第一章热力学第一定律思考题(答案)

1、WORD格式可以任意编辑第一章 热力学第一定律思考题1. 下列说法中哪些是不正确的？（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。【答】（ 1）不一定正确。绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以 保证系统和环境之间没有物质交换。但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有 其他能量交换方式，如作功。当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的 作功不能忽略，系统的状态将发生变化。（2）正确。（3）不正确。系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭

2、系统。为 了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换 时没有功和热的发生。但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。（4）正确。当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生， 而且还有物质转移，因此是敞开系统。2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板 抽去，左、右室气体的压力达到平衡。若以全部气体作为系统，则 或为零？U、Q、W为正？为负？【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W=0；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q=0；根据热力学第一定律U=Q，

3、系统的热力学能（热力学能）变化W=0 。 U3. 若系统经下列变化过程，则、 + 和 各量是否完全确定？为什么？QWQ W U1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态【答】（ 1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的 具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。Q、 W都是途径依赖（ path-dependent ）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径， 只要过程不完全确定， Q、W的数值就可能不确定。因Q+ W= U，只要过程始、终态确为定，则 U 确定，因此 Q+W也确定。（ 2）

4、在已经给定始、终态的情况下，又限定过程为绝热过程，Q =0 ， Q确定； W=U，W和 U 也确定。4. 试根据可逆过程的特征指出下列过程哪些是可逆过程？（ 1）在室温和大气压力（ 101.325kPa ）下，水蒸发为同温同压的水蒸气；（ 2）在 373.15K 和大气压力（ 101.325kPa ）下，蒸发为同温同压的水蒸气； （3）摩擦生热；（4）用干电池使灯泡发光；5）水在冰点时凝结成同温同压的冰；专业资料整理分享（ 6 ）在等温等压下将氮气和氧气混合。【答】（ 1）不是可逆过程。 （一级）可逆相变过程应该是在可逆温度和压力下的相变过程， 题设条件与之不符，室温下的可逆压力应该小于 10

5、1.325kPa ，当室温为 298K时，水的饱和蒸 气压为 3168Pa。（2）可能是可逆过程。（3）不是可逆过程。摩擦生热是能量耗散过程。（4）不是可逆过程。无穷小的电流不能将灯泡点亮。（ 5）可能是可逆过程。 273.15K 、101.325kPa 下水可以可逆地形成冰。 （6）可能是可逆过程。通过范霍夫平衡箱可以实现可逆混合。5. 判断下列说法是否正确？（1）状态函数改变后，状态一定改变；（2）状态改变后，状态函数一定都改变；（3）系统的温度越高，向外传递的热量越多；（4）一个绝热的刚性容器一定是一个孤立系统；（5）系统向外放热，则其热力学能必定减少；（6）孤立系统内发生的一切变化过程

6、，其U 必定为零；（7）因为 H=Qp，而 H 是状态函数，所以热（Qp）也是状态函数；p、V、（ 8）因为 H=U+pV，而理想气体的热力学能仅是温度的函数，所以理想气体的焓与 T 都有关；（ 9）一定量的理想气体反抗101.325kPa 作绝热膨胀，则 H=Qp=0；10）系统经一循环过程对环境作1kJ 的功，他必然从环境吸热1kJ ；11）理想气体绝热变化过程中 W可逆 =CVT，W不可逆 =CVT，所以 W可逆 =W不可逆；12）化学中的可逆过程就是热力学中的可逆过程。答】（ 1）正确。状态是各种状态性质的综合表现，状态性质改变，状态一定改变。2）不正确。比如理想气体的等温过程中，状态

7、改变但是热力学能不变。（3）不正确。温度是热运动的“强度”，热是热运动的“数量”，两者没有必然练习。（4）不正确。绝热和刚性只意味着没有热交换和体积功，不能排除其他作功方式的存在。（5）不正确。理想气体可逆等温压缩时，向外放热，热力学能不减少。（6）正确。（7）不正确。 是状态函数，但是 p 却是依赖于过程的物理量，因此热（ p）不是状态函数，Q000，理想气体的焓仅与温度有关。p 在此指 pi=pf=pext ，本例中 pf=pext显然可逆反应和热力学可逆过程是两H Q 他依赖于过程。（8）不正H （U pV） U （nRT）确。VTV T VTVT（ 9）不正确。不满足公式H=Qp成立的

8、条件，下标 pi 。（10 ）正确。 Q=-W+ U=-（-1kJ）+0=1kJ ）不正确。前一个（11 T 与后一个 T不同。）不正确。化学中的可逆过程也可以指可逆反（12 应， 码事。6. 在 101.325kPa 、373K下向真空蒸发成 101.325kPa 、 373K的水蒸气（此过程环境温度保持不变）。下述两个结论是否正确？1）设水蒸气可以视为理想气体，因为此过程为等温过程，所以U=0。（ 2）此过程=+ ，由于向真空气化， =- =0，所以此过程的H U p V W p V H U。学变化。（2）不正确。Hp V中原始含义是指= + 中的 指系统的压力， 不表示所作的体积功；【答

9、】（ 1）不正确。理想气体在等温变化中， U=0。水蒸可视为理想气体，但水不可以。 而且理想气体也不能有相变过 理想气体永远都是气 既不能发生相变化也不能发生 程， 体， 化U p V p pVpext ，不是系统的压力 p，因此推导完全错误。7. 夏天打开室内正在运行中的电冰箱的门，若紧密门窗（设门窗及墙壁均不传热），能否使室内温度降低？为什么？【答】不能。电冰箱属于热机，当电冰箱正常工作时，通过消 耗电功， Q1的热量从冰箱内被取出排放到室内，其值为Q2。根据能量守恒，有 Q2=Q1+W当打开电冰箱的门，两个热源（室内空气和冰箱内空气）联为 一体，称为单一热源。以室内空气为体系其热力学能变化： U=-Q1+Q2=-Q1+（Q1+W）=W上式表示室内空气的热力学能变化等于电源的电功值，因此空 气的温度升高。8. 在 373K和 101.325kPa 下， 1mol 水等温蒸发为水蒸气（假设水蒸气为理想气体）因为此过程中系统的温度不变，所以 U 0，QpCpdT0。这一结论是否正确？为什么？【答】不正确。其一 U 0 的结论是错误的，其理由是基于理想气体的热力学能仅为温度的函数，但是水不是理想气体，所以不成立其二QpCpdT0也是错误的，因为QpCpdT仅适用与纯状态变化，即 p-V-T 变化9. C（石墨）和 H2（ g）的标准燃烧焓