热力学习题册.doc

热力学习题册热力学习题册小肥羊221-26热力学第一定律27-48热力学第二定律49-67多组分体系68-87相平衡热力学第一定律填空题1. 在以绝热箱中置一绝热隔板，将向分成两部分，分别装有温度，压力都不同的两种气体，将隔板抽走室气体混合，若以气体为系统，则此过程 。=、=、=2. 某均相化学反应 在恒压，绝热非体积功为零的条件下进行，系统的温度由 升高到 则此过程的 ；如果此反应是在恒温，恒压，不作非体积功的条件下进行，则 。 =、 W2 B.W10 B.U0,H0 C. U=0, HT2,V2T2,V2V2 D.T2V217. 某系统经历一不可逆循环过程之后,下列关系式中不能成立的是( ) A.Q=0 B.Cp=0C.U=0 D.T=018.当系统将热量传递给环境之后,其焓值( ) A.必定减少 B.必定增加C.必定不变 D.不一定改变19.分子数增加的放热化学反应在一绝热钢瓶中进行,则( ) A.Q0,W0,U0 B.Q=0,W0,U0C.Q=0,W=0,U=0 D.Q0,U=020.实际气体经节流膨胀后,下列那一组结论是正确的( ) A.Q0,H=0,p0 B.Q=0,H=0,T0C.Q=0,H0,p0 D.Q=0,H=0, p0 （1） 绝热可逆膨胀过程 S=nCv，m 11（T2/T1）+nR11（V2/V1）=0 物质的量一定，一切绝热可逆的S皆为零，若按上式计算的结果S0，如果不是计算有误，就是题给数据有误。 （2） 反抗恒外压绝热膨胀，一定是不可逆绝热过程 T1T2 V1 Q=0 p2=p（外） 首先根据U=nCv,m11（T2/T1）=-p2（V2-V1）求出始态温度T2，再由下式计算熵变： S=nCv,m11（T/T）+nR11（p2/p2）0 （3） 恒外压绝热压缩也是不可逆绝热过程，计算方法同（2） S=nCv,m11（T2/T1）+nR11（T2/T1）0绝热不可逆压缩时，因体积变小（V2S（V） 所以必然存在S=S（T）+S（V）0 5在什么条件下，下列等式才能成立？Q=-W=-A=G=TS 式中W为体积功。 答：由Q=-W说明过程的（pV）=0。由上述分析可知，只有物质的量一定的理想气体，进行可逆恒温过程，题给等式成立。 6系统的状态改变是否状态函数全要改变？为什么？如何理解“状态函数是状态的单值函数”？答：系统的状态改变了说明至少有一个状态发生了改变，不一定所有状态函数都改变。“状态函数是状态的单值函数”是指状态确定时，每个状态函数均有一个确定的值，不可能有另外的值。 7“物质的温度越高，则热量越多”这种说法是否正确？为什么？答：不正确。热是过程函数，只有系统状态发生变化时才存在。 8某气体始态压力为1MPa，反抗恒定外压100kPa膨胀，则Q=H，是否正确？为什么？答：不正确，该过程是恒外压而不是恒压过程。9. 在100，101.325KPa时,将水蒸发为水蒸气(可视为理想气体),因为dT=0,所以U=0,H=0,又 因为QP=H,所以Q=0。这个结论错在哪里?答:该过程含有相变化，所以dT=0时Q0，H0。 101mol理想气体恒温条件下由体积V1膨胀到V2（V2V1），试讨论该过程最多能对外做多大功？最少对外做多大功？两过程的终态是否相同？答：可逆过程对外做功最多：-W=nR11（V2/V1），向真空膨胀对外做功最少，-W=0，两过程终态相同。计算题1100，50.663KPa的水蒸气100dm3,等温可逆压缩至101.325KPa,并在101.325KPa下压缩到10dm3为止.试计算此过程的Q,W,U,H。已知100,101.325KPa,水的蒸发热4.06104Jmol-1。若使终态物系恒温100，反抗50.663KPa,外压,使其恢复到始态,求此过程中的Q,W,U,H。若使终态物系恒温100向真空蒸发，并使其恢复至始态，求Q，W，U，H。 2.理想气体在恒外压下做绝热膨胀至终态压力等于外压。求什么外压条件下终态的温度降得最低，写出表达式；求什么外压条件下气体对外做功W最大，写出W的极限值。3.现有三种不同液体A,B,C,温度为50,40,30。在相同压力条件下，若将A与B混合终态温度为44，若将A与C混合终态温度为38，求将B与C混合终态温度为多少？（设混合过程热损失为零）4. 水在180下的饱和蒸气压为1000.2KPa。试求生产180饱和蒸气的锅炉中注入水温为20时，每生产1Kg饱和蒸气所需的热。水的平均摩尔热容为 水蒸气的摩尔热容为CP，m（H2O，g）=29.16+14.4910-3(T/K)-2.02210-6(T/K)2J/Kmol,vapHm(100)=40.6KJ/mol。 51molH2与过量50的空气混合物的始态为25，101.325KPa,若该混合气体于恒容器中发生爆炸,设所有气体均知25时fH =-241.82KJ/mol, 。 6. 分别计算(1)将1mol理想气体从p1=101.325kPa，V1=22.4dm3无摩擦且缓慢压缩到p2=1013.25kPa,V2=22.4dm3;(2)将1mol范德华气体从p1=101.325kPa,V1=22.4dm3无摩擦且缓慢压缩到p2=40530kPa,V2=0.0685dm3时,各需引出多少热量才能保证过程的温度在273K?(已知a=2.28Pam6mol-2,b=4.310-5m3mol-1),对于范德化气体,( )。 解题思路:本题中Q无法直接进行计算。当Q,W或U不能直接进行计算时，应当想到热力学第一定律：U=Q+W。设需引入Q的热量才能保证过程恒温在273K，则Q=U-W。本题中无摩擦缓慢压缩即可逆过程。 71mol理想气体由1013.25kPa,5dm3,609K恒外压101.325kPa绝热膨胀至压力等于外压，求终态的温度（已知CV,m= ）。 解题思路：恒外压绝热膨胀过程不是可逆过程（这是一个常见过程），因此，不能应用理想气体的可逆绝热过程方程来求终态的温度。本题可应用热力学第一定律列方程，解未知数，从而求得终态温度。 8有一系统如图1-3所示，绝热条件下抽去搁板使两气体混合。试求混合过程的Q，W，U，H（设O2和N2均为理想气体）。 解题思路：气体的混合过程情况比较复杂，为了简化问题，可将两种气体合起来选作系统。 解：混合过程表示如图所示 取两种气体为系统，因为绝热，所以 Q=0 。又因系统的体积不变，所以 W=0 。由热力学第一定律得 U=Q+W=0+0=0 。 9.一绝热圆筒被一铜质隔板分成A，B两室（图1-5），两室中各有2mol单原子理想气体（ )至平衡，求A，B两室的终温T2。 解题思路：解法一：对于A，B两室，T2（A）=T2（B），QA=-QB，运用热力学第一定律列方程；解未知数。 11.已知CO2(g)的焦耳-汤姆逊系数 -5KPa-1, ,求25时,将由101.325kPa等温压缩到1013.25kPa时的H。 12（1）1g水在100，101.325kPa下蒸发为水蒸气，吸热2259J，求此过程的Q，W，U和H。 (2)始态同上,当外压恒为50.6625kPa时将水等温蒸发,然后将此50.6625kPa,100的1g水蒸气缓慢加压变为100,101.325kPa的水蒸气,求此过程总的Q,W,U和H。(3)始态同上,将水恒温真空蒸发成为100,101.325kPa的水蒸气,求此过程的Q,W,U,H 解题思路:Q,W是途径函数,要依实际途径进行计算。U，H是状态函数的增量，只与始终态有关，而与途径无关。 131mol单原子理想气体，始态为 ，经 T=常数的可逆过程压缩到终态为 ，求：（1）终态的体积和温度。（2）此过程的 和 。（3）系统所做的功。解题思路：本题应用理想气体状态方程 V=RT求终态度的体积和温度时条件不够。根据已知条件，应用题给过程方程 T=常数，列方程解未知数，先求的T2和V2，然后再进行有关量的计算。 14已知时： - -1；水及乙醇的摩尔蒸发热 分别为44.01及 -1； 及 的标准摩尔生成焓分别为52.26,-241.82及-393.51KJ/mol。试求下列反应： 在25时的标准生成焓。 15始态温度为273K，压力为106Pa，体积为10dm3的氦气经下列各种途径膨胀至终态压力为105Pa，请分别求算各途径的Q,W,U,H（假设氦气为理想气体）。 （2）恒温抗恒外压力10Pa膨胀；（3）恒温可逆膨胀；（4）绝热可逆膨胀； （5）绝热抗恒外压力105Pa膨胀。评注：比较上述结果不难看出，在(1),(2),(3)中U和H却与之不同，这与状态函数的改变量与途径无关的性质是否矛盾？结论是不矛盾。因为状态函数的改变量与途径无关的前提是始，末态一定，过程(1),(2),(3)相同，终态压力也相同，但终态温度不同，说明终态不同，故U和H值也就不同。 16（1） 水在373K, 下全部蒸发为水蒸气，求该过程的W,Q,U,H。已知水的气化热为 ； （2）若是 的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，结果如何？（水蒸气可视为理想气体）解：（1）相变在恒温，恒压下进行，且只做体积功。评注：所谓相变热是指恒温恒压，只做体积功的条件下，相变过程的热效应，即H值。防止忽略条件，将相变热简单理解为相变过程的热效应。如(2)中，不符合上述条件的相变过程热效应不等于相变热，后者是状态函数改变量，仅与始，终态有关，而前者不是状态函数改变量，与变化途径有关。 17装置如图1-2所示，始态时绝热理想活塞两侧容积各为20dm3,均充满298K,105Pa的双原子分子理想气体，对左侧气室缓慢加热，直至左市气体压力为2.0105PaPa 。请分别以左室气体，右室气体和所有气体为系统，求此过程的Q,W,U,H。 18已知冰在百忙之中273.2K及101.325kPa值时的融化热是6.002kJ/mol,水在373.2K及101.325kPa时的蒸发热为40.59kJ/mol,在273.2-373.2K之间水的平均摩尔恒压热容为75.3JK-1mol-1,今在101.325kPa,将1mol冰(273.2K)变为373.2K的水蒸气,求U和H为多少? 19.(1)在25, 下,1molZn 溶于稀盐酸时放热151.5 ,析出1molH2(g) 。求反应系统的Q,W,H。（2）在25, 下用2.2V直流电使1molH2O 电解变成的H2和O2,放热139KJ,求,Q,W,U,H和 。 20求反应 的1000K时的反应热。已知298K时, 和的生成热分别为-285.8KJ/mol，-110.5kJ/mol，-393.5kJ/mol；的燃烧热为-890.4k/mol；水的汽华热为44.02kJ/mol;CH4(g)，H2O(g)，CO(g)和H2(g)的恒压热容分别为35.7,33.6,29.1,28.8J/Kmol（假设均可当做常数）。热力学第二定律习题一、填空题1. 在以绝热箱中置一绝热隔板，将向分成两部分，分别装有温度，压力都不同的两种气体，将隔板抽走室气体混合，若以气体为系统，则此过程 。=、=、=2. 某均相化学反应 在恒压，绝热非体积功为零的条件下进行，系统的温度由 升高到 则此过程的 ；如果此反应是在恒温，恒压，不作非体积功的条件下进行，则 。=、 W2 B.W10 B.U0,H0 C. U=0, HT2,V2T2,V2V2 D.T2V217. 某系统经历一不可逆循环过程之后,下列关系式中不能成立的是( ) A.Q=0 B.Cp=0C.U=0 D.T=018. 当系统将热量传递给环境之后,其焓值( )A.必定减少B.必定增加C.必定不变D.不一定改变19. 分子数增加的放热化学反应在一绝热钢瓶中进行,则( )A. Q0,W0,U0 B.Q=0,W0,U0C.Q=0,W=0,U=0 D.Q0,U=020. 实际气体经节流膨胀后,下列那一组结论是正确的( ) A.Q0,H=0,p0 B.Q=0,H=0,T0 C.Q=0,H0,p0 D.Q=0,H=0, p0（1） 绝热可逆膨胀过程S=nCv，m 11（T2/T1）+nR11（V2/V1）=0物质的量一定，一切绝热可逆的S皆为零，若按上式计算的结果S0，如果不是计算有误，就是题给数据有误。（2） 反抗恒外压绝热膨胀，一定是不可逆绝热过程T1T2V1 Q=0 p2=p（外）首先根据U=nCv,m11（T2/T1）=-p2（V2-V1）求出始态温度T2，再由下式计算熵变： S=nCv,m11（T/T）+nR11（p2/p2）0（3） 恒外压绝热压缩也是不可逆绝热过程，计算方法同（2） S=nCv,m11（T2/T1）+nR11（T2/T1）0绝热不可逆压缩时，因体积变小（V2S（V）所以必然存在S=S（T）+S（V）0 5 在什么条件下，下列等式才能成立？ Q=-W=-A=G=TS 式中W为体积功。答：由Q=-W说明过程的（pV）=0。由上述分析可知，只有物质的量一定的理想气体，进行可逆恒温过程，题给等式成立。6系统的状态改变是否状态函数全要改变？为什么？如何理解“状态函数是状态的单值函数”？答：系统的状态改变了说明至少有一个状态发生了改变，不一定所有状态函数都改变。“状态函数是状态的单值函数”是指状态确定时，每个状态函数均有一个确定的值，不可能有另外的值。7 “物质的温度越高，则热量越多”这种说法是否正确？为什么？答：不正确。热是过程函数，只有系统状态发生变化时才存在。8 某气体始态压力为1MPa，反抗恒定外压100kPa膨胀，则Q=H，是否正确？为什么？答：不正确，该过程是恒外压而不是恒压过程。9. 在100，101.325KPa时,将水蒸发为水蒸气(可视为理想气体),因为dT=0,所以U=0,H=0,又 因为QP=H,所以Q=0。这个结论错在哪里?答:该过程含有相变化，所以dT=0时Q0，H0。101mol理想气体恒温条件下由体积V1膨胀到V2（V2V1），试讨论该过程最多能对外做多大功？最少对外做多大功？两过程的终态是否相同？答：可逆过程对外做功最多：-W=nR11（V2/V1），向真空膨胀对外做功最少，-W=0，两过程终态相同。计算题1100，50.663KPa的水蒸气100dm3,等温可逆压缩至101.325KPa,并在101.325KPa下压缩到10dm3为止. 试计算此过程的Q,W,U,H。已知100,101.325KPa,水的蒸发热4.06104Jmol-1。 若使终态物系恒温100，反抗50.663KPa,外压,使其恢复到始态,求此过程中的Q,W,U,H。 若使终态物系恒温100向真空蒸发，并使其恢复至始态，求Q，W，U，H。2. 理想气体在恒外压下做绝热膨胀至终态压力等于外压。求什么外压条件下终态的温度降得最低，写出表达式；求什么外压条件下气体对外做功W最大，写出W的极限值.3. 现有三种不同液体A,B,C,温度为50,40,30。在相同压力条件下，若将A与B混合终态温度为44，若将A与C混合终态温度为38，求将B与C混合终态温度为多少？（设混合过程热损失为零）4. 水在180下的饱和蒸气压为1000.2KPa。试求生产180饱和蒸气的锅炉中注入水温为20时，每生产1Kg饱和蒸气所需的热。水的平均摩尔热容为 水蒸气的摩尔热容为CP，m（H2O，g）=29.16+14.4910-3(T/K)-2.02210-6(T/K)2J/Kmol,vapHm(100)=40.6KJ/mol51molH2与过量50的空气混合物的始态为25，101.325KPa,若该混合气体于恒容器中发生爆炸,设所有气体均知25时fH =-241.82KJ/mol, 。 6. 分别计算(1)将1mol理想气体从p1=101.325kPa，V1=22.4dm3无摩擦且缓慢压缩到p2=1013.25kPa,V2=22.4dm3;(2)将1mol范德华气体从p1=101.325kPa,V1=22.4dm3无摩擦且缓慢压缩到p2=40530kPa,V2=0.0685dm3时,各需引出多少热量才能保证过程的温度在273K?(已知a=2.28Pam6mol-2,b=4.310-5m3mol-1),对于范德化气体,( )。解题思路:本题中Q无法直接进行计算。当Q,W或U不能直接进行计算时，应当想到热力学第一定律：U=Q+W。设需引入Q的热量才能保证过程恒温在273K，则Q=U-W。本题中无摩擦缓慢压缩即可逆过程。71mol理想气体由1013.25kPa,5dm3,609K恒外压101.325kPa绝热膨胀至压力等于外压，求终态的温度（已知CV,m= ）。解题思路：恒外压绝热膨胀过程不是可逆过程（这是一个常见过程），因此，不能应用理想气体的可逆绝热过程方程来求终态的温度。本题可应用热力学第一定律列方程，解未知数，从而求得终态温度。 8 有一系统如图1-3所示，绝热条件下抽去搁板使两气体混合。试求混合过程的Q，W，U，H（设O2和N2均为理想气体）。解题思路：气体的混合过程情况比较复杂，为了简化问题，可将两种气体合起来选作系统。解：混合过程表示如图所示取两种气体为系统，因为绝热，所以 Q=0 。又因系统的体积不变，所以 W=0 。由热力学第一定律得 U=Q+W=0+0=0 。 9. 一绝热圆筒被一铜质隔板分成A，B两室（图1-5），两室中各有2mol单原子理想气体（ )至平衡，求A，B两室的终温T2。解题思路：解法一：对于A，B两室，T2（A）=T2（B），QA=-QB，运用热力学第一定律列方程；解未知数。 11. 已知CO2(g)的焦耳-汤姆逊系数 -5KPa-1, ,求25时,将由101.325kPa等温压缩到1013.25kPa时的H。 12 （1）1g水在100，101.325kPa下蒸发为水蒸气，吸热2259J，求此过程的Q，W，U和H。(2)始态同上,当外压恒为50.6625kPa时将水等温蒸发,然后将此50.6625kPa,100的1g水蒸气缓慢加压变为100,101.325kPa的水蒸气,求此过程总的Q,W,U和H。(3)始态同上,将水恒温真空蒸发成为100,101.325kPa的水蒸气,求此过程的Q,W,U,H 解题思路:Q,W是途径函数,要依实际途径进行计算。U，H是状态函数的增量，只与始终态有关，而与途径无关。 131mol单原子理想气体，始态为 ，经 T=常数的可逆过程压缩到终态为 ，求：（1）终态的体积和温度。（2）此过程的 和 。（3）系统所做的功。解题思路：本题应用理想气体状态方程