2022-2023学年高二物理竞赛课件：热力学第一定律的其它应用举例

热力学第一定律的其它应用举例 热力学第一定律的其它应用举例 一、不同温度的理想气体的混合过程 二、液体等温等压不可逆蒸发过程 三、冰水混合过程 四、绝热燃烧反应过程 理想气体绝热可逆过程方程式 　　及绝热过程体积功的计算  = Cp,m / CV,m  热容比 T V－1 = 常数 p V = 常数 T p(1-) / = 常数 例： 某双原子分子的理想气体5mol，从始态p1 = 200kPa、t1 = 25C，经绝热可逆膨胀到末态压力 p2 = 100kPa，求末态温度及过程的功。 一、不同温度的理想气体的混合过程 恒容绝热混合：QV = U = 0　　U = f ( T ) 恒压绝热混合：Qp = H = 0　　H = f ( T ) 例： 在一个绝热恒容的容器中有一绝热隔板，　　隔板两侧分别为2mol、0C的单原子理想　　气体A，及5mol、100C的双原子分子理　　想气体B。今将绝热隔板撤去，两气体混　　合达到平衡态，求末态温度及过程的H 。 二、液体等温等压不可逆蒸发过程 例： 已知100ºC下H2O(l)的饱和蒸气压为101.325 kPa，在此温度下H2O(l) 的摩尔蒸发焓vapHm = 40.668kJ·mol-1。今在一带活塞的气缸中有N2(g) 30g，气缸底部有一小玻璃瓶，瓶中有H2O(l) 30g，气缸置于100ºC的恒温槽中，活塞外环境的压力为175kPa。求将小瓶打碎，H2O(l)蒸发至平衡态时过程的U、 H 、Q、 W。 三、冰水混合过程 指0ºC以上的水和0ºC或0ºC以下的冰的混合过程，是绝热恒压过程 例： 已知100kPa下冰的熔点为0ºC，其质量熔化焓为fush = 333.7J·g-1。冰在－10～0ºC的平均质量定压热容Cp = 0.4977 J ·g-1 ·K-1，水在0~20ºC的平均质量定压热容Cp = 4.1940 J ·g-1 ·K-1，冰、水的密度分别为(H2O,s) = 0.917kg·dm-3，(H2O,l) = 1.000kg·dm-3。今在20ºC的1kg 水中加入－10ºC的冰0.1kg，求末态的温度并计算过程的W、U。 四、绝热燃烧反应过程 燃烧反应：若恒温，则放热 最高火焰温度：燃烧反应绝热进行时，燃烧 　　　　　　　产物所能达到的最高温度 瞬间完成，可视为绝热 对同一燃烧反应： 　恒压下的最高火焰温度小于恒容下的最高火焰温度 例：恒定100kPa燃烧反应于298K时用过量100%的空气使甲烷燃烧，求燃烧产物所能达到的最高温度。 CH4(g)+2O2(g)　→　CO2 (g)+2H2O(g) 100kPa，298K O2(g)：4mol CH4(g):1mol N2(g):15.05mol 100kPa，298K O2(g)：2mol CO2(g):1mol N2(g):15.05molH2O(g):2mol 100kPa，T O2(g)：2mol CO2(g):1mol N2(g):15.05molH2O(g):2mol H=0 恒压，绝热 H1 H2 § 2.9 热力学第一定律对实际气体的应用 一、焦耳汤姆逊实验 二、实际气体的热力学能与焓 一、焦耳汤姆逊实验 焦耳-汤姆逊实验 $$