第二章 熱力學(xué)第一定律.doc

第二章 熱力學(xué)第一定律思考題 1 設(shè)有一電爐絲浸于水中,接上電源，通過電流一段時間。如果按下列幾種情況作為系統(tǒng)，試問U，Q，W為正為負(fù)還是為零? (1)以電爐絲為系統(tǒng)； (2)以電爐絲和水為系統(tǒng)； (3)以電爐絲、水、電源及其它一切有影響的部分為系統(tǒng)。 2 設(shè)有一裝置如圖所示，(1)將隔板抽去以后，以空氣為系統(tǒng)時，U，Q，W為正為負(fù)還是為零?(2)如右方小室亦有空氣，不過壓力較左方小，將隔板抽去以后，以所有空氣為系統(tǒng)時，U，Q，W為正為負(fù)還是為零？作業(yè)題 1 (1)如果一系統(tǒng)從環(huán)境接受了160J的功，內(nèi)能增加了200J，試問系統(tǒng)將吸收或是放出多少熱?(2)一系統(tǒng)在膨脹過程中，對環(huán)境做了10 540J的功，同時吸收了27 110J的熱，試問系統(tǒng)的內(nèi)能變化為若干？ 答案：(1) 吸收40J；(2) 16 570J2 在一禮堂中有950人在開會，每個人平均每小時向周圍散發(fā)出42xl05J的熱量，如果以禮堂中的空氣和椅子等為系統(tǒng)，則在開會時的開始20分鐘內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)能增加了多少?如果以禮堂中的空氣、人和其它所有的東西為系統(tǒng)，則其U? 答案：1.3l08J;0 3一蓄電池其端電壓為12V，在輸出電流為10A下工作2小時，這時蓄電池的內(nèi)能減少了1 265 000J，試求算此過程中蓄電池將吸收還是放出多少熱？ 答案：放熱401000J 4 體積為4.10dm3的理想氣體作定溫膨脹，其壓力從106Pa降低到105Pa,計算此過程所能作出的最大功為若干? 答案：9441J 5 在25下，將50gN2作定溫可逆壓縮，從105Pa壓級到2106Pa，試計算此過程的功。如果被壓縮了的氣體反抗恒定外壓105Pa作定溫膨脹到原來的狀態(tài)，問此膨脹過程的功又為若干？ 答案：1.33104J；4.20103J 6 計算1mol理想氣體在下列四個過程中所作的體積功。已知始態(tài)體積為25dm3終態(tài)體積為100dm3；始態(tài)及終態(tài)溫度均為100。 (1)向真空膨脹； (2)在外壓恒定為氣體終態(tài)的壓力下膨脹； (3)先在外壓恒定為體積等于50dm3時氣體的平衡壓力下膨脹，當(dāng)膨脹到50dm3(此時溫度仍為100)以后，再在外壓等于100 dm3時氣體的平衡壓力下膨脹； (4)定溫可逆膨脹。 試比較這四個過程的功。比較的結(jié)果說明了什么問題？ 答案：0；2326J；310l J；4299J 習(xí)題10 試證明對遵守范德華方程的1mol實際氣體來說，其定溫可逆膨脹所作的功可用下式求算。(范德華方程為） 習(xí)題11 假設(shè)CO2遵守范德華方程，試求算1mol CO2在27時由10dm3定溫可逆壓縮到1dm3所作的功。(所需范德華常數(shù)自己查表)。 答案：5 514J 習(xí)題12 1mol液體水在100和標(biāo)準(zhǔn)壓力下蒸發(fā)，試計算此過程的體積功。 (1)已知在100和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，水蒸氣的比體積(體積除以質(zhì)量)為1 677cm3g-1，水的比體積為1.043cm3g-1。 (2)假設(shè)水的體積比之蒸氣的體積可略去不計，蒸氣作為理想氣體。 比較兩者所得的結(jié)果，說明(2)的省略是否合理。 答案：3.057103J；3.101103J 習(xí)題13 已知在0和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，冰的密度為0.917gcm-3，水的密度為1.000gcm-3。試計算在0及標(biāo)準(zhǔn)壓力下，1mol冰熔化成水所需之功。(要注意本題所需之功比之上題的涉及有蒸氣的相變化的功是很小的) 答案：-0.165J 習(xí)題14 在373K和標(biāo)推壓力下，水的蒸發(fā)熱為4.067104Jmol-1，1mol液態(tài)水體積為18.08cm3，蒸氣則為30 200cm3。試計算在該條件下1mol水蒸發(fā)成氣的U和H。 答案：3.761104J；4.067104J 習(xí)題15 一理想氣體在保持定壓105Pa下，從10dm3膨脹到16dm3，同時吸熱1 255J，計算此過程的U和H。 答案：655J；1 255J 習(xí)題16 假設(shè)N2為理想氣體。在0和5105Pa下，用2dm3N2作定溫膨脹到壓力為105Pa。 (1)如果是可逆膨脹； (2)如果膨脹是在外壓恒定為105Pa的條件下進(jìn)行。試計算此兩過程的Q、W、U和H。 答案：(1)1 609J；0；(2)800 J；0 習(xí)題17 試由及證明理想氣體的及。 習(xí)題18 有3mol雙原子分子理想氣體由25加熱列150，試計算此過程的U和H。 答案：7.79103J；1.09104J 習(xí)題19 有1mol單原子分子理想氣體在0，105Pa時經(jīng)一變化過程，體積增大一倍，H2 092J，Q=1 674J。(1)試求算終態(tài)的溫度、壓力及此過程的U和W；(2)如果該氣體經(jīng)定溫和定容兩步可逆過程到達(dá)上述終態(tài)，試計算Q、W、U和H。答案：(1)373.7K，6.84104 Pa，1255J，419J， (2)2828 J，1573J，1255J,2092J 習(xí)題20 已知300K時NH3的=840 Jm-3mol-1, CV,m=37.3JK-1mol-1。當(dāng)1mol NH3氣經(jīng)一壓縮過程其體積減少103而溫度上升2度時，試計算此過程的U。 答案：74.6J 習(xí)題21 試證明對任何物質(zhì)來說習(xí)題22 計算1gN2在常壓下由600冷卻到20時所放出的熱，所需數(shù)據(jù)自己查找。 答案：629J習(xí)題23 試求算2mol100，4104Pa的水蒸氣變成l00及標(biāo)準(zhǔn)壓力的水時，此過程的U和H 。設(shè)水蒸氣可視為理想氣體，液體水的體積可忽略不計。已知水的摩爾氣化熱為4 0670Jmol-1。 答案：75 138J；81 340J 習(xí)題24 已知任何物質(zhì)的其中為膨脹系數(shù)，為壓縮系數(shù)?，F(xiàn)已查得25時液體水的定容熱容Cv，m=75.2JK1mol1, =2.1104K1, =4.441010Pa1，而水的Vm18106m3mol-1。試計算液體水在25時的Cp,m=? 答案：75.7JK1mol1 習(xí)題25 一物質(zhì)在一定范圍內(nèi)的平均定壓摩爾熱容可定義為其中n為物質(zhì)的量。已知NH3的試求算NH3在0500之間的平均定壓摩爾熱容。 答案：41.4JK1mol1 習(xí)題26 已知N2和O2的定壓摩爾熱容與溫度的關(guān)系式分別為試求空氣的與溫度的關(guān)系式應(yīng)為如何? 習(xí)題27 1molH2在25、105 Pa下，經(jīng)絕熱可逆過程壓縮到體積為5dm3，試求終態(tài)溫度T2；終態(tài)壓力p2；過程的W，U和H。（H2的CV，m可根據(jù)它是雙原子的理想氣體求算） 答案： 565K；9.39105 Pa；5550J；5550J；7769J 習(xí)題28 25的空氣從106 Pa絕熱可逆膨脹到105 Pa，如果做了1.5104J的功，計算空氣的物質(zhì)的量。（假設(shè)空氣為理想氣體，空氣的熱容數(shù)據(jù)可查表或作一近似計算） 答案：5.01mol 習(xí)題29 某理想氣體的Cp,m=35.90JK-1mol-1，當(dāng)2mol此氣體在25，1.5106 Pa時，作絕熱可逆膨脹到最后壓力為5105 Pa；當(dāng)此氣體在外壓恒定為5105 Pa時作絕熱快速膨脹；試分別求算上述兩過程終態(tài)的T和V及過程的W、U和H。 答案：231K；7.68dm3；-3697J；-3697J；-4811J；252K；8.38 dm3；2538J；-2538J；-3303J 習(xí)題30 1mol某雙原子分子理想氣體發(fā)生可逆膨脹：（1）從2 dm3，106 Pa定溫可逆膨脹到5105 Pa；從2 dm3，106 Pa絕熱膨脹到5105 Pa。 試求算過程和的W，Q，U和H； 大致畫出過程和在pV圖上的形狀； 在pV圖上畫出第三個過程將上述兩過程的終態(tài)相連，試問這第三個過程有何特點（是定容還是定壓）？ 答案：1386J；1386J；0；0；919J；0；-919J；-1286J 習(xí)題31 某高壓容器所含的氣體可能是N2或是Ar。今在25時取出一些樣品由5 dm3絕熱可逆膨脹到6 dm3，發(fā)現(xiàn)溫度下降了21，試判斷容器中為何氣體？ 答案：N2 在573K及0至610-6Pa的范圍內(nèi)，N2(氣)的焦耳湯姆遜系數(shù)可近似用下式表示 JT=1.4010-72.5310-14(p/Pa)KPa-1假設(shè)此式與溫度無關(guān)。N2(氣)自610-6Pa作節(jié)流膨脹到210-6Pa，求溫度變化。 答案：T=0.16K 習(xí)題33 已知CO2的 JT=1.0710-5KPa-1，Cp,m=36.6JK-1mol-1，試求算50gCO2在25下由105Pa定溫壓縮到106Pa時的H。如果實驗氣體是理想氣體，則H又應(yīng)為何值？ 答案：-401J；0 習(xí)題34 假設(shè)He為理想氣體。1molHe由210-5Pa、0變?yōu)?0-5Pa、50，可經(jīng)兩個不同的途徑：(1)先定壓加熱，在定溫可逆膨脹；(2)先定溫可逆膨脹；再定壓加熱。試分別計算此二途徑的Q、W、U、H。計算的結(jié)果說明什么問題？ 答案：(1)2900J,2276J,624J,1039J;(2)2612J,1988J,624J,10039J 習(xí)題35 將115V、5A的電流通過浸在100裝在絕熱筒中的水中的電加熱器，電流通了1小時。試計算：(1)有多少水變成水蒸氣？(2)將作出多少功？(3)以水和蒸氣為系統(tǒng)，求U。已知水的氣化熱為2259Jg-1。 答案：916g；1.58105J;1.91106J 習(xí)題36 將100、5104Pa的水蒸氣100dm3定溫可逆壓縮至標(biāo)準(zhǔn)壓力(此時仍全為水蒸氣)，并繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下壓縮到體積為10dm3時為止(此時已有一部分水蒸氣凝結(jié)成水)。試計算此過程的Q、W、U和H。假設(shè)凝結(jié)成的水的體積可忽略不計；水蒸氣可視為理想氣體。 答案：5.56104J；7.50103J；4.81104J；5.21104J 習(xí)題37 將1小塊冰投入過冷到5的100g水中，使過冷水有一部分凝結(jié)為冰，同時使溫度回升到0。由于此過程進(jìn)行得較快，系統(tǒng)與環(huán)境間來不及發(fā)生熱交換，可近似看作是一絕熱過程。試計算此過程中析出的冰的質(zhì)量。已知冰的熔化熱為333.5Jg-1；0到-5之間水的熱容為4.314 Jg-1K-1。 答案：6.5g習(xí)題38 假設(shè)下列所有反應(yīng)物和產(chǎn)物均為25下的正常狀態(tài)，問哪一個反應(yīng)的H和U有較大的差別，并指出哪個反應(yīng)的HU，哪個反應(yīng)的HU。 (1) 蔗糖(C12H22O11)的完全燃燒； (2) 萘被氧氣完全氧化成苯二甲酸C6H4(COOH)2； (3) 乙醇的完全燃燒； (4) PbS與O2完全氧化成PbO和SO2。 習(xí)題39 已知下列反應(yīng)在25時的熱效應(yīng)為 計算反應(yīng)2NaCl(s)+H2SO4(l)=Na2SO4(s)+2HCl(g)在25時的和 答案：55.4;50.4 kJmol-1 習(xí)題40 已知反應(yīng) 水的氣化熱為2.445kJg-1 ，計算反應(yīng) 的。 答案：-242kJmol-1習(xí)題41 已知反應(yīng)(1)C（金剛石）+O2(g)=CO2(g) (2) C（石墨）+O2(g)=CO2(g) 求C（石墨）=C（金剛石）的 答案：1.9 kJmol-1習(xí)題42 利用下列數(shù)據(jù)計算HCl（g）的生成熱。 答案：-92.5kJmol-1 習(xí)題43 利用生成熱數(shù)據(jù)，計算下列反應(yīng)的。 (1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl+I2(s) (2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) (3)SO2(g)+1/2O2(g)+H2O(l)=H2SO4 (4)CaCO3(s)=CaO(s)+CO(g) (5)CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+CO(g) (6)Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+2FeO(s) (7)2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(g) (8)2Fe2O3(s)+3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g) 答案：-216.5；-41.2；-218.0；177.8； 462.3; 6.1；-146.5；463.7kJmol-1 習(xí)題44 利用附錄中的數(shù)據(jù)，計算下列反應(yīng)的（298K）。 (1) C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g) (2) 3C2H2(g)=C6H6(l) (3) C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g) (4) C4H10(g)=C4H6(g)+2H2(g) 答案：136.9；631.2；125.9；236.6kJmol-1 習(xí)題45 已知C2H5OH(l)在25時的燃燒熱為1367kJmol-1，試用CO2(g)和H2O(l) 在25時的生成熱，計算C2H5OH（l）在25時的生成熱。 答案：277.4kJmol-1 習(xí)題46 已知PbO(s)在18的生成熱為-219.5kJmol-1，在18至200之間，Pb(s)，O2(g)及PbO(s)的平均熱容各為0.134、0.900和0.218JK-1g-1。試計算PbO(s)在200時的生成熱。 答案：217kJmol-1 習(xí)題47 已知反應(yīng)CO2(g) + C(石墨) 2CO(g)在20時的定壓反應(yīng)熱 。求該反應(yīng)的的關(guān)系式。所需熱容數(shù)據(jù)自行查表。 習(xí)題48 反應(yīng)C(s)+1/2O2(g)=CO(g)是放熱反應(yīng)，反應(yīng) C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)是吸熱反應(yīng)，所以只要H2O(g)和O2(g)的比例恰當(dāng)，則將H2O和O2的氣體混合物通過赤熱的焦碳時，可以保持溫度恒定。假定上述反應(yīng)是完全的，進(jìn)入反應(yīng)的氣體已經(jīng)預(yù)熱到1000，出來的氣體亦是1000。試求算欲使焦碳保持1000時H2O(g)和O2(g)的比例。其它所需數(shù)據(jù)可查表。 答案：1.0：1.7 習(xí)題49 試計算在25及標(biāo)準(zhǔn)壓力下，1mol液態(tài)水蒸發(fā)成水蒸氣的氣化熱。已知100及標(biāo)準(zhǔn)壓力下液態(tài)水的氣化熱為2259Jg-1，在此溫度區(qū)間內(nèi)，水和水蒸氣的平均定壓摩爾熱容分別為75.3及33.2JK-1mol-1。 答案：43.8kJ-1mol-1 習(xí)題50 已知H2(g)+I2(s)=2HI(g)在18時的；I2(s)的熔點是113.5，其熔化熱為1.674104Jmol-1；I2(l)的沸點是184.3，其氣化熱為4.268104Jmol-1；I2(s)、I2(l)及I2(g)的平均定壓摩爾熱容分別為55.65、62.67及36.86JK-1mol-1。試計算反應(yīng)H2(g)+I2(s)=2HI(g)在200是的定壓反應(yīng)熱。(其他所需數(shù)據(jù)可查附錄) 答案：1.49104Jmol-1 習(xí)題51