热力学第一定律练习题与解答

1、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 U=QV， H=Qp，所以 QV，Qp 是特定条件下的状态函数 ? 这种说法对吗？ 答：是错的。 DU ， DH 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 QV，Qp 的数值相等，所以 QV， Q p不是状态函数。（4 ）根据热力学第一定律，因为

2、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（、热U（）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 H=Qp=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Wf 0，所以 HQp 。（6 ）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1 ，焓变为 H1。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

3、 2，焓变为 H2， 则 H1=H2。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DH1和 DH 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Qh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。但可逆热机循环一周是一个缓慢的过程，所需时间是无限长。又由 P F v 可推出 v 无限小。因此用可逆热机牵引火车的做法是不实际的，不能增加火车的速度，只会降低。（2 ）Zn 与盐酸发生反应，分

4、别在敞口和密闭容器中进行，哪一种情况放热更多？ 答：在密闭容器中进行的反应放热多。 在热化学中有 Qp = QV+ n（g RT），而 Zn（s）+ H2SO4 （aq）= Zn SO 4 （aq）+ H2（g）的 ng =1 ，又因该反应为放热反应 Qp 、 QV 的值均为 负值，所以Q V Qp 。（3 ）在一个导热材料制成的圆筒中装有压缩气体，圆筒中的温度与环境达成平衡。如果突 然打开圆筒，是气体冲出去，当压力与外界相等时，立即盖上筒盖。过一段时间，筒中气体 的压力有何变化？答：筒内压力变化过程：当压缩气体冲出，在绝热可逆过程有p1 T 常数 ，当气体的压 力与外界相等时，筒中温度降低。

5、立即盖上筒盖，过一会儿，系统与环境的温度完全相等， 筒内温度上升，则压力也升高，即大于环境的标准大气压。（4 ）在装有催化剂的合成氨反应室中， N2（g）与 H 2 （ g）的物质的量的比为 1:3 ，反应 方程式为， N2（g）+ H 2（g）N H 3（g）。在温度为 T1和T2的条件下，实验测定放出的热量分别为 Qp（T1）和 Qp（T2）.但是用 Kirchhoff 定律计算时r Hm T1T22 rCpdT计算结果与实验值不符，试解释原因。答：r H mrH ，rHm 实际是指按所给反应式，进行=1mol 反应时的焓变，实验测得的数值是反应达到平衡时发出的热量，此时 0 范氐气体分子

6、间有引力。体积增大分子间势能增加，为了保持温度不变， 必须从环境吸热。DU 0 因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。DH 0 根据焓的定义式可判断，系统的热力学能增加，焓值也增加。（3）W 0 放出的氢气推动活塞，系统克服外压对环境作功。Q 0 反应是放热反应。DU 0 系统既放热又对外作功，热力学能下降。DH 0 因为是在绝热刚瓶中发生的放热反应，气体分子数没有减少，钢瓶内温度升高，压力也增高，根据焓的定义式可判断焓值是增加的。（5）W 0 常温、常压下水结成冰，体积变大，系统克服外压对环境作功。Q 0 水结成冰是放热过程。DU 0 系统既放热又对外作功，热力学能下降。DH 0 因为这是

7、等压相变， DH = Q p 。6. 在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水： （1 ） 氢气在氧气中燃烧； （2）爆鸣反应；（3）氢氧热爆炸；（4）氢氧燃料电池。在 所有反应中， 保持反应始态和终态都相同， 请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同 ?答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始终态相同，无论通过什么途径，其变 化值一定相同。这就是：异途同归，值变相等。7. 一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪熔化变成水流入江河， 最后流入大海， 一定量的水又回到始态。 问历经整个循 环，水的热力学能和焓的变化是多少 ?答：

8、水的热力学能和焓的变化值都为零。 因为热力学能和焓是状态函数， 不论经过怎样的循 环，其值都保持不变。这就是：周而复始，数值还原。8. 298 K ，101.3 kPa 压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是不可逆过程， 试将它设计成可逆过程。答：可逆过程（ 1 ）：绕到沸点或可逆过程（ 2 ）：绕到饱和蒸气压、概念题题号12345678选项DCBAADCC题号910111213141516选项BBABCCDB1. 对于理想气体的热力学能有下述四种理解：（1 ）状态一定，热力学能也一定（2 ）对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的（3 ）对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个

9、以上的数值（4 ）状态改变时，热力学能一定跟着改变 其中都正确的是（ ）。（A）（1），（2） （B ）（3），（4） （C）（2），（4） （ D ）（ 1），（ 3） 答：（D ） 热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。2. 有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此 时筒内温度将（ ）。（A）不变（B）升高（C）降低（D ）无法判定答：（C）气体膨胀对外作功，热力学能下降。3. 有一真空钢筒，将阀门打开时，大气（视为理想气体）冲入瓶内，此时瓶内气体的温度 将（ ）。（A）不变（B）升高（C）降低（D ）无法判定 答：（ B ）大气对系统作功，热力学

10、能升高4. 1 mol 373 K 、标准压力下的水分别经历： （ 1 ）等温、等压可逆蒸发； （ 2 ）真空蒸发， 变成 373 K 、标准压力下的水气。这两个过程中功和热的关系为（ ）。（A）W 1 Q 2（B） W 1 W 2、Q 1 W 2、Q 1 0 ，H 0B)U = 0 ，H = 0（C）U 0 ，H 0（D）U = 0 ，H 不确定答：（D）热力学能是能量的一种，符合能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。 而焓虽然有能量单位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。 例如，在绝热钢瓶里发生一个 放热的气相反应，H可能回大于零。7. 理想气体向真空绝热膨胀后，他的温度将（ ）。（

11、A）升高（B）降低（C）不变（ D ）不一定答：（C）对于理想气体而言，内能仅仅是温度的单值函数，经真空绝热膨胀后，内能不变， 因此体系温度不变。8. 某气体的状态方程 pVm = RT+bp （b 是大于零的常数） ，此气体向真空绝热膨胀，温度 将（ ）。（A）升高（B）降低（C）不变（ D ）不一定答：（C）由气体状态方程 pV m= RT+bp 可知此实际气体的内能只是温度的函数，经真空绝 热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变（状态方程中无压力校正项，说明该气体膨胀时， 不需克服分子间引力，所以恒温膨胀时，热力学能不变） 。9. 公式 DH = Q p适用于哪个过程（）。273K,100

12、kPa（A）理想气体绝热等外压膨胀（B）H 2O（s）H2O（l）（C）Cu2+（aq）+2e- Cu（s）（ D）理想气体等温可逆膨胀答：（ B ）式适用于不作非膨胀功的等压过程。10. 某理想气体的 = Cp/C V =1.40 ，则该气体为几原子分子（ ）？（A）单原子分子（B）双原子分子（ C ）三原子分子（ D ）四原子分子757（B ） 1.40= ，CV = R Cp= R ，这是双原子分子的特征。52211. 当以 5 mol H 2气与 4 mol Cl 2 气混合，最后生成 2 mol HCl 气。若以下式为基本单元，H2（g） + Cl （g） 2HC （g）则反应进度

13、应是（ ）。（A） 1 mol （B） 2 mol（C） 4 mol （D） 5 mol 答：（A）反应进度=n= 2mol =1 molv212. 欲测定有机物燃烧热 Qp，般使反应在氧弹中进行， 实测得热效应为 QV ，公式 Qp= QV+ n gRT 中的 n 为（）。（ A ）生成物与反应物总物质的量之差（B ）生成物与反应物中气相物质的量之差（ C ）生成物与反应物中凝聚相物质的量之差（ D ）生成物与反应物的总热容差答：（ B ）ngRT 一项来源于 （pV ）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时（pV）就等于 ngRT 。13. 下列等式中正确的是（ ）。（A） fHm（H

14、2O，l）= cHm（O2，g）（B） fHm（H2O，g）= cHm（O2，g）（C） f H m （H 2O，l）= cHm （H2，g）（D） fHm（H2O，g）= cHm（H2，g）答：（ C）在标准态下，有稳定单质生成 1mol 物质 B 产生的热效应为该物质 B 的摩尔生成 焓；在标准态下， 1mol 物质 B 完全燃烧产生的热效应为该物质 B 燃烧焓，故有 fHm （H 2O， l）= cHm（H2，g）。14. 298 K 时，石墨的标准摩尔生成焓 fHm （ ） 。（A）大于零（B）小于零（ C）等于零（D）不能确定答：（ C ）根据标准摩尔生成焓定义，规定稳定单质的标准摩

15、尔生成焓为零。碳的稳定单质 制定为石墨。15. 石墨（ C ）和金刚石（ C ）在 298 K ，标准压力下的标准摩尔燃烧焓分别为 -393.4 kJ mol -1和-395.3 kJ mo-l1，则金刚石的标准摩尔生成焓f Hm （金刚石, 298 K ）为（ ）。（A）-393.4 kJ mo-l1 （B） -395.3 kJ mo-l1 （C）-1.9 kJ mo-l1 （D）1.9 kJ mol -1答：（D ） 石墨（ C ）的标准摩尔燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓，为-393.4kJ mol -1 ，金刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石（C）燃烧为二氧化碳的摩尔反应焓变，）。等于二氧化碳的标准摩尔生成焓减去金刚石的标准摩尔生成焓， 所以金刚石的标准摩尔生成 焓就等于 -393.4 kJ mo-l1 （- 395.