熱力學(xué)第一定律習(xí)題1

1、第一章 熱力學(xué)第一定律一 . 選擇題：1. 恒容下，一定量的理想氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)內(nèi)能將 ( ) (A) 降低 (B) 增加 (C) 不變 (D) 增加、減少不能確定2. 在一剛性的絕熱箱中，隔板兩邊均充滿空氣，(視為理想氣體)，只是兩邊壓力不等，已知 P右< P左，則將隔板抽去后應(yīng)有 ( ) (A) Q = 0 W = 0 U = 0 (B) Q = 0 W < 0 U > 0 (C) Q > 0 W < 0 U > 0 (D) U = 0 , Q W 03. 有一容器四壁導(dǎo)熱，上部有一可移動(dòng)的活塞，在該容器中同時(shí)放入鋅塊和鹽酸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后活塞將上移一

2、定距離，若以鋅和鹽酸為體系則 ( ) (A ) Q < 0 , W = 0 , rU < 0 (B) Q = 0 , W > 0 , rU < 0 (C) Q < 0 , W > 0 , rU = 0 (D) Q < 0 , W > 0 , rU < 04. 苯在一個(gè)剛性的絕熱容器中燃燒，則 C6H6(l) + (15/2)O2(g) = 6CO2+ 3H2O(g) ( ) (A ) U = 0 , H < 0 , Q = 0 (B) U = 0 , H > 0 , W = 0 (C) Q = 0 , U = 0 , H = 0

3、 (D) Q = 0 , U 0 , H 05. 1mol，373K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水經(jīng)下列二個(gè)不同過程達(dá)到 373K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣， (1) 等溫等壓可逆蒸發(fā) (2) 真空蒸發(fā)，這二個(gè)過程中功和熱的關(guān)系為( ) (A ) W1> W2 Q1> Q2 (B) W1< W2 Q1< Q2 (C) W1= W2 Q1= Q2 (D) W1> W2 Q1< Q26. 有一高壓鋼筒，打開活塞后氣體噴出筒外，當(dāng)筒內(nèi)壓力與筒外相等時(shí)關(guān)閉活塞，此時(shí)筒內(nèi)溫度將 ( ) (A ) 不變 (B) 升高 (C) 降低 (D) 無法判定7. 封閉體系從 1 態(tài)變 B 態(tài)，可以沿兩

4、條等溫途徑: （甲）可逆途徑（乙）不可逆途徑則下列關(guān)系式 U可逆> U不可逆 W可逆 > W不可逆 Q可逆 > Q不可逆 ( Q可逆 - W可逆) > ( Q不可逆 - W不可逆)正確的是 ( ) (A ) (1),(2) (B) (2),(3) (C) (3),(4) (D) (1),(4). 化學(xué)反應(yīng)在只做體積功的等溫等壓條件下，若從反應(yīng)物開始進(jìn)行反應(yīng)，則此反應(yīng) (A ) 是熱力學(xué)可逆過程 (B) 是熱力學(xué)不可逆過程 (C) 是否可逆不能確定 (D) 是不能進(jìn)行的過程9. 1mol 單原子理想氣體從 298K，202.65kPa 經(jīng)歷 等溫 絕熱 等壓三條途徑可逆膨

5、脹使體積增加到原來的 2 倍，所作的功分別為 W1,W2,W3，三者的關(guān)系是 ( ) (A ) W1> W2> W3 (B) W2> W1> W3 (C) W3> W2> W1 (D) W3> W1> W210. 凡是在孤立體系中進(jìn)行的變化，其 U 和 H 的值一定是 ( ) (A ) U > 0 , H > 0 (B) U = 0 , H = 0 (C) U < 0 , H < 0 (D) U = 0 , H 大于、小于或等于零不確定11. 對于下列的四種表述 (1) 因?yàn)?H = Qp，所以只有等壓過程才有 H (2)

6、 因?yàn)?H = Qp，所以 Qp也具有狀態(tài)焓數(shù)的性質(zhì) (3) 公式 H = Qp只適用于封閉體系 (4) 對于封閉體系經(jīng)歷一個(gè)不作其它功的等壓過程，其熱量只決定于體系的始態(tài)和終態(tài)上述諸結(jié)論中正確的是： ( ) (A ) (1) (4) (B) (3) (4) (C) (2) (3) (D) (1) (2)12. H = Qp此式適用于下列那個(gè)過程 ( ) (A ) 理想氣體從 1013250 Pa 反抗恒定的 101325 Pa膨脹到 101325Pa (B) 0 ,101325 Pa下冰融化成水 (C) 電解 CuSO4水溶液 (D) 氣體從 (298K,101325 Pa) 可逆變化到 (

7、373K,10132.5 Pa)13. 理想氣體從同一始態(tài) (P1,V1) 出發(fā)，經(jīng)等溫可逆壓縮或絕熱可逆壓縮，使其終態(tài)均達(dá)到體積為 V2，此二過程做的功的絕對值應(yīng)是： ( ) (A ) 恒溫功大于絕熱功 (B) 恒溫功等于絕熱功 (C) 恒溫功小于絕熱功 (D) 無法確定關(guān)系14. 下列諸過程可應(yīng)用公式 dU = ( Cp- nR )dT 進(jìn)行計(jì)算的是： ( ) (A ) 實(shí)際氣體等壓可逆冷卻 (B) 恒容攪拌某液體以升高溫度 (C) 理想氣體絕熱可逆膨脹 (D) 量熱彈中的燃燒過程15. 1mol 理想氣體經(jīng)歷可逆絕熱過程，功的計(jì)算式有下列幾種，其中哪一個(gè)是錯(cuò)誤的 ( ) (A ) Cv(

8、T1- T2) (B) Cp(T2-T1) (C) (P1V1- P2V2)/(r-1) (D) R(T1-T2)/(r-1)16. 對于理想氣體下述結(jié)論中正確的是 ( ) (A ) (H/T)v = 0 (H/V)T = 0 (B) (H/T)p = 0 (H/P)T= 0 (C) (H/T)p = 0 (H/V)T = 0 (D) (H/V)T = 0 (H/P)T= 017. 1mol 單原子理想氣體，從 273K，202.65 kPa 經(jīng) PT = 常數(shù) 的可逆途徑壓縮到 405.3 kPa的終態(tài)，該氣體的 U 為 ( ) (A ) 1702 J (B) -406.8 J (C) 40

9、6.8 J (D) -1702 J18.對于一定量的理想氣體，下列過程不可能發(fā)生的是： ( ) (A ) 恒溫下絕熱膨脹 (B) 恒壓下絕熱膨脹 (C) 吸熱而溫度不變 (D) 吸熱，同時(shí)體積又縮小19. 理想氣體經(jīng)歷絕熱不可逆過程從狀態(tài) 1 (P1,V1,T1)變化到狀態(tài) 2 (P2,V2,T2)，所做的功為 ( ) (A) P2V2-P1V1 (B) P2(V2-V1) (C) P2V2/(1-)(1/V2-1)- (1/ V1-1) (D) (P2V2-P1V1)/(1-)20. 反應(yīng) (1) C1CO3(s) C1O (s) + CO2(g)； rHm= 179.5 kJ.mol-1

10、反應(yīng) (2) C2H2(g) + H2O (l) CH3CHO (g)；rHm= -107.2 kJ.mol-1 反應(yīng) (3) C2H4(g) + H2O (l) C2H5OH (l)；rHm= -44.08 kJ.mol-1 反應(yīng) (4) CS2(l) + 3O2(g) CO2(g) + 2SO2(g)；rHm= -897.6 kJ.mol-1其中熱效應(yīng) Qp>Qv 的反應(yīng)是 ( ) (A ) (1),(4) (B) (1),(2) (C) (1),(3) (D) (4),(3)21. 當(dāng)以 5mol H2氣與 4mol Cl2氣混合，最后生成 2mol HCl 氣。若以下式為基本單元

11、，則反應(yīng)進(jìn)度應(yīng)是： H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) (A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol二 . 填空題： 1. 對于任何宏觀物質(zhì)，其焓 H 一定 _ 內(nèi)能 U，(填上 、) 因?yàn)?_；對于等溫理想氣體反應(yīng)，分子數(shù)增多的H 一定 _ U，因?yàn)?_ 。 2. 選擇“”，“”，“”中的一個(gè)填入下列空格： 理想氣體恒溫可逆壓縮 U _ 0， H _ 0 3. 實(shí)際氣體符合理想氣體行為的條件是在 _ 溫度時(shí)，該氣體的 (PV)/ PT , P0 的值應(yīng)等于 _ 。 4. 在橫線上填上 、或？（？代表不能確定）氫氣和氯氣在絕熱剛性容器中反應(yīng)，則(A)

12、 W _ 0 (B) U _ 0 (C) H _ 0 (D) H _ Q 5. 在一絕熱剛性容器中進(jìn)行某一化學(xué)反應(yīng)，該體系的內(nèi)能變化為 _ ，焓變化為 _ 。 6. 300K 時(shí)將 2mol Zn 片溶于過量的稀硫酸中，若反應(yīng)在敞口容器中進(jìn)行時(shí)放熱Qp，在封閉剛性容器中進(jìn)行時(shí)放熱 Qv，則 Qv- Qp= _ J。 7. 已知反應(yīng) 2H2(g) + O2 (g) 2H2O(l) 在 298K 時(shí)恒容反應(yīng)熱Qv= -564 kJ.mol-1，則 H2 (g) 在 298K 時(shí)標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓:cHm= _ kJ.mol-1。 8. 300K 時(shí) 0.125 mol 正庚烷（液體）在彈式量熱計(jì)中完全

13、燃燒，放熱 602kJ，反應(yīng) C7H16 (l) + 11O2 (g) = 7CO2 (g) + 8H2 O(l) 的 rUm= _，rHm = _ 。 (RT 2.5 kJ) 9. 當(dāng)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的 _ 等于零時(shí)，該反應(yīng)的熱效應(yīng)就不受溫度影響。10. 從統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)觀點(diǎn)看，功的微觀本質(zhì)是 _ 。 熱的微觀本質(zhì)是 _ 。三. 問答題：1. 一個(gè)爆炸反應(yīng)體系應(yīng)看作是絕熱體系還是孤立體系？ 2. 凡是體系的溫度有變化，則體系一定有吸熱或放熱現(xiàn)象。凡是溫度不變，則體系就沒有吸熱放熱現(xiàn)象。兩結(jié)論對嗎 ? 3. 有人說，因?yàn)?U = Qv，而內(nèi)能是個(gè)狀態(tài)函數(shù)，所以雖然 Q 不是狀態(tài)函數(shù)，但 Qv是個(gè)狀態(tài)函

14、數(shù)，此話對嗎？請闡明理由。 4. 在盛水槽中放入一個(gè)盛水的封閉試管，加熱盛水槽中的水（做為環(huán)境），使其達(dá)到沸點(diǎn)，試問試管中的水（體系）會不會沸騰，為什么？ 5. 有人認(rèn)為封閉體系“不作功也不吸熱的過程 U = 0，因而體系的狀態(tài)未發(fā)生變化”，請對此加以評論并舉例說明。 6. 熱力學(xué)的不可逆過程就是不能向相反方向進(jìn)行的過程。此話對嗎？ 7. 理想氣體向真空絕熱膨脹 dU = 0， dT = 0，而實(shí)際氣體的節(jié)流膨脹過程 dH = 0， dT 0。上述二結(jié)論對嗎? 8. 有人認(rèn)為孤立體系狀態(tài)改變時(shí)，內(nèi)能是守恒量，而焓不是守恒量，請對此加以評論并舉例說明。 9. 關(guān)系式 PV= 常數(shù)，適用于理想氣體

15、的絕熱過程。此話對嗎？ 10. 一個(gè)外有絕熱層的橡皮球內(nèi)充 101325Pa 的理想氣體，突然投入真空中球體積增加一倍。指出該過程中 Q、W、U 和 H 的值（用正、負(fù)號表示）四. 計(jì)算題:1. 已知?dú)涞?Cp,m= 29.07 - 0.836 ´10-3(T/K) + 20.1×10-7(T/K)2 J.K-1.mol-1 (1) 求恒壓下 1mol 氫的溫度從 300K 上升到 1000K 時(shí)需要多少熱量？ (2) 若在恒容下需要多少熱量？ (3) 求在這個(gè)溫度范圍內(nèi)氫的平均恒壓摩爾熱容。 2. 有一絕熱真空鋼瓶體積為 V0 ，從輸氣管向它充空氣（空氣可視為理想氣體），

16、輸氣管中氣體的壓力為 P0 ，溫度為 T0 ，由于氣體量很大，且不斷提供氣體，所以在充氣時(shí)輸入氣管中的氣體的壓力、溫度保持不變，當(dāng)鋼瓶中氣體壓力為 P0 時(shí)，問鋼瓶中氣體溫度為多少？3. 1mol 單原子理想氣體，初始狀態(tài)為 25，101325 Pa 經(jīng)歷 U = 0 的可逆變化后，體積為初始狀態(tài)的 2 倍。請計(jì)算 Q,W 和 H 4. 298K 時(shí)，5×10-3m3 的理想氣體絕熱可逆膨脹到 6´10-3 m3，這時(shí)溫度為 278K。試求該氣體的 Cv,m和 Cp,m 。5. 1mol N2氣在 300K，及標(biāo)準(zhǔn)壓力下被等溫壓縮到 500´P計(jì)算 H 值，已知?dú)?/p>

17、體常數(shù) a0 = 135.8 kPa.dm6.mol-2， b0 = 0.039 dm3.mol-1，焦?fàn)枩愤d系數(shù) J-T = (2a0 /RT) - b0 /Cp,m , Cp,m = 20.92 J.K -1.mol-16. 稱取 0.727克的 D-核糖 C4H9O4CHO 放在一量熱計(jì)中，用過量的 O2燃燒，量熱計(jì)的溫度由 298K 升高 0.910K，用同一儀器再做一次實(shí)驗(yàn)，使 0.858克苯甲酸燃燒，升溫1.940K，計(jì)算該 D-核糖的摩爾燃燒內(nèi)能、摩爾燃燒焓，及 D-核糖的摩爾生成焓。已知:苯甲酸的摩爾燃燒內(nèi)能 cUm為3251 kJ.mol-1，液態(tài)水和 CO2(g)的摩爾生

18、成焓分別為 -285.8 kJ.mol-1和 -393.5 kJ.mol-1。7. 某炸彈內(nèi)盛有 1mol CO 和 0.5mol O2，估計(jì)完全燃燒后的最高溫度和壓力各為多少。設(shè)起始溫度 T1= 300K，壓力 P1= 101.325 kPa。300K 時(shí)反應(yīng)： CO(g) + (1/2)O2(g) = CO2(g)的 Qv= -281.58kJ，CO2的 Cv,m /(J.K-1.mol-1) = 20.96 + 0.0293(T/K)，并假定高溫氣體服從理想氣體行為。五.證明題： 1. 單原子理想氣體的內(nèi)能為 (3/2)nRT + C (C 為常數(shù))，請由此導(dǎo)出理想氣體的 ( U/V)T

19、和 (H/V)T 。 2.證明對理想氣體有： ( Cv /V)T = 0 ； (Cp /P)T= 0 3.證明范德華氣體 (P + a/Vm2)(Vm-b) = RT 的焦耳系數(shù) (T/V)U = - a/V m2 Cv,m 4. 1mol 雙原子理想氣體，沿?zé)崛?C = R (氣體常數(shù))途徑可逆加熱，請推導(dǎo)此過程的過程方程式。 5.某氣體狀態(tài)方程式為 PVm= RT +P （為正數(shù)）證明該氣體經(jīng)節(jié)流膨脹后溫度必然上升。第一章 熱力學(xué)第一定律習(xí)題參考答案一 . 選擇題 1.答 (B) 2.答(A) 因?yàn)檎麄€(gè)剛性絕熱容器為體系, 與環(huán)境無功和熱的傳遞。 3. 答(D) 4. 答(B) 5.答(A

20、 ) 6.答(C) 7.答(B) 8.答(B) 9.答(D) 10.答(D) 11.答(B) 12.答(B)13.答(C) 14.答(C) 15.答(B) 16.答(D) 17.答(D)U=Cv T=(3/2)R(P1T1/P2)-T1 18.答(B)19.答(D) 20.答(C) 21.答(A )二 . 填空題 1. 答 一定大于 (因?yàn)?H = U + PV)；一定大于；因?yàn)?H = U + (n)RT， 而 n為正。 2. 答 U = 0 H = 0 3. 答 波義耳 (Boyle's) 零 4. 答 (A ) = (b) = (c) > (d) > 5. 答 0；

21、P2V2- P1V1 6. 答 Qv- Qp = nRT = -4988 J 7. 答 rHm = Qp= Qv + nRT cHm = (1/2)rHm= -285.7 kJ.mol-1 8. 答 rUm = -4816 kJ.mol-1 rHm = -4826 kJ.mol-1 9. 答 Cp= (CP,B)(生成物) - (CP,B)(反應(yīng)物)10. 答 改變分子的能級；改變在分子能級上分布的分子數(shù)三 . 問答題： 1. 答 只能看作絕熱體系 2. 答 前句不對。 (例：絕熱膨脹，溫度有變化但不吸熱) 后句也不對。(例：相變過程，溫度可以不變，但有熱量變化) 3. 答 錯(cuò)。因?yàn)椋?(1)

22、 QV為恒容條件下傳遞的能量，總是與過程伴隨著的物理量。 (2) 當(dāng)存在非體積功時(shí)，U = QV- Wf，UQV 4. 答 不會沸騰。因?yàn)轶w系與環(huán)境間無溫差。 5. 答 封閉體系不作功也不吸熱的過程 U = 0，這是正確的，體系的狀態(tài)未發(fā)生變化是不正確的。例如，在絕熱鋼瓶內(nèi)由 H2(g) 和 O2(g) 反應(yīng)生成水便是。 6. 答 錯(cuò) 7. 答 對8. 答 Q = W = 0 U = 0 內(nèi)能是守恒量 H = U + (PV) = (PV) 0 焓不是守恒量 例如：在絕熱鋼瓶內(nèi)由 H2 (g) 和 O2 (g) 反應(yīng)生成水。 9. 答 錯(cuò)。應(yīng)是理想氣體的可逆絕熱過程10. 答 Q = 0 W

23、= 0 U = 0 H = 0四. 計(jì)算題 1. 答 (1) QP = H = Cp,dT = 20620 J.mol-1 (2) QV= U = H - RT = 14800 J.mol-1 (3) CP,m= H/(T2- T1) = 29.45 J.K-1.mol-1 2. 答 設(shè)進(jìn)入鋼瓶中 n mol 空氣為體系始態(tài) P0 T0 V 終態(tài) P0 T V 均視為理想氣體 W = -P0 V0= -nRT0 U = -W NCV,m(T - T) = nRT CP,m = CV,m+ R CP,m /CV,m= T = (CP,m / CV,m ) T0=T0 3. 答 U = 0 T =

24、 0 W = nRT ln(V2/V1)=1718 J Q = W = 1718 J H = 0 4.答(T2 /T1) = (V2/V1)1- ln(T2/T1) = (-1)ln(V1/V2) = 1.381 CP,m = R/(-1) = 30.1 J.K-1.mol-1 CV,m = CP,m- R = 21.8 J.K-1.mol-1 5.答 m J-T = (¶T/¶P)H= -(1/CP)( ¶H/¶P)T= n(2a0 /RT b0 )/CP H =(¶ H/¶P)TdP= -n(2a0 /RT b0 )(P2- P1

25、) = -3534 J 6.答 CUm（苯甲酸）= QV = -3251 kJ.mol-1 量熱計(jì)熱容 CV = QV /T . n(苯甲酸) = -11.78 kJ.K-1 C4H9O4CHO(s) + 5O2(g) 5CO2(g) + 5H2O(l) rUm(D) = CVT/nD = -2212 kJ.mol-1 rHm(D) = rUm(D) + nRT = -2212 kJ.mol-1 fHm(D) = 5fHm(CO2) + 5fHm(H2O) - rHm(D)= -1184 kJ.mol-1 7.答 最高溫度為 Tm ，則 (20.96 + 0.0293(T/K)(J/K) dT = 281580 J (式中, 積分限 T1= 300K, T2= Tm ) Tm = 3785 K 最終壓力 P2 = n2 RTm /V2 = 852.3 kPa五. 證明題： 1. 答 (¶U/¶V)T = ¶(3/2)nRT + C/ ¶V T = 0 H = U + PV = U + nRT (¶H/¶V)T= (¶U/¶V) T+ ¶(nRT)/ ¶V T = 0 2. 答 對理想氣體 U = f(T) PV = n