第-二-章--热力学第一定律练习题及解答.

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。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QV，Qp 的数值相等，所以QV ， Qp 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

2、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UQW ，它不仅说明热力学能（U）、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W f0，所以HQp。（6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q ，焓变为 H。如将化学反应安排成反应相11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 ，焓变为 H，22则H= H。12答：是对的。Q 是非状态

3、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H1 和H2 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？W答？不能。热机效率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。Qh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PWF v 可推出 vt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

4、。在热化学中有 Q（ RT），而 Zn（ s）+ H2SO4p = Q V+ ng（aq）= Zn SO 4 （ aq）+ H 2（ g）的 ng=1 ，又因该反应为放热反应Qp 、 QV 的值均为负值，所以 QV 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p1T常数 ，当气体的压力与外界相等时，筒中温度降低。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

5、准大气压。（4）在装有催化剂的合成氨反应室中，N 2（ 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 T 2 的条件下，实验测定放出的热量分别为 Qp（ T1）和 Qp（T 2） .但是用 Kirchhoff 定律计算时r H m T2r H m T1T2r Cp dTT1计算结果与实验值不符，试解释原因。答： r H mr H ， 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1mol ，因此经过计算使用Kirchhoff 定律计算的结果与实验不符

6、。3. 理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功， 都可用公式 W CV T 计算，那两种过程的功是否一样 ?答：不一样。过程不同，终态不相同，即T不一样，因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。4. 请指出所列公式的适用条件：（ 1） H Qp（2） U QV（ 3） W nRT ln V1V2答：（ 1）式适用于不作非膨胀功的等压过程。（ 2）式适用于不作非膨胀功的等容过程。（ 3）式适用于理想气体不作非膨胀功的等温可逆过程。5. 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律数学表示式为U=Q+W。（ 1） 理想气体自由膨胀（ 2） van der Waals 气体等

7、温自由膨胀（ 3） Zn（ s） + 2HCl （ l ） = ZnCl 2 + H2 （g）进行非绝热等压反应（ 4） H2（ g） + Cl 2（ g） = 2HCl （ g） 在绝热钢瓶中进行（5） 常温、常压下水结成冰（273.15 K ， 101.325kPa）答：（ 1） W = 0因为自由膨胀外压为零。Q = 0理想气体分子间没有引力。体积增大分子间势能不增加，保持温度不变，不必从环境吸热。U = 0因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。H = 0因为温度不变，理想气体的焓也仅是温度的函数。（2） W = 0因为自由膨胀外压为零。Q0范氐气体分子间有引力。体积增大分子间

8、势能增加，为了保持温度不变，必须从环境吸热。U0因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。H0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。Q0反应是放热反应。U0系统既放热又对外作功，热力学能下降。H0因为这是不做非膨胀功的等压反应，H = Q p 。（4）W = 0在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。Q = 0因为用的是绝热钢瓶U = 0根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。H 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） W0常温、常压下水

9、结成冰，体积变大，系统克服外压对环境作功。Q0水结成冰是放热过程。U0系统既放热又对外作功，热力学能下降。H0因为这是等压相变，H = 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

10、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：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）：绕到饱和蒸气压二、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

11、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）

12、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） W1W 2、Q1W2、Q10，H 0（ B）U = 0，H = 0（ C）U0，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.

13、理想气体向真空绝热膨胀后，他的温度将（）。（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 pV m= 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 H = Q p

14、 适用于哪个过程（）。273K ,100kPa（ A ）理想气体绝热等外压膨胀（ B ）H 2O（ s）H2 O（ 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/CV =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（B ） 1.40= 7 ，CV =5RCp=7R ，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，H

15、2（ g） + Cl （ g） 2HC （g）则反应进度应是（）。(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+ ngn 为（）。RT 中的（ 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 ）n（pV ）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时（ pV ）gRT 一项来源于就等于 nRT。g13. 下列等式中正

16、确的是（）。（ A ）f H m(H 2O，l)=cH m(O 2，g)（ B）f H m (H 2O， g)=c H m(O2，g)（ C）f H m (H 2O，l)=cH m(H 2，g)（ D）f H m (H 2O， g)=c H m(H 2，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焓；在标准态下，1mol物质B 完全燃烧产生的热效应为该物质BB 的摩尔生成燃烧焓，故有f H m(H 2 O，l)=c H m(H 2，g) 。14. 298 K时，石墨的标准摩尔生成焓f H m（） 。（ A ）大于零（B ）小于零（ C）等于零（ D）不能确

17、定答：（ C）根据标准摩尔生成焓定义，规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。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 mol -1，则金刚石的标准摩尔生成焓f H m （金刚石 , 298 K ）为（）。（A ） -393.4 kJ mol -1（ B ） -395.3 kJ mol -1（ C） -1.9 kJ mol-1（ 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-393.4 kJ 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，