热力学第一定律思考题

1、思考题可逆过程有哪些特点？ 答：可逆过程应具备如下特点：状态变化时推动力与阻力相差无限小，系统与环境始终无限接近于平衡态；可逆过程是无限缓慢进行的，要可逆地实现一个有限的过程，需要无限长的时间；过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；系统变化一个循环后，系统和环境均恢复原态，变化过程中 无任何耗散效应；02等温可逆过程中，系统对环境作最大功，环境对系统作最小功。02判断下列八个过程中，哪些是可逆过程？用摩擦的方法生电房间内一杯水蒸发为水蒸气水在沸点时变成同温、同压的蒸气用干电池使灯泡发光对消法测电动势在等温等压下混合N2 (g)和O2 (g)恒温下将1mol水倾入大量溶液中，溶液浓度

2、未变水在冰点时变成同温、同压的冰 答：只有(3)、(5)、(8)是可逆过程，其余为不可逆过程状态固定后状态函数都固定，反之亦然，这说法对吗?答：对，因为状态函数是状态的单值函数。状态改变后，状态函数一定都改变?答：不对，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。因为AUnQ/ ADH=Q，所以Q、Q是特定条件下的状态函数。答：不对。职，AH本身仅是状态函数的改变量，在特定条件下与QV，Qp的数值相等，所以QV、Qp不是状态函数， 也不是状态函数的改变量。0 气缸内有一定量理想气体，反抗一定外压作绝热膨胀，则=DH=Qp = 0，对不对?答：不对。这是一个等外压过程，而不是

3、等压过程，所以?H不等于Qp。绝热膨胀时Q = 0，而不是Qp = 0。在等压下用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升高，这时液体的 DH = Q ?07|在等压下用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升高，这时液体的 DH = Q ?不对，因为有机械功，WfN0，所以AHNQp。08理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式w=Cvat计算，那两种过程的功是否一样?08答：当然不一样，因为从同一始态出发，绝热可逆过程与绝热不可逆过程不可能到达同一终态，at不可能相同，所以 做的功也就不同。09可逆热机效率最高，那将可逆热机去开火车一定很快吗?09答：不，可逆过程是无限缓慢的，要可逆地实现一个有限的过

4、程，需要无限长的时间，故可逆热机没有实用价值。实际 过程中用的都是不可逆热机，不可逆热机的效率很低。10在合成氨3H +N =2NH反应中，实验测得T和T温度下的热效应为AH和AH，但用基尔霍夫定律计算所得的热效 223121210应却与实验值不符，为什么？ 答：因为基尔霍夫定律计算的是反应进度为1 mol时的热效应，而实验测的是反应达平衡时的热效应，两者发生反应物11质的量不同，所以热效应也不同。11在一个绝热真空箱上刺一个小洞，让空气很快进入，当两边压力相等时，两边温度是否相同？如不同，是不是与 焦耳实验矛盾了？答：不同，内部温度比外面高。这与焦耳实验不矛盾，因为两个实验所取的系统及其占有

5、的体积不同。在焦耳实验中， 系统是全部气体，体积是两个球的空间，系统与环境没有功的交换，故最终系统温度不变。本实验中，系统是冲入箱 内的气体，体积是这些气体原来占有的体积和真空箱的体积。气体冲入瓶内，体积缩小，环境对系统作了功，故系统温 度升高。12水蒸气的生成焓等于氢气的燃烧焓还是氧气的燃烧焓?12答：该题目本身就有错误：氧气是助燃剂，本身无燃烧焓。按照定义，氢气燃烧的最终产物是水而不是水蒸气。所以，水蒸气的生成焓应该等于液态水的生成焓加上水的气化焓， 即氢气的燃烧焓加上水的气化焓。13使用基尔霍夫定律计算公式应满足什么条件?13答：(1)按反应计量方程式，反应进度为1 mol。参加反应物质

6、的种类和相态在该温度区间内不发生变化。如果有相态变化，则积分不连续，要分步计算。请指出所列公式的适用条件：H = U + pV (2) AH = Q p14AU = Qv14AH = C dTW = - nRTln(V /V )21W = - pAV答：热力学中公式较多，但都有适用条件，不能随便使用，否则会导致错误结论。上述所列公式只适用于封闭系统和热 力学平衡态。(1) H=U+pV是定义式，适用于任何处于热力学平衡态的封闭系统。(2)适用于不作非膨胀功的等压过程。适用于不作非膨胀功的等容过程。(4)适用于不作非膨胀功、状态连续变化的等压过程。(5)适用于不作非膨胀功、 理想气体的等温可逆过

7、程。(6 )适用于不作非膨胀功的等外压过程。15:等压Zn+2HC1715:等压Zn+2HC17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。van der Waals气体等温自由膨胀。Zn(s)+ 2HCl(l)= ZnCl2 + H2(g)进行非绝热等压反应。H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g)在绝热钢瓶中进行。H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g)在非绝热钢瓶中进行。理想气体经Joule-Thomson节流实验。273.15K、标准压力下水结成冰。氢气和氧气在绝热钢瓶中爆鸣生成水，电火花能量不计。答：W= 0，因为自由膨胀外压为零。Q 0，van der Waa

8、ls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。八0，因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。，根据焓的定义式可判断焓值是增 加的。答：W 0，放出的氢气推动活塞，系统反抗外压对环境做功。Q 0，反应是放热反应。AU0，系统既放热又对外 做功，热力学能下降。DH0，因为是在绝热钢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。答：W=0，刚性容器中的反应是恒容反应，膨胀功为零。Q 0，该反应是放热反应，而钢瓶又不绝热。AU0，系 统放热后热力学能下降。AH0，反应前后气体分子数相同，AH= AU。答：AH = 0，节流过程是一个等焓过程。AU

9、= 0，理想气体的分子间无作用力，节流膨胀后温度不变，而理想气体的 热力学能只是温度的函数，所以热力学能不变。Q = 0，节流过程是在绝热管中进行的。W = 0，根据热力学第一定律， 因为Q，AU都等于零，所以W也等于零。答：W 0，水结成冰，体积增大，系统对外做功。Q 0，水结冰的过程是放热过程，放出凝聚热。AU 0，系统既 放热又对外做功，热力学能下降。AH 0，焓变等于相变热，水结冰是放热的。答：W = 0，在刚性容器中是恒容反应，膨胀功为零。Q = 0，因为是绝热容器。AU = 0，根据能量守恒定律，因为功、 热都等于零，所以热力学能保持不变。AH 总结不同过程中W、Q、DU和DH的计算。第一定律为DU = Q + W，设不作非膨胀功。(1)理想气体自由膨胀，19理想气体等温可逆，理想