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AU=Q,AH=Q,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。AU,川本身不是状态函数，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，所以一个系统如要对外做功，必须从外界吸

2、收热量。答：是错的。根据热力学第一定律AU=Q+W,它不仅说明热力学能(AU)、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AH=Q=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产Q所以AHwQ。(6)某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Qi,焰变为AHio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Q2,始变为AH2,则AH1=AH2。答：是又的。Q是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q

3、值不同，始(H)是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两烙变值AHi和阴2相等。2 .回答下歹I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W=-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P=W=FMV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。在热化学中有Qp=Qv+(RT),

4、而Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)的电=1,又因该反应为放热反应Qp、Qv的值均为负值，所以IQvI>IQpIo(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，在绝热可逆过程有式比¥=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，即大于环境的标准大气压。(4)在装有催化剂的合成氨反应室中，N2(g)与H2(g

5、)的物质的量的比为1:3,反应方程式为，N2(g)+H2(g)rrNH3(g)。在温度为和T2的条件下，实验测定放出的热量分别为Qp(Ti)和Qp(T2).但是用Kirchhoff定律计算时T2rHm(T2)=AHm(T广ArCpdTT1计算结果与实验值不符，试解释原因。答：4H=&H,4Hm实际是指按所给反应式，进行A£=1mol反应时的燃变，实验测得m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。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=CvT计算，那两种过程的功是否一样？答：不一样。过

6、程不同，终态不相同，即AT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) AH=Qp(2)AU=QV(3)W=nRTlnV1(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、热力学能和燃的变化值。第一定律数学表示式为AU=Q+Wo(1)理想气体自由膨胀(2) vanderWaals气体等温自由膨胀(3) Zn(s)+2HCl(l)=ZnCl2+H2(g)进行非绝热等压反应(4) H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在绝热钢瓶中进行(5) 常温、常压下水结成冰(273.1

7、5K,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。UJ=0因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。阴=0因为温度不变，理想气体的焰也仅是温度的函数。(2) W=0因为自由膨胀外压为零。Q>0范氐气体分子间有引力。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。%>0因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。4>0根据始的定义式可判断，系统的热力学能增加，始值也增加。(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。4&

8、lt;0系统既放热又对外作功，热力学能下降。型<0因为这是不做非膨胀功的等压反应，AH=Qp。(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忱=0根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。曲>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，根据始的定义式可判断始值是增加的。(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。加<0系统既放热又对外作功，热力学能下降。川<0因为这是等压相变，川=Qp。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

9、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始的变化值是否相同？答：应该相同。因为热力学能和烙是状态函数，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，水的热力学能和始的变化是多少？答：水的热力学能和燃的变化值都为零。因为热力学能和始是状态函数，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. 298K,10

10、1.3kPa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。IJO5298K.10L3kPGH2OU.373KJ0l.3kPa)答：可逆过程（1）：绕到沸点II2O（298KJ01.3kPa）,I力101-3kPu）或可逆过程（2）:绕到饱和蒸气压Jrl2()(/t29WK,lO1.3kPa)aH2O0fF298KJOI3kPa)、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

11、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）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

12、 .1mol373K、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373K、标准压力下的水气。这两个过程中功和热的关系为（）。（A）W1<W2、Q1>Q2（B）W1<W2、Q1<Q2（C）W1=W2、Q1=Q2（D）W1>W2、Q1<Q2答：（A）过程（1）中，系统要对外作功，相变所吸的热较多。5 .在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使其工作，过一段时间之后，室内的平均气温将如何变化（）？（A）升高（B）降低（C）不变（D）不一定答：（A）对冰箱作的电功全转化为热了。6 .凡是在孤立系统中进行的变化，其A

13、U和AH的值一定是（）。（A）AU>0,AH>0（B）AU=0,AH=0（C）AU<0,AH<0（D）AU=0,AH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。而始虽然有能量单位，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，AH可能回大于零。7 .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pVm=RT+bp(b是大于零的常数)，此气体向

14、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pVm=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iH=Qp适用于哪个过程()。27X,10CkPa(A)理想气体绝热等外压膨胀(B)H2O(s)二二二-H2O(1)(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t=Cp/Cv=1.40,则该气体为几原子分子()？(A)单

15、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5molH2气与4molCl2气混合，最后生成2molHCl气。若以下式为基本单元，H2(g)+Cl(g)-2HC(g)则反应进度E应是()。(A)1mol(B)2mol(C) 4mol(D)5mol答：(A)反应进度=n=2mol=1molv212 .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+小gRT中的"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

16、凝聚相物质的量之差(D)生成物与反应物的总热容差答：(B)AigRT一项来源于A(pV)一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时A(pV)就等于AigRTo13 .下列等式中正确的是(A)AfH(H2O,l)=AcHm(O2,g)(B)AfHm(H2O,g)=AcHm(O2,g)(C)AH3H2O,l)=AcH*(H2,g)(D)&Hm(H2。，gF&HH?,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的摩尔生成崎；在标准态下，1mol物质B完全燃烧产生的热效应为该物质B燃烧燃，故有4H(H2O,l)=AHf(H2,g)。14 .298K时，石墨

17、的标准摩尔生成始4Hm()。(A)大于零(B)小于零(C)等于零(D)不能确定答：(C)根据标准摩尔生成烙定义，规定稳定单质的标准摩尔生成始为零。碳的稳定单质制定为石墨。115 .石墨(C)和金刚石(C)在298K,标准压力下的标准摩尔燃烧烙分别为-393.4kJmol和-395.3kJmol-1,则金刚石的标准摩尔生成烙以屈(金刚石,298K)为()。(A)-393.4kJmol-1(B)-395.3kJmol-1(C)-1.9kJmol-1(D)1.9kJmol-1答：(D)石墨(C)的标准摩尔燃烧始就是二氧化碳的标准摩尔生成崎，为-393.4kJmol-1,金刚石的标准摩尔燃烧始就是金刚石(C)燃烧为二氧化碳的摩尔反应始