ???? 0；P T H ??? ???? 0；T V H ??? ???? 0；
T P H ??? ???? 0；V T U ??? ???? P T U ??? ????；V T H ??? ???? P T H ??? ????； 二、单项选择题： 1．热力学第一定律的数学表达式△U ＝Q —W 只能适用于 (A)理想气体 ; (B)封闭物系; (C)孤立物系 ; (D)敞开物系 2、1mol 单原子理想气体，在300K 时绝热压缩到500K ，则其焓变△H 约为 （A ）4157J ；（B ）596J ；（C ）1255J ；（D ）994J 3、同一温度下，同一气体物质的等压摩尔热容Cp 与等容摩尔热容C V 之间 存在 （A ）Cp
对热力学第三定律的理解及应用
对热力学第三定律的理解及应用 在学习了物理书中的“热学”篇后，对于书中提到的热力学四大定律很感兴趣。其中热力学第一定律与热力学第二定律在书中都有了较为详尽的介绍，并且我们也认真地做了相关的习题，可以说对于这两个定律较为熟悉，而对于热力学第零定律与第三定律却了解不多。因此，在课下，我查阅了相关资料。对于这两个定律有了一定了解。 热力学第零定律表述为：“如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。” 热力学第三定律表述为：“热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时趋于定值，特别地，对于完整晶体，这个定值为零。”可以用这一公式表达，0)(lim 0=?=s t 而另一种表述为：“不可能通过有限的步骤，将一个物体冷却到绝对温度的零度。” 对于第三定律中提到的，“不能通过有限步骤，达到绝对零度”我感到了困惑与好奇。 对于这一定律有这么一种解释：理论上，若粒子动能低到量子力学的最低点时，物质即达到绝对零度，不能再低。然而，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量热量。 另一种解释是：当原子达到绝对零度后，就会处于静止状态，而这违反了海森堡不确定原理指出的“不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量”。
尽管，绝对零度在实际生活中似乎无法达到，但科学家还是不遗余力的尝试着接近绝对零度。据报道，由德国、美国、奥地利等国科学家组成的一个国际科研小组在实验室内创造了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度纪录，而此前的纪录是比绝对零度高3纳开。这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳开以内的极端低温。 而通过研究物体在接近绝对零度度过程中材料属性的变化，可以为工程应用提供材料，而在微观领域也可研究低温环境对于原子产生的影响，比如原子在接近绝对零度时是如何运动的，物体呈现一种什么样的状态，这对于原子物理的发展有巨大促进作用。 热力学第三定律在生活中也得到了应用。比如在研究过程中，发现了一些物体存在着超导现象，这一发现对于降低能耗，减少能源浪费都有着不可估量的意义。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。即磁悬浮。对于磁悬浮技术的应用，主要是磁悬浮列车，其优点在于耗能不仅低于普通火车，更大大低于汽车和飞机。在驱动功率相同时，其耗能仅为汽车的1/3，飞机的1/4，而降低能耗是环境保护的最主要问题。 通过科学家对于绝度零度都不断的追求，我们可以看出科学永无止境，作为科学工作者要有一种锲而不舍的精神。
热力学第一定律习题及答案
热力学第一定律习题 一、单选题 1) 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. W <0，Q <0，?U >0 C. W <0，Q <0，?U >0 D. W <0，Q =0，?U >0 ?2) 如图，用隔板将刚性绝热壁容器分成两半，两边充入压力不等的空气(视为理想气体)，已知p右> p左，将隔板抽去后: ( ) A. Q＝0, W ＝0, ?U ＝0 B. Q＝0, W <0, ?U >0 C. Q >0, W <0, ?U >0 D. ?U ＝0, Q＝W??0 ?3）对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的：( ) A. (?U/?T)V＝0 B. (?U/?V)T＝0 C. (?H/?p)T＝0 D. (?U/?p)T＝0 ?4）凡是在孤立孤体系中进行的变化，其?U 和?H 的值一定是：( ) A. ?U >0, ?H >0 B. ?U ＝0, ?H＝0 C. ?U <0, ?H <0 D. ?U ＝0，?H 大于、小于或等于零不能确定。 ?5）在实际气体的节流膨胀过程中，哪一组描述是正确的: ( ) A. Q >0, ?H＝0, ?p < 0 B. Q＝0, ?H <0, ?p >0 C. Q＝0, ?H ＝0, ?p <0 D. Q <0, ?H ＝0, ?p <0 ?6）如图，叙述不正确的是：( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.?H1表示无限稀释积分溶解热 C.?H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 ?7）?H＝Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPa B.在0℃、101325Pa下，冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K，101325Pa)可逆变化到(373K，10132.5Pa ) ?8) 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。( ) A. V1 < V2 B. V1 = V2 C. V1 > V2 D. 无法确定 ?9) 某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行，体系温度由T1升高到T2，则此过程的焓变?H:( ) A.小于零 B.大于零 C.等于零 D.不能确定 ?10) 对于独立粒子体系，d U＝?n i d? i＋?? i d n i，式中的第一项物理意义是: ( ) A. 热 B. 功 C. 能级变化 D. 无确定意义 ?11) 下述说法中哪一个正确：( ) A.热是体系中微观粒子平均平动能的量度 B.温度是体系所储存能量的量度 C.温度是体系中微观粒子平均能量的量度 D.温度是体系中微观粒子平均平动能的量度 ?12) 下图为某气体的p－V图。图中A→B为恒温可逆变化，A→C为绝热可逆变化，A→D 为多方不可逆变化。B, C, D态的体积相等。问下述个关系中哪一个错误？( ) A. T B > T C B. T C > T D C. T B > T D D. T D > T C ?13) 理想气体在恒定外压p?下从10dm3膨胀到16dm3, 同时吸热126J。计算此气体的??U。( ) A. -284J B. 842J C. -482J D. 482J ?14) 在体系温度恒定的变化过程中，体系与环境之间：( ) A.一定产生热交换 B.一定不产生热交换 C.不一定产生热交换 D. 温度恒定与热交换无关
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
第3讲热力学定律与能量守恒定律 知识要点 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递。 2.热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W。 (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则： 物理量 意义 W Q ΔU 符号 ＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加 －物体对外界做功物体放出热量内能减少 1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 2.用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 4.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。 三、能量守恒定律 1.内容
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是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.条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。 3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。 基础诊断 1.(多选)下列说法正确的是() A.外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变 B.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机 E.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加 答案ABE 2.(多选)下列说法正确的是() A.分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大 B.当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大 C.一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量 D.一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量 E.熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度 解析分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，A错误；当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大，B正确；等温膨胀，温度不变，气体内能不变，体积增大，对外做功，要保持内能不变，所以需要从外界吸收热量，C正确；等压膨胀，压强不变，体积增大，根据公式 pV ＝C可得温度升高，内能增大，需要吸收热量，故D错误；熵的物理意义反T 映了宏观过程对应的微观状态的多少，标志着宏观状态的无序程度，即熵是物体内分子运动无序程度的量度，E正确。
热力学第一定律与能量守恒定律
热力学第一定律与能量守恒定律 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳． 2．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加； (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加； (3)若过程的初、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． 例1关于气体的内能，下列说法正确的是() A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C．气体被压缩时，内能可能不变 D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 答案CDE 解析质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A错误；宏观运动和微观运动没有关系， 所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；根据pV T＝C可知，如果等温压缩，则内能不 变；等压膨胀，温度增大，内能一定增大，C、E正确；理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D正确．练习题 1．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是() A．保持气体的压强不变，改变其体积，可以实现其内能不变 B．保持气体的压强不变，改变其温度，可以实现其内能不变 C．若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变 D．气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E．当气体体积逐渐增大时，气体的内能一定减小 答案CD
热力学第一定律解读
2.3热容 2.3.1热容 在以下三种情况下体系与环境之间能量可能以热的形式进行传递： 1.体系中物质的化学性质和聚集状态不变而温度变化的过程或称单纯物理 变温过程。 2.相变过程； 3.化学反应过程。 本节着重讨论第一类情况。 任何一个物体（或系统），升高单位温度所吸收的热量称为该物体的热容。它属于热响应函数，自然是状态函数。 加热可以使体系温度升高，所需热量与温升程度成正比： Q∝ ΔT 或(2-16) 故(2-17) 称为“平均热容”，相当于在一定温度范围内体系温度升高1o 所需热量的平均值。当所取物质数量为一摩尔，则称为“摩尔平均热容”： (2-18) 或(2-19) 热容随温度变化，只有当所取温度间隔ΔT愈小时，所求得的值才愈接近于指定温度下热容的数值。定义“真实热容” C为： (2-20)
而摩尔热容 (2-21) 或 (2-22) 物质的摩尔热容C m与比热C s ()之间有如下关系 (2-23) 式中M为物质的摩尔质量。 以下谈及“热容”如无特别指明,均系指“摩尔热容”而言，“摩尔”二字从略。 2.3.2 等容热容与等压热容 热与途径有关，故热容也与只有在完成过程的途径指定之后，它们才有确定的数值。在物理化学中最常用到的热容有两种形式：“等容热容”C v（或C v.m）和“等压热容”C p（或C p.m）。它们也都称为热响应函数。 对于无非膨胀功发生的封闭体系，第一定律可以表示为： dU =δQ -pdV (2-24) 或δQ =dU +pdV (2-25) 等容条件下，dV =0 δQ v =dU (2-26) 而 (2-27) 故等容热容 (2-28) 若定义一新热力学函数H，称为“焓” H≡U +pV (2-29) 由于U、p、V均为状态函数，而U和pV均具有能量的量纲，故H必然为一具有能量量纲的状态函数。定义H之后，可以看到很有意义的结果： ∵δQ =dU +pdV (2-25) 在等压条件下：
高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒
高考经典课时作业11-3 热力学定律与能量守恒 （含标准答案及解析） 时间：45分钟分值：100分 1．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是() A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量不守恒 C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 2．根据热力学第二定律，下列说法中正确的是() A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能 D．机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能 3．关于一定量的气体，下列叙述正确的是() A．气体吸收的热量可以完全转化为功 B．气体体积增大时，其内能一定减少 C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．外界对气体做功，气体内能可能减少 4．(2013·东北三校二模)一个气泡从湖底缓慢上升到湖面，在上升的过程中温度逐渐升高，气泡内气体可视为理想气体，在此过程中，关于气泡内气体下列说法正确的是() A．气体分子平均动能变小 B．气体吸收热量 C．气体对外做功 D．气体内能增加 5．(2012·高考广东卷)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中() A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 6．(2011·高考重庆卷)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体() A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小
第二章热力学第一定律练习题及解答
第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。 答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 答：是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得 变。 （3）因为ΔU=Q V ，ΔH=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗？ 答：是错的。?U ，?H 本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与Q V ，Q p 的数值相等，所以Q V ，Q p 不是状态函数。 （4）根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如要对外做功，必须从 外界吸收热量。 答：是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+，它不仅说明热力学能（ΔU ）、热（Q ）和 功（W ）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热，也可转化为热力学能系。 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时ΔH=Q p =0 答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即W f ≠0，所以ΔH≠Q p 。 （6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1，焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相 同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q 2，焓变为ΔH 2，则ΔH 1=ΔH 2。 答：是对的。Q 是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q 值不同，焓（H ）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题，并说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火 车的速度加快？ 答？不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。
高中物理考试热力学定律与能量守恒定律
选修3-3 第3讲 一、选择题 1．有关“温度”的概念，下列说法中正确的是( ) A．温度反映了每个分子热运动的剧烈程度 B．温度是分子平均动能的标志 C．一定质量的某种物质，内能增加，温度一定升高 D．温度较高的物体，每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大 [答案] B [解析] 温度是分子平均动能的标志，但不能反映每个分子的运动情况，所以A、D错误，由ΔU＝Q＋W可知C错，故选项B正确． 2．第二类永动机不可能制成，这是因为( ) A．违背了能量守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 [答案] D [解析] 第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成，选项D正确． 3．(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( ) A．从外界吸热B．对外界做负功 C．分子平均动能减小D．内能增加 [答案] A [解析] 该题考查了热力学定律，由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变，放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热．A选项正确． 4．如图所示，两相同的容器装同体积的水和水银，A、B两球完全 相同，分别浸没在水和水银的同一深度，A、B两球用同一种特殊的材料 制成，当温度稍升高时，球的体积会明显变大．如果开始时水和水银的 温度相同，且两液体同时缓慢地升高同一值，两球膨胀后，体积相等， 则( ) A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多
第二章 热力学第一定律
第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中,接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问ΔU，Q，W为正为负还是为零? (1)以电炉丝为系统； (2)以电炉丝和水为系统； (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，ΔU，Q，W为正为负还是为零?(2)如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，ΔU，Q，W为正为负还是为零？ 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功，内能增加了200J，试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中，对环境做了10 540J的功，同时吸收了27 110J的热，试问系统的内能变化为若干？ [答案：(1) 吸收40J；(2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出4．2xl05J的热量，如果以礼堂中的空气和椅子等为系统，则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统，则其ΔU＝? [答案：1.3×l08J;0] 3一蓄电池其端电压为12V，在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了1 265 000J，试求算此过程中蓄电池将吸收还是放出多少热？ [答案：放热401000J] 4 体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa,计算此过程所能作出的最大功为若干? [答案：9441J] 5 在25℃下，将50gN2作定温可逆压缩，从105Pa压级到2×106Pa，试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？ [答案：–1.33×104J；4.20×103J] 6 计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3；始态及终态温度均为100℃。 (1)向真空膨胀； (2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀； (3)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀； (4)定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题？ [答案：0；2326J；310l J；4299J] 习题10试证明对遵守范德华方程的1mol实际气体来说，其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。
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