第一章,热力学第一定律祥解.ppt

* 例10：（21） （1）1g水在100℃、100KPa下蒸发（设气体为理想气体）吸热2259J.g-1，问此过程的Q、W、 ? U、 ? H的值各为多少？ （2）始态同上，当外界压力恒为0.5*100KPa时，将水等温蒸发，然后将此0.5*100KPa、100℃的1g水蒸汽慢慢加压为终态（100℃，100KPa）的水蒸汽，求此过程的Q、W、 ? U、 ? H各为多少？ （3）如果将1g水（ 100℃，100KPa）突然移放到恒温100℃的真空箱中，水气即充满整个真空箱，测其压力为100KPa，Q、W、 ? U、 ? H值又为多少？试比较这三种结果。 * 三】：对化学反应的应用 * 例1.7.1 在100 °C的恒温槽中有一容积恒定为 50 dm3 的真空容器,容器内底部有一小玻璃瓶,瓶中有液体水 50 g。 现将小瓶打破，水蒸发至平衡态，求过程的Q，W，?U及?H。 已知：100 °C时水的饱和蒸气压为101.325 kPa，在此条件下水H2O的摩尔蒸发焓为40.668 kJ · mol-1 。 100 0C 50 g 50dm3 50dm3 50 g 100 0C 解：由容器容积及100 °C下水的饱和蒸气压，可求出蒸发的水的物质的量为： * 所以剩下的水为：(50 – 1.633?18.015) g = 20.58 g 。 * 例2.7.2 在带活塞的绝热容器中有温度为 - 20 °C的过冷水1 kg。环境压力维持在恒定压力100 kPa 不变。已知在 100 kPa 下水的凝固点为 0 °C ， 在此条件下冰的比熔化焓为 333.3 J · g-1 ，过冷水的定压比热为 4.184 J · g-1 · K-1 。求当过冷水失稳结冰后的末态时冰的质量。 解： 100 kPa 下,低于0 °C时，的过冷水为亚稳态，稳定态是冰。在恒温恒压下，水转化为冰时，要放热。因为容器绝热，所以整个系统温度将升高。由于一旦结冰开始，冰的数量必然要达到最大。但若全部水都结冰，最高也只可升到0 °C 。 mH2O (s) t2 = 0 °C Qp= ?H = 0 1 kg H2O ( l ) t1 1 kg H2O ( l ) t2 = 0 °C 步骤1 ?H1 步骤2 ?H2 左图中,假设起始温度为t1时,正好使全部水变成0°C 的冰。所以有： * 本题的温度 - 20 °C，高于-79.7 °C，所以过冷水不可能全部变成0°C的冰。而且也不可能变成低于0 °C的冰水混合物，因为，低于零度，水本身就不稳定，况且还有冰的晶种存在。最后结论是：只能变成 0°C的冰水混合物。 即是说，低于-79.7 °C的过冷水可全部变成冰 mH2O (s) t2 = 0 °C Qp= ?H = 0 1 kg H2O ( l ) t1 1 kg H2O ( l ) t2 = 0 °C 步骤1 ?H1 步骤2 ?H2 假设在末态，零度，有质量m(s)的冰，剩下水的质量为m(l)，则有： m(s) + m(l) = m = 1000 g （以下运算，质量单位取g ， 热量单位取 J，温度单位取°C，不再逐一标出） * 在左图中假设虚拟途径 1与 2。系统经由t2 的水，再部分转化为t2 的冰加水。 Qp= ?H = 0 1 kg H2O ( l ) t1 = - 20 °C 1 kg H2O ( l ) t2 = 0 °C 步骤1 ?H1 步骤2 ?H2 m(s) H2O(s) m(l) H2O(l) t2 = 0 °C 这样，便得到方程： 即末态为：251.1 g 冰，748.9 g 水。 * 例如：水在 t1 = 100 °C时的饱和蒸气压 p1= 101.325 kPa ，在 t2 =80 °C时的饱和蒸气压 p2= 47.360 kPa 。 现在要由 t1 、 p1 下水的摩尔蒸发焓计算在 t2 、 p2 下的摩尔蒸发焓。 * 为研究这个问题，可假设途径如下： ?H3即 ?vapHm(100 °C) H2O (l) t1 = 100°C p2=101.325kPa H2O (l) t2 = 80°C p2=47.360 kPa H2O (l) t2 = 80°C p2=101.325kPa H2O (g) t1 = 100°C p2=101.325kP