第-二-章--热力学第一定律练习题及解答.doc

第 二 章 热力学第一定律
一、思考题
1、 判断下列说法就是否正确,并简述判断得依据
(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:就是对得。因为状态函数就是状态得单值函数。
(2)状态改变后,状态函数一定都改变。
答:就是错得。因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不就是所有得状态函数都得变。
(3)因为ΔU=QV,ΔH=Qp,所以QV,Qp 就是特定条件下得状态函数? 这种说法对吗？
答:就是错得。DU,DH 本身不就是状态函数,仅就是状态函数得变量,只有在特定条件下与QV,Qp得数值相等,所以QV,Qp不就是状态函数。
(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,必须从外界吸收热量。
答:就是错得。根据热力学第一定律,它不仅说明热力学能(ΔU)、热(Q)与功(W)之间可以转化,有表述了它们转化就是得定量关系,即能量守恒定律。所以功得转化形式不仅有热,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得液体,就是液体得温度上升,这时ΔH=Qp=0
答:就是错得。这虽然就是一个等压过程,而此过程存在机械功,即Wf≠0,所以ΔH≠Qp。
(6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q1,焓变为ΔH1。如将化学反应安排成反应相同得可逆电池,使化学反应与电池反应得始态与终态形同,这时热效应为Q2,焓变为ΔH2,则ΔH1=ΔH2。
答:就是对得。Q就是非状态函数,由于经过得途径不同,则Q值不同,焓(H)就是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过得过程,则两焓变值DH1与DH2相等。
2 、 回答下列问题,并说明原因
(1)可逆热机得效率最高,在其它条件相同得前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火车得速度加快？
答？不能。热机效率就是指从高温热源所吸收得热最大得转换成对环境所做得功。但可逆热机循环一周就是一个缓慢得过程,所需时间就是无限长。又由可推出v无限小。因此用可逆热机牵引火车得做法就是不实际得,不能增加火车得速度,只会降低。
(2)Zn与盐酸发生反应,分别在敞口与密闭容器中进行,哪一种情况放热更多？
答:在密闭容器中进行得反应放热多。在热化学中有Qp = QV+ Δng(RT),而Zn(s)+ H2SO4(aq)= Zn SO4 (aq)+ H2(g)得Δng =1,又因该反应为放热反应Qp 、 QV得值均为负值,所以∣QV∣>∣Qp∣。
(3)在一个导热材料制成得圆筒中装有压缩气体,圆筒中得温度与环境达成平衡。如果突然打开圆筒,就是气体冲出去,当压力与外界相等时,立即盖上筒盖。过一段时间,筒中气体得压力有何变化？
答:筒内压力变化过程:当压缩气体冲出,在绝热可逆过程有,当气体得压力与外界相等时,筒中温度降低。立即盖上筒盖,过一会儿,系统与环境得温度完全相等,筒内温度上升,则压力也升高,即大于环境得标准大气压。
(4)在装有催化剂得合成氨反应室中,N2(g)与H2(g)得物质得量得比为1:3,反应方程式为,N2(g)+ H2(g)N H3(g)。在温度为T1与T2得条件下,实验测定放出得热量分别为Qp(T1)与Qp(T2)、但就是用Kirchhoff定律计算时
计算结果与实验值不符,试解释原因。
答:Δr,ΔrHm实际就是指按所给反应式,进行=1mol反应时得焓变,实验测得得数值就是反应达到平衡时发出得热量,此时<1mol,因此经过计算使用Kirchhoff定律计算得结果与实验不符。
3、 理想气体绝热可逆与绝热不可逆过程得功,都可用公式计算,那两种过程得功就是否一样?
答:不一样。过程不同,终态不相同,即ΔT不一样,因此绝热可逆与绝热不可逆两过程所做功不一样。
4、 请指出所列公式得适用条件:
(1) (2) (3)
答:(1)式适用于不作非膨胀功得等压过程。
(2)式适用于不作非膨胀功得等容过程。
(3)式适用于理想气体不作非膨胀功得等温可逆过程。
5、 用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能与焓得变化值。
第一定律数学表示式为ΔU = Q + W。
(1) 理想气体自由膨胀
(2) van der Waals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、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。
DU = 0 因为温度不变,理想气体得热力学能仅就是温度得函数。
DH = 0 因为温度不变,理想气体得焓也仅就是温度得函数。
(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。
DU > 0 因为从环境所吸得热使系统得热力学能增加。
DH > 0 根据焓得定义式可判断,系统得热力学能增加,焓值也增加。
(3)W < 0 放出得氢气推动活塞,系统克服外压对环境作功。
Q < 0 反应就是放热反应。
DU < 0 系统既放热又对外作功,热力学能下降。
DH < 0 因为这就是不做非膨胀功得等压反应,DH = Qp 。
(4)W = 0 在刚性容器中就是恒容反应,不作膨胀功。
Q = 0 因为用得就是绝热钢瓶
DU = 0 根据热力学第一定律,能量守恒,热力学能不变。
DH > 0 因为就是在绝热刚瓶中发生得放热反应,气体分子数没有减少, 钢瓶内温度升高,压力也增高,根据焓得定义式可判断焓值就是增加得。
(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 水结成冰就是放热过程。
DU < 0 系统既放热又对外作功,热力学能下降。
DH < 0 因为这就是等压相变,DH = Qp 。
6、 在相同得温度与压力下,一定量氢气与氧气从四种不同得途径生成水:(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,保持反应始态与终态都相同,请问这四种变化途径得热力学能与焓得变化值就是否相同?
答:应该相同。因为热力学能与焓就是状态函数,只要始终态相同,无论通过什么途径,其变化值一定相同。这就就是:异途同归,值变相等。
7、 一定量得水,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,一定量得水又回到始态。问历经整个循环,水得热力学能与焓得变化就是多少?
答:水得热力学能与焓得变化值都为零。因为热力学能与焓就是状态函数,不论经过怎样得循环,其值都保持不变。这就就是: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、同压得气就是不可逆过程,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):绕到饱与蒸气压
二、概念题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
选项
D
C
B
A
A
D
C
C
题号
9
1

16
选项
B
B
A
B
C
C
D
B
1、 对于理想气体得热力学能有下述四种理解:
(1)状态一定,热力学能也一定
(2)对应于某一状态得热力学能就是可以直接测定得
(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得数值
(4)状态改变时,热力学能一定跟着改变
其中都正确得就是( )。
(A)(1),(2) (B)(3),(4) (C)(2),(4) (D)(1),(3)
答:(D) 热力学能就是状态得单值函数,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,此时瓶内气体得温度将( )。
(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、 1 mol 373 K、标准压力下得水分别经历:(1)等温、等压可逆蒸发;(2)真空蒸发,
变成373 K、标准压力下得水气。这两个过程中功与热得关系为( )。
(A)W 1< W 2、Q 1> Q 2 (B) W 1< W 2、Q 1< Q 2
(C)W 1= W 2、Q 1= Q 2 (D) W 1> W 2、Q 1< Q 2
答:(A)过程(1)中,系统要对外作功,相变所吸得热较多。
5、 在一个密闭绝热得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, 室内得平均气温将如何变化( )？
(A)升高 (B)降低 (C)不变 (D)不一定
答:(A)对冰箱作得电功全转化为热了。
6、 凡就是在孤立系统中进行得变化,其ΔU与ΔH得值一定就是( )。
(A)ΔU > 0,ΔH > 0 (B)ΔU = 0 ,ΔH = 0
(C)ΔU < 0,ΔH < 0 (D)ΔU = 0,ΔH不确定
答:(D) 热力学能就是能量得一种,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,但它不就是能量,不符合能量守衡定律。例如,在绝热钢瓶里发生一个放热得气相反应,ΔH可能回大于零。
7、 理想气体向真空绝热膨胀后,她得温度将( )。
(A)升高 (B)降低 (C)不变 (D)不一定
答:(C)对于理想气体而言,内能仅仅就是温度得单值函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,因此体系温度不变。
8、 某气体得状态方程pVm= RT+bp(b就是大于零得常数),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pVm= RT+bp可知此实际气体得内能只就是温度得函数,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 = Qp适用于哪个过程( )。
(A)理想气体绝热等外压膨胀 (B)H2O(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得等压过程。
10、 某理想气体得γ =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=,CV =R Cp=R ,这就是双原子分子得特征。
11、 当以5 mol H2气与4 mol Cl2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ξ应就是( )。
(A) 1 mol (B) 2 mol
(C) 4 mol (D) 5 mol
答:(A)反应进度ξ===1 mol
12、 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 + ΔngRT 中得Δn为( )。
(A)生成物与反应物总物质得量之差
(B)生成物与反应物中气相物质得量之差
(C)生成物与反应物中凝聚相物质得量之差
(D)生成物与反应物得总热容差
答:(B)ΔngRT一项来源于Δ(pV)一项,若假定气体就是理想气体,在温度不变时Δ(pV)就等于ΔngRT。
13、 下列等式中正确得就是( )。
(A) (B)
(C) (D)
答:(C)在标准态下,有稳定单质生成1mol物质B产生得热效应为该物质B得摩尔生成焓;在标准态下,1mol物质B完全燃烧产生得热效应为该物质B燃烧焓,故有。
14、 298 K时,石墨得标准摩尔生成焓( ) 。
(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,规定稳定单质得标准摩尔生成焓为零。碳得稳定单质制定为石墨。
15、 石墨(C)与金刚石(C)在 298 K ,标准压力下得标准摩尔燃烧焓分别为-393、4 kJ·mol-1与-395、3 kJ·mol-1,则金刚石得标准摩尔生成焓(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)得标准摩尔燃烧焓就就是二氧化碳得标准摩尔生成焓,为-393、4 kJ·mol-1,金刚石得标准摩尔燃烧焓就就是金刚石(C)燃烧为二氧化碳得摩尔反应焓变,等于二氧化碳得标准摩尔生成焓减去金刚石得标准摩尔生成焓,所以金刚石得标准摩尔生成焓就等于-393、4 kJ·mol-1 – (-395、3 kJ·mol-1)= 1、9 kJ·mol-1 。
16、 某气体得状态方程pVm= RT+bp(b就是大于零得常数),则下列结论正确得就是( )。
(A)其焓H只就是温度T得函数
(B)其热力学能U只就是温度T得函数
(C)其热力学能与焓都只就是温度T得函数
(D)其热力学能与焓不仅与温度T有关,话语气体得体积Vm或压力p有关。
答:由气体状态方程pVm= RT+bp可知此实际气体得内能与压力与体积无关,则此实际气体得内能只就是温度得函数。